Высоковольтный вакуумный переключатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1И892505 (б1) Дополнительное к авт. с вид-ву (22) Заявлено 24.04.80 (21) 2914921/24-07 с присоединением заявки РЙ— (28}Приоритет— (5l)M. Кл.

Н 01 Н 33/66

Веудвротееиай комитет

CCCP

Опубликовано 23.12.81, Бюллетень Фи 47 (53) Уд К 621.316. .54 (088.8) дв делам изоаретеиий и открытий

Дата опубликования описания 23.12.81 (72) Авторы изобретения

В. С. Бочкарев н Л. А. Коновалова (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ

ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям со встроенной электромагнитной системой управления с поляризующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления, лредназначено для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей. и может найти применение в мощной стационар10 ной передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одним из важнейших требований в которой является малое потребление электрической эиергтки элементами на управление, Переключатель в аппаратуре может быть использован для переключения источников питания и нагрузок, для переключения антенных цепей, отводов катушки высокочастотного к<ж тура, конденсаторов высоковольтных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д.

Известные вакуумные выключатели и вакуумные реле на переключение с поляризующим постоянным магнитом, используемые для этих. целей {1) и (21.

Однако в вакуумном выключателе поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляриэующий магнитный поток в выключателе замыкается через "длинные воздушные" промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно снижает величину энергии постоянного магнита по удержанию подвижного кон.такта в двух крайних положениях, а следовательно, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию механических нагрузок.

Вакуумное реле имеет малый срок службы, вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устойчивость к воздействию механических нагрузок из-за наличия люфтов в передаточных элементах между электромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мем892505

55 браны, стремящихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение.

Наиболее близким к предлагаемому является вакуумный переключатель, содержащий укрепленные в вакуумированной камере иа вводах два неподвижных контакта, расположенный между ними средний подвижный контакт, механически связанный через изолятор с втяжным сердечником, управляемь м электромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом.

В нем передача движения подвижному контакту осуществляется при продольном (осевом) перемещении втяжного сердечника, расположенного непосредственно в вакуумном объеме, по цилиндрической направляющей втулке из диамагнитного металла. Такое техническое решение позволяет повысить срок службы по количеству переключений и исключить 1тюфты, так как в данной конструкции отсутству-, ют передаточные элементы, что повышает на"жность его работы (3).

Однако вакуумный переключатель имеет существенный недостаток, который состоит в том, что из-за наличия допусков на детали и узлы, процесс получения одинакового или почти одинакового контактного нажатия на оба неподвижных контакта неуправляем. Вследствие этого устройства могут получаться либо с очень малым контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с очень большим контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с большим контактным нажатием на один контакт и очень малым контактным нажатием на второй неподвижный контакт, или с обеспечением контакта только на один неподвижный контакт. Это ведет к ненадежной работе устройств с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок.

При малой величине контактного нажатия размыкание цепи контактов происходит вследствие того, что контактное нажатие оказывается иедостаточным для компенсации сил воздействия механических нагрузок.

При большой величине контактного нажатия, за счет прогиба контактной пластины подвижного контакта, возникает упругая сила реакции значительной величины, которая направлена иа размыкание контактов. При совпадении силы реакции с направлением сил воздействия механических нагрузок, их суммарная величина имеет значение, соизмерениое или превышающее силу тяги электромагнитной системы, Это ведет к упругим колебаниям всей подвижной системы реле при воздействии вибрационных и ударных нагрузок, следствием чего является размыкание цепи замкнутых контактов.

ro

15 ю

25 зо

4

Поэтому, для обеспечения надежной работы вакуумного переключателя с упругим подвижным контактом при замкнутых контактах в условиях воздействия механических нагрузок, очень важно обеспечить получение переключателей с оптимальной величиной контактного нажатия на оба неподвижных контакта.

Цель изобретения — повышение надежности работы переключателя с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывания.

Указанная цель достигается тем, что переключатель снабжен механизмом двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки иэ магнитомягкого металла, жестко закрепленной после регулировки в основании электромагнита и служащей одновременно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стержня иэ диамагнитного металла, жестко закрепленного одним концом соосно в сердечнике и имеющего резьбовое соединение вторым концом с держателем изолятора.

Использование в переключателе механизма двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвиж ных контактов в отдельности позволяет обеспечить получение переключателей с оптимальной величиной контактного нажатия, что повышает надежность работы переключателей замкнутымн контактами в условиях воздействия ускорений механических нагрузок, стабильность параметров срабатывания н процент выхода годных переключателей.

При этом оптимальная величина контактного нажатия на нижний неподвижный контакт обеспечивается при сборке регулировкой положения подвижного контакта путем осевого перемещения держателя изолятора по резьбе диамагнитного стержня, а на верхний неподвижный контакт — регулировкой положения подвижного контакта с помощью изменения верхней границы расположения сердечника путем осевого перемещения резьбовой регулировочной втулки в основании электромагнита.

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

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

Металлокерамическая оболочка переключателя состоит иэ трех одинаковых соосно рас892505 4 положенных керамических цилиндров — 3. Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумно-плотно припаянные к торцовым Iio верхностям керамических цили щров. Выводы

4 и 5 неподвижных контактов выполнены за 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 параболы 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 тонких пластин из молибдена для обеспечения пропускания требуемых величин тока высокой частоты. Пластины подвижного контакта 7 электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 подвижного контакта, на пример 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 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 штенгеля 13, служащего для откачки газа из объема переключателя при проведении вакуумно-термической обработки, по завершению которол шгенгель отпаивается методом холодной диффузионной сварки и закрывается защитным колпачком 14. Переходное кольцо 9 вакуумноплотно сваривается с медным цилиндром 15 корпуса электромагнита.

