Бесконтактный электромагнитный переключатель

 

Изобретение относится к устройствам управления сильточными электрическими цепями. Целью изобретения является улучшение запирающих свойств и снижение энергетических потерь при коммутации токов. Устройство содержит электромагнитное устройство 1 возбуждения с обмотками 2 и 3, релейный элемент 4, выполненный в виде двух плоских проводников из высокочистого металла, ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси и развернутых относительно других осей на 90 , определяемых, топологией Ферми и расположенных в криостате 7. Устройство также содержит источник тока и коммутируемые нагрузки. Устройство характеризуется высокой надежностью и быстродействием . 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5))5 Н 03 К 17/80

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4487847/2 ) (22) 19.07,88 (46) 07.03.91. Бил. У 9 (7)) Харьковский государственный университет им. А.М.Горького (72) В,Н.Моргун и А.Л. Бичуч (53) 621.317(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

1) )064465, кл. H 03 К 17/92, 1983.

I (54) БЕСКОНТАКТНЬ(И ЭЛЕКТРО))АГНИТНЬФ

ПЕPEКЛЮЧАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к устройствам управления сильточными электрическими цепями. Целью изобретения является улучшение запирающих свойств

ÄÄSUÄÄ 1633487 A 1 и снижение энергетических потерь при коммутации токов. Устройство содержит электромагнитное устройство 1 возбуждения с обмотками 2 и 3, релейный элемент 4, выполненный в виде двух плоских проводников иэ высокочистого металла, ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси и разверо нутых относительно других осей на 90 определяемых тополот ией Ферми и расположенных в криостате 7. Устройство также содержит источник тока и коммутируемые нагрузки. Устройство характеризуется высокой надежностью и быстродействием. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1633487

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам управления сильноточными электрическими цепями.

Цель изобретения — улучшение запирающих свойств и снижение энергетических потерь при коммутации токов.

На фиг.1 представлен бесконтактный переключатель, вид сбоку (с катуш-10 ками электромагнитного устройства возбуждения); на фиг.2 — то же, без катушек; на фиг.3 — взаимная ориентация кристаллографических осей образцов металла релейного элемента; на фиг.4 график зависимости магнитосопротивления от величины магнитного поля °

Устройство содержит электромагнитное устройство 1 возбуждения с обмотками 2 и 3 и релейный элемент 4, вы- 20 полненный в виде двух плоских проводников 5 и 6 из высокочистого металла, ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси, но развер- 25 нутых относительно других осей на

90 и определяемых технологией поверхности Ферми, расположенных в криостате 7. Кроме того, имеется источник 8 тока и коммутируемые нагрузки 9 и 10.

Ширина релейного элемента 4 должна быть больше длины свободного пробега электронов, что повышает надежность работы устройства.

Необходимым условием работы устройства является наличие сильного эффективного магнитного поля, чему соответствует известное условие wt )) 1, 40 т.е, наличие низких температур и сильных магнитных полей.

В основу работы устройства положен различный характер зависимости сопротивления от величины эффектив- 45 ного магнитного поля в области сильных магнитных полей, который определяется топологическими свойствами поверхности Ферми, а также направлением тока и магнитного поля °

При исследовании высокочистых ги-. перпроводящих монокристаллов и сильных эффективных однородных магнитных полей получают зависимости магнитосойротивления,от величины магнитного поля при различной ориентации крис55 таллографических осей. Эти зависимости представлены на фиг.4 для

Я-олова.

Если в скомпенсированном металле (P-олово, бериллий) транспортный ток направить параллельно слою открытых траекторий в кристалле, то поперечное магнитосопротивление в сильных магнитных полях не зависит от величины магнитного ноля, т.е. насыщается (P = const). Если же транспортный ток направить перпендикулярно слою открытых траекторий в кристалле, когда реализуется только замкнутые орбиты, магнитосопротивление квадратично зависит от поля ()м= kH ).

В нескомпенсированном металла (медь) при направлении транспортного тока параллельно слою открытых траекторий кристалла, магнитосопротивление квадратично возрастает в магнитном поле, а при перпендикулярном направлении, когда реализуются только замкнутые орбиты, — насыщается.

Плотность тока в запертом плече релейного элемента определяется выражением

3

bd (l + kH ) ° где 1 — параметр, зависящий от вида материала и поперечных размеров образца.

При этом коэффициент передачи равен

n = 1

1,1 и квадратично зависит от величины магнитного поля.

Устройство работает следующим образом.

Включая обмотку 2 электромагнитного устройства 1 возбуждения, вызываем прохождение тока только через монокристалл 5 и нагрузку 9, затем пере-.. ключаясь на обмотку 3 электромагнитного устройства возбуждения, вызываем прохождение тока только через монокристалл 6 и нагрузку 10.

Материалом релейного элемента служит высокочистое (3 -олово (ОВЧ.ООО) с чистотой 99,9999, удельное электросопротивление которого при охлаждении до температуры жидкого гелия 4,2 К снижается до р4,z <1" 10 Омоем, что бо1 лее чем в 100000 раз ниже удельного электросопротивления при комнатной температуре, или же высокочистая медь (M.ООО) с чистой 99,999, электросопротивление которой при охлаждении до температуры жидкого гелия сни-Щ жается до )q < 4НО Ом ° м, что более чем в 50000 раз ниже удельного элект1633487 росопротивления при комнатной т чпературе.

При азотных температурах в качест ве релейного элемента наиболее целесообразно испольэовать высокочистый бериллий, у которого электросопротивление при 78 К понижается более чем в 150 раз, а наличие температурного пробоя способствует возникновению открытых траекторий при азотной температуре в меньших магнитных полях, чем при гелиевой, Возможность работы при азотных температурах приводит к значительной дешевизне конструкции.

Испытания показывают, что для бесконтактного электромагнитного переключателя с релейным элементом, выполненным из высокочистого Р -олова (/

/(34 = 100000 при температуре 4,2 К коэффициент передачи по току в поле

1 Тл равен 0,97, а в поле 1,5 Тл—

0,99.

Предлагаемое устройство характеризуется высокой надежностью и быстродействием, а также возможностью коммутации токов в широком интервале значений — от долей ампера до килоампер, простотой конструкции и ее дешевизной.

Формула и з о б р е т е н и я

1. Бесконтактный электромагнитный переключатель, содержащий электромагнитное устройство возбуждения, внутри которого расположен релейный элемент с токовводом и двумя токовыводами, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и снижения энергетических потерь при коммутации токов, релейный элемент выполнен иэ двух высокочистых монокристаллических образцов металла, имеющий открытые поверхности Ферми и ориентированных относительно направления тока вдоль одной и той же кристаллографической оси, развернутых относительно других кристаллографических осей под углом и ус-.ановленных перпендикулярно направлениям электромагнитного устройства возбуждения.

2. Переключатель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что электромагнитное устройство возбуждения состоит иэ двух пар катушек, расположенных под углом и соответствующих направлениям открытости поверхности

Ферми.

3. Переключатель по и. I о т л и— ч а юшийся тем, что ширина релейного элемента удовлетворяет условию d> 1, где d — ширина релейного элемента; 1 — длина свободного пробега электронов °! 633487

100

Тираж 469

Подписное

ВЯ4ИПИ Государственного комит та по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Могква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский к мбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Редактор Н,Лазаренко

Заказ 622

Составитель Ж.Полякова

Техред Л.Олийнык Корректор В. Гирняк