Вакуумный выключатель тока
Владельцы патента RU 2468460:
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Национальный исследовательский Томский политехнический университет" (RU)
Вакуумный выключатель тока содержит корпус, разделенный высоковольтным изолятором, образуя при этом дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами. Подвижный электрод прикреплен к корпусу при помощи токовода и металлической гофры, которая отделяет вакуумную среду камеры от окружающей среды, неподвижный электрод через разделительный изолятор прикреплен своим тоководом к корпусу дугогасительной камеры. Электроды снабжены кольцевыми контактами. Электроды выполнены в виде дисков из немагнитного материала с прорезями в виде спирали Архимеда, причем углы вращения радиуса спирали имеют противоположное направление, у неподвижного электрода угол вращения радиуса спирали φ>0, а у подвижного электрода φ<0. Технический результат - увеличение концентрации магнитного поля в межконтактном промежутке, уменьшение электроэрозионного износа контактов и улучшение коммутирующих характеристик. 3 ил.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для использования в вакуумных выключателях и контакторах постоянного и переменного тока.
Известен вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, формирующую между контактами поперечное оси поле. Магнитная система расположена по оси со стороны одного из контактов и выполнена формирующей поперечно-радиальное поле [Патент РФ №2230385, МПК Н01Н 33/664 (2006.01), опубл. 2004.06.10].
Недостатком этого вакуумного выключателя является конструкция центральной части корпуса камеры, расположенной внутри неподвижного электрода с кольцевым контактом. Эта часть корпуса электрически связана с неподвижным контактом, а магнитное поле вблизи нее перпендикулярно к ней, так как является аксиальным по своей природе. Дуга, возникающая между контактами при их размыкании, выталкивается из рабочего зазора и может устойчиво гореть между центральной частью подвижного электрода и центральной частью корпуса, расположенной внутри неподвижного контакта, так как электрическое и магнитное поля параллельны у оси. Таким образом, ухудшаются коммутационные характеристики выключателя: снижается величина коммутирующего тока и увеличивается время прерывания дуги.
Наиболее близким, принятым за прототип, является вакуумный выключатель тока [Патент РФ №2400855, МПК Н01Н 33/664 (2006.01), опубл. 2010.09.27], содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, снабженными кольцевыми контактами. Электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токоввода и гофры. Соосно кольцевым контактам со стороны неподвижного электрода расположена магнитная система, содержащая постоянный магнит и формирующая между контактами поперечно-радиальное оси поле. В неподвижном кольцевом контакте со стороны его крепления к электроду выполнены радиальные, равномерно расположенные по окружности пазы, в которых расположены П-образные постоянные магниты, изолированные от неподвижного электрода и неподвижного кольцевого контакта. Контактирующая поверхность кольцевых контактов по оси электродов расположена на уровне плоскости полюсов магнитов.
Недостатком данного вакуумного выключателя является низкая напряженность магнитного поля в межконтактном промежутке.
Задачей изобретения является: увеличение концентрации магнитного поля в межконтактном промежутке, уменьшение электроэрозионного износа контактов и улучшение коммутирующих характеристик.
Поставленная задача решена за счет того, что вакуумный выключатель тока содержит, также как в прототипе, дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, электроды снабжены кольцевыми контактами. Электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токовода и металлической гофры.
Согласно изобретению неподвижный электрод через разделительный изолятор прикреплен своим тоководом к корпусу дугогасительной камеры, а электроды выполнены в виде дисков из немагнитного материала с прорезями в виде спирали Архимеда, причем углы вращения радиуса спирали имеют противоположное направление, у неподвижного электрода угол вращения φ>0, а у подвижного электрода φ<0.
В предлагаемом вакуумном выключателе тока за счет того, что электроды выполнены в виде дисков из немагнитного материала с прорезями в виде спирали Архимеда, причем углы вращения радиуса спирали имеют противоположное направление, у неподвижного электрода угол вращения радиуса спирали φ>0, а у подвижного электрода φ<0, концентрация магнитного поля между кольцевыми контактами увеличивается. Растет электродинамическое воздействие на электрическую дугу, что увеличивает скорость движения ее между кольцевыми контактами, а следовательно, уменьшается электроэрозионный износ контактов и улучшаются коммутационные характеристики: продлевается срок службы выключателя и уменьшается время прерывания дуги.
На фиг.1 схематично изображен вакуумный выключатель тока и магнитная система, расположенная на подвижном и неподвижном электроде. На фиг.2 - разрез А-А. На фиг.3 - разрез В-В.
Вакуумный выключатель тока (фиг.1) содержит корпус 1, разделенный высоковольтным изолятором 2, образуя при этом дугогасительную камеру с аксиальными подвижным 3 и неподвижным 4 электродами. С одной стороны подвижный электрод 3 прикреплен к корпусу при помощи токовода 5 и металлической гофры 6, которая отделяет вакуумную среду камеры от окружающей среды. Неподвижный электрод 4 через разделительный изолятор 9 приклеплен тоководом 10 к корпусу дугогасительной камеры. Электроды 3 и 4 снабжены кольцевыми контактами 7 и 8. Электроды 3 и 4 выполнены в виде дисков из немагнитного материала, например из меди, молибдена и др., с прорезями в виде спирали Архимеда, причем углы вращения радиуса спирали имеют противоположное направление, у неподвижного электрода угол вращения φ>0, а у подвижного электрода φ<0.
Вакуумный выключатель тока работает следующим образом. При замкнутых кольцевых контактах 7, 8 через электроды 3, 4 с прорезями в виде спирали Архимеда протекает электрический ток от тоководов 5 и 10, который формирует в плоскости соединения подвижного 7 и неподвижного 8 кольцевых контактов радиальное относительно оси кольцевых контактов магнитное поле. При размыкании кольцевых контактов 7, 8 между ними загорается электрическая дуга, при этом гофра 6 сжимается и обеспечивается герметичность дугогасительной камеры. Механические усилия на дугу, возникающие при взаимодействии электрического тока дуги и магнитного поля, направленного перпендикулярно дуге, перемещают ее по контактирующей поверхности кольцевых контактов 7 и 8, выталкивая из межконтактного промежутка. Таким образом, дуга локально не перегревает контактирующую поверхность кольцевых контактов 7, 8, что обеспечивает их равномерный и минимальный износ. Двигаясь, дуга быстро остывает и гаснет.
Вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами, снабженными кольцевыми контактами, электроды прикреплены к корпусу камеры, причем подвижный электрод прикреплен при помощи токовода и металлической гофры, отличающийся тем, что неподвижный электрод через разделительный изолятор прикреплен своим тоководом к корпусу дугогасительной камеры, электроды выполнены в виде дисков из немагнитного материала с прорезями в виде спирали Архимеда, причем углы вращения радиуса спирали имеют противоположное направление, у неподвижного электрода угол вращения радиуса спирали φ>0, а у подвижного электрода φ<0.