Корпус электромагнита состоит из цилиндра 15, с которым вакуумно-плотно спаяно основание 16 из магнитомягкого металла с образованием между их цилиндрическими поверхностями кольцевого зазора. В основании 16 по центру выполнено реэьбовое отверстие; соосно с которым к основанию 16 вакуумноплотно припаяна направляющая втулка 17 из меди, закрытая в нижней части припаянным к ней вакуумно-плотно ограничителем (столом) 18 из магнитомягкого металла. Ограничитель 18 выступает над торцом втулки 17, f

1Ф

1S

)S

4%

5S обеспечивая тем самым практически беэ зазора соединение с основанием корпуса 19 из магнитомягкого металла, входящего в кольцевой зазор между цилиндром 15 и основанием 16.

Такое исполнение магнитопровода снижает до минимума потери магнитного потока на рассеивание.

На направляющей втулке 17 расположены два секторных магнита 20 с радиальным намагничиванием. По обе стороны от постоянных магнитов 20 расположены обмотки 21 и 22 управления на каркасах 23 и 24. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 25 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы

26 изолятора 27. Сердечник 28, выполненный из магнитомягкого металла и расположенный в направляющей втулке 17, механически прочно спаян со стержнем 29, выполненным из немагнитного металла для исключениfl шунтирования магнитного зазора. Для обеспечения надежного замыкания подвижного контакта 7 на верхний неподвижный контакт 4 и обеспечения надежной работы при воздействии ускорений механических нагрузок производится регулировка контактного нажатия изменением верхнего положения подвижного контакта 7 посредством измене ия хода серпе шика 28 с помощью регулировочной втулки 30 из магнитомягкогo металла путем ввинчивания или вывинчивания се в основании 16.

Для обеспечения надежного замыкания подвижного контакта 7 на нижний неподвижный контакт 5 и обеспечения надсжной работы этой пары контактов нри воздействии механических нагрузок, регулировка контактного нажатия производится изменением нижнего положения подвижного контакта 7 перемещением по резьбе стержня 29 путем ввинчивания или вывинчивания держателя 31, спаянного через керамический изолятор 32 с контактодержателем (поводком) 33. llo обеспечению оптимальных величий контактного нажатия на оба неподвижных контакта, резьбовая втулка 30 жестко скрепляется с основанием 16, а стержень 29 с держателем 31, например с помощью сварки. Для обеспечения выхода подвода. 33 из зацепления с подвижным контактом 7, поводок 33 закрепляют сверху на пластине подвижного контакта 7 с помощью штифта 34.

С целью сохранения и поддержания требуемого давления в вакуумнрованной оболочке на основании 16 закрепляют нераспыляемый газопоглотитель 35.

Предлагаемый 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) иэ неподвижных контактов, например на нижний

892505

7 неподвижный контакт 5. В этом случае ток высокой частоты проходит с лепестка вывода 6 подвижного контакта на подвижный контакт 7 по цилиндрической части неподвижного контакта 5 и далее на лепесток вывода

5 неподвижного контакта. В исходном положении для этого случая магнитный поток постоянного магнита замкнут по слещчощему пути: постоянные магниты 20, часть серде.лика 28, прилегающая к ограничителю 18, ограничитель

18, основание корпуса 19, цилиндрическая часть корпуса 19 и далее постоянные магниты 20.

Для обеспечения переключения подвижного контакта 7 на верхний неподвижньш контакт 4, на нижщою обмотку 22 управления подается импульс напряжения ннтания с полярностью, создающей в обмотке управления . магнитный поток, противоположно направленный магнитному потоку постоянного магнита в данной ветви. При достижении в магнитной цепи данной ветви равенства поляризующего и управляющих магнипых потоков, за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного. потока на вторую ветвь, сердечник 28 перебрасывается во второе устойчивое состояние — к резьбовой втулке 30. При этом подвижный контакт

7, связанный через поводок 33, изолятор 32, держатель 31 и стержень 29 с сердечником 28, перебрасывается на верхний неподвижный контакт 4 и замыкается на него несколько раньше, чем сердечник 28 коснется втулки 30.

При дальнейшем движении сердечника 28 до упора на втулку 30, за счет прогиба контактной пластины контакта 7 и упругих свойств з5 ее материала, создается контактное давление.

Дпя возвращения подвижного контакта 7 к

8 нижнему неподвижному контакту 5, напряжение питания соответствующей полярности и величины подается на обмотку 21.

Формула изобретения

Высоковольтный вакуумный переключатель, содержа1ций укрепленные в вакуумированной камере на .вводах два неподвижных контакта, расположенный в зазоре между ними средний подвижный контакт, механически связанный через изолятор с втяжным сердечником, управляемым электромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом, о т л кчающийся тем,что,сцельюповышения надежности работы при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывания, переключатель снабжен механизмом регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитомягкого металла, которая жестко закреплена в основании электромагнита и служит одновременно ограничителем хода сердечника s верхнем его положении, и стержня из диамагнитного металла, который жестко закреплен одним концом соосно в сердечнике и вторым концом соединен резьбой с изолятором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.. Патент США И 332443, кл. 335 — 84, 1967.

2, Патент Англии И 2996621,, сл. Н 01 Н 33/66, 1972.

3. Патент США йо 3312803, кл. 200 — 87, 1964.

892505

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

Составитель В. Попова

Редактор А. Шишкина Техред Е. Харитончик

Заказ 11267/75 Тираж 787

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Корректор Л. Шеньо

Подписное