Высоковольтный вакуумный переключатель

 

(72) Авторы изобретения

В. С. Бочкарев и Л. А. Коновалова

Г

i !

1 (73) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям со встроенной электромагнитной системой управления с поля. ризующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух

5 крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления, предназначено для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей и может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехпической аппаратуре, одним из важнейших требований в которой является малое потребление электрической энергии элементами иа управление.

Переключатель в аппаратуре может бить использован для переключения источников питания и нагрузок, для переключения аитеииых цепей, отводов катушки высокочастотного кон- тура, конденсаторов высокочастотных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д. . Известны вакуумные переключатели и вакуумные реле на переключение с поляризуиицим постоянным магнитом, используемые для этих целей Ш.

Однако в известном вакуумном переключателе поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обкатка управления расположена на оболочке из стекла, т,е. поляризующий магнитный поток в выключателе замыкается через

"длинные воздушные" промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к зна. чительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что силино снижает величину энергии постоянного магнита по удерживанию подвижного контакта в двух крайних положениях, а следовательно, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию механических йагрузок.

Известно также вакуумное реле Р).

Однако устройство имеет малый срок служha, вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устойчивость к воздействию механических нагрузок из-за наличия люфтов в передаточных элементах между элект892504 ромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мембраны, стремяшихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение.

Наиболее близким к предлагаемому является высоковольтный вакуумный переключатель, содержащий вакуумированную камеру, укрепленные на выводах два неподвижных контакта, расположенный в зазоре между нимл средний подвижный контакт и электромагнитную систе- 10

Му управления подвижным контактом с поляризующими постоянными магнитами и втяжным сердечником, перемещающимся по направляющей втулке, причем сердечник расположен во втулке с зазором., 15

В этом выключателе передача движения подвижному контакту осуществляется при продольном (осевом) перемещении втяжного сердечника, расположенного непосредственно в вакуумном объеме, по цилиндрической направляющей втулке из диамагнитного металла. Такое техни. ческое решение позволяет повысить срок служ. бы по количеству переключений и исключить . люфты, так как в данной конструкции отсутствуют передаточные элементы, что повышает надежность его работы при воздействии механических нагрузок 13) .

Недостатком устройства является то, что изза несоосности расположения направляющей втулки и сердечника, последний плотно прижимается в одну сторону к поверхности направляющей втулки, При движении сердечника в осевом направлении между плотно прижатыми поверхностями втулок и сердечника возникают большие силы трения скольжения. С учетом того, что эти силы возникают в вакууме, то

35 это является причиной возникновения микросварок и заклинивания сердечника в направляющей втулке, так как магнитомягкий материал сердечника и материал направляющей втулки имеют высокую склонность к холодному дифф. 40 фузионному свариванию в вакууме даже при отсутствии сил трения.

Наличие значительных сил трения скольжения в вакууме и возникающие при этом в местах трения высокие температуры способст43 вуют еще более высокой активности ноявления микросварок трущихся поверхностей, что снижает стабильность параметров срабатывания по замыканию и размыканию цепи, а следовательно, и йадежности работы, Цель изобретения — повышение надежности работы путем повышения стабильности параметров срабатывания по замыканию и размыканию цепи.

Указанная цель достигается тем, что в вы- И соковольтном вакуумном переключателе в кольцевом,зазоре, образованном между цилиндрическими поверхностями направляющей втулки и сердечника, установлена свернутая в трубочку по внутреннему диаметру втулки тонкая пластина.

При этом пластина выполнена из упругого материала с малой склонностью. к диффузионному свариванию в вакууме, например из молибдено-ренневого сплава.

Установление в кольцевом зазоре между поверхностями направляющей втулки и сердечника свернутой в трубочку по внутреннему диаметру тонкой пластины исключает непосредственный контакт материала втулки и сердечника и снижает тем самым вероятность их сваривания, силы трения скольжения и нагрев поверхностей сердечника и втулки от трения.

Выполнение пластины из упругого материала позволяет самоустанавливаться сердечнику в месте наибольшей концентрации силовых линий магнитного поля, что снижает потоки рассеивания и, как следствие, расход мощности на управление, Выполнение пластины из материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в вакууме, например из молибдено-рениевого сплава, позволяет снизить вероятность микросваривания поверхностей сердечника и направляющей втулки, что повышает стабильность ,срабатывания и надежность работы.

На фиг. 1 изображен вакуумный переключатель, общий вид; на фиг, 2 — сечение А-А на фиг, 1; на фиг. 3 — сечение Б-Б на фиг. 1.

Вакуумный переключатель состоит из металлокерамической оболочки и электромагнитной системы управления поляризованного типа с втяжным сердечником, расположенным в вакууме.

Металлокерамическая оболочка переключателя состоит из трех одинаковых соосно расположенных керамических цилиндров 1 — 3 . Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумно-плотно припаянные к торцовым поверхностям керамических цилиндров, Выводы 4 и 5 неподвижных контактов выполнены эа одно целое с неподвижными контактами для уменьшения сопротивления токопрохождению и снижения тем самым нагрева. Цилиндрические части неподвижных контактов составляют

1/4 диаметра цилиндра, направлены навстречу друг другу и установлены между собой с зазором, зависящим от величины рабочего напряжения. Выполнение неподвижных контактов равными 1/4 диаметра цилиндра позволяет снизить межконтактную емкость практически без ухудшения условий для токопрохождения, так как ток растекается на вывод, подчиняясь параболической кривой, с вершиной пара892504 болы в точке .непосредственного контактирования подвижного и неподвижного контактов.

В зазоре между неподвижными контактами (выводами) 4 и 5 расположен подвижный контакт 7, выполненный в виде набора пластин из молибдена для обеспечения пропускания требуемых величин тока высокой частоты и высокой циклической иэносостойкости. Пластины подвижного контакта 7 электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 под- 10 вижного контакта, например, с помощью пайки. К выводу 4 неподвижного контакта и к торцу керамического цилиндра 3 вакуумноплотно припаяны переходные кольца 8 и 9 из меди. Для снижения термических напряжений 1ю в зоне спая, пайка колец производится с использованием компенсационных колец 10 и 11 из молибдена или ковара. Переходное кольцо

8 вакуумно-плотно сварено с заглушкой 12, вакуумно-плотно спаянной с трубкой штенге- щ ля 13, служащего для откачки газа из объема переключателя при проведении вакуумно-термической обработки. Переходное кольцо 9 вакуумно-плотно сваривается с медным цилиндром 14 корпуса электромагнита. 2%

Корпус электромагнита состоит из цилиндра 14, с которым вакуумнб-плотно спаяно основание 15 из магнитномягкого металла, с образованием между их цилиндрическими поверхностями кольцевого зазора. К основанию зо

15 вакуумно-плотно припаяна направляющая втулка 16 из меди, закрытая в нижней части припаянным к ней вакуумно-плотно ограничителем (столом) 17 из магнитопягкого металла, Ограничитель 17 выступает над торцом втулки 16, обеспечивая тем самым практически без зазора соединение с основанием корпуса

18 из магнитомягкого металла, входящего в кольцевой зазор между медным цилиндром 14 и основанием 15, Такое исполнение магнито- gp провода снижает до минимума потери магнитного потока на рассеивание.

Посередине направляющей втулки 16 расположены два секторных магнита 19 с радиальным намагничиванием. По обе стороны от постоянных магнитов 19 расположены обмотки

20 и 21 управления на каркасах 22 и 23. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 24 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы 25 изолятора 26. Сердечник 27 из . магнитомягкого металла расположен в направляющей втулке 16, в кольцевом зазоре между поверхностями которых установлена свернутая в трубочку пластина 28 из молибдено-рениевого сплава. Сердечник 27 механически прочно

Ы спаян с держателем 29, выполненным из немагнитного металла для исключения шунтирования магнитного зазора, на котором закреплен изолятор 30 с поводком 31. Для ограничения хода сердечника 27 в верхнем положении служит втулка 32 из магнитомягкого металла, механически прочно, например с помощью сварки, прикрепленная к основанию 15.

Для исключения выхода поводка из зацепления с подвижным контактом 7, поводок 31 закреплен на пластинах подвижного контакта

7 сверху с помощью шплинта 33.

Переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е, он потребляет энергию на управление только в момент переключения.

В исходном положении подвижный контакт 7 замкнут на один (любой) из неподвижных контактов, например на нижний неподвижный контакт. В этом случае ток высокой частоты проходит с лепестка вывода 6 подвижного контакта и далее на лепесток вывода 5 неподвижного контакта. В исходном положении магнитный поток постоянного магнита замкнут по следующему пути: постоянные магниты 19, часть сердечника 27, прилегающая к ограничителю 17, ограничитель 17, основание корпуса

18, цилиндрическая часть корпуса 18 и далее постоянные магниты 19. Для обеспечения переключения подвижного контакта 7 на верхний неподвижный контакт 4, на нижнюю обмотку 21 управления подается импульс напряжения питания с полярностью, создающей в обмотке управления магнитный поток, проти-. воположно направленный магнитному потоку постоянного магнита в да1шой ветви. Придостижении в магнитной цепи этой ветви равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков, за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного. магнитного потока на вторую ветвь, сердечник 27 перебрасывается во второе устойчи вое состояние — к втулке 32. .При этом подвижный контакт 7, связанный через поводок 31, изолятор 30 и держатель

29 с сердечником 27, перебрасывается на верхний неподвижный контакт 4 и замыкается на него несколько раньше, чем сердечник 27 коснется втулки 32. При дальнейшем движении сердечника до упора на втулку 32, за счет прогиба контактной пластины и упругих свойств ее материала, создается контактное давление.

Дня возвращения подвижного контакта 7 к нижнему неподвижному контакту напряжение питания соответствующей полярности подается на обмотку 20.

Установление в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями направляющей втулки и сердечника свернутой в трубочку по внутреннему диаметру втулки пластины из упругого материала с малой склонностью к диффузионному свариванию снижает трение скольжения, уменьшает нагрев, снижает расход мощ892504 ности на управление и вероятность диффузион. ного спаривания и в совокупности повышает надежность работы.

Формула иэобретeíéÿ

1. Высоковольтный вакууьогый переключатель, содержащий вакуумную камер", укреп ленные на ныводах два неподвижных контакта, 16 расположенный в зазоре между ними средний подвижный контакт и электромагнитную систему управления подвижным контактом с поляризующими постоянными магнитами и втямьным сердечником,.перемещающимся по нитрав- 15 ляющей втулке, причем сердечник расположен во втулке с зазором, о т л и ч а ю щ н Йс я тем, что, с целью повышения надежности работы путем повышения стабильности параметров срабатывания по замыканию и размыканию цепи, в кольцевом зазоре между цилинд. рическими поверхностями направляющей втулки и сердечника, установлена пластина, которая свернута в трубочку по внутреннему диаметру втулки+

2. Переключатель по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что пластина выполнена из упругого материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в вакууме, например из молибдено-рениевого сплава.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США Р 3324430, кл. 335 — 84, 1967.

2. Патент Англии У 2996621, кл. Н 01 Н 33/66, 1972.

3. Патент QIIA И 3312803, кл. 200 — 87, 1964.

892504

А-А

Фиг. У

Составитела В. Попова

Редактор А. Шишкина Техред Е. Харитончик Корректор Л. Шенк

Заказ 11267/75 Тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4