Центробежное коммутационное устройство

Авторы патента:

H01H29/26 - приводимые в действие путем изменения уровня контактной жидкости, перемещаемой под влиянием центробежной силы

(и) 928442, Союз Советских

Соцнвпнстнчвсинх рвспубини

ОП ИСАНИЕ

ИЗЬБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт, свнд-ву М 864366

{22) Заявлено 07.12. 79 (21) 2848737/24-07 с присоединением заявки,яв (23) Приоритет

Опубликовано 15.05.82, бюллетень 1тт 18

Дата опубликования описания 18.05.82 (5 3 ) M. Кл.

Н 01 Н. 29/26

Вюуюустхавах квинтет

ССьр ае делан язабретеяяВ я ащиахя (53) УДК 621..316.546.3 (088.8) B.Í. Калугин и М,В. Гончаров

«Г

1 ;;

-t

Московский ордена Ленина авиационный инстит т им. Серго Орджоникидзе (72) Авторы изобретемия

1 4

{71) Заявитель (54) ЦЕНТРОБЕЖНОЕ КОММУТАЦИОННОЕ УСТРОЙСТ80

Изобретение относится к сильноточной коммутационной аппаратуре и может быть использовано для коммутации больших токов в электросистеме, электрооборудование которой работает при высокой окружающей температуре (до 500600 С) и любом произвольно меняющемо ся положении в пространстве, а также при отсутствии силы тяжести.

По основному авт. св. 11 864366 известно центробежное коммутационное . устройство, содержащее цилиндрический трехфазный индуктор с пазами, скошенными по краям индуктора в одном направлении, по крайней мере, на два-три зубцовых делений, кольцевой канал, образованный между наружным и внутренним коаксиальными цилиндрами, причем наружный изоляционный ци-. линдр имеет внутренний выступ, кольцевые твердометаллические электроды, расположенные в канале, и.жидкий металл, частично заполняющий канал.

Устройство содержит также кольцевые и шихтованные магнитопроводы, кольцевые твердометалли ческие электроды, выполненные с цили ндри чес кими токоотводами и расположенные по торцам выступа наружного изоляционного цилиндра, имеющие диаметр, больший внутреннего диаметра выступа наружного изоляционного цилиндра, по торцам твердометаллических кольцевых электродов в зазорах между их цилиндрическими отводами и трехфазным индуктором расположены кольцевые шихтованные магнитопроводы,-объем боковой кольцевой полости с любой стороны выступа наружного изоляционного цилиндра по крайней мере не меньше кольцевого объема межэлектродного промежутка под выступом йаружного цилиндра, а жидкий металл занимает объем, равный суммарному объему одной боковой кольцевой полости и межэлектродного промежутка (1) .

Такое устройство является нормально замкнутым контактором, и pasЬ

3 9284 мыкание электрической цепи в нем про;исходит после включения трехфазного индуктора, создающего в узком кольцевом канале с жидким металлом вращающееся магнитное поле. Это поле приводит металл во вращение, и он удаляется из межэлектродного промежутка в боковые полости.

Недостаток устройства обусловлен тем, что с увеличением коммутируемо- 30

ro тока происходит увеличение толщины слоя жидкого металла в межэлектррдном промежутке, а с ростом напряжения отключаемой цепи приходится увеличивать длину межэлектродного 35 промежутка. В итоге ухудшается быстродействие устройства, так как больwoh количество жидкого металла из межэлектродного промежутка может быть удалено за большое время. С уве- щ личением коммутируемых тока и напряжения увеличивается время горения дуги.

Цель изобретения вЂ” повышение быстродействия центробежного коммутацион- zs ного устройства.

Эта цель достигается тем, что в центробежном коммутационном устройстве внутренний ;.ыступ наружного изоляционного цилиндра выполнен с наруж- З0 ным кольцевым пазом, в котором расположена многовитковая катушечная обмотка, под внутренним изоляционным цилиндром размещен кольцевой шихтованный магнитопровод с радиальными прорезями, который охвачен изнутри электропроводной кольцевой шиной

Ч-образного сечения, причем наружные аксиальные поверхности бортиков профиля шины сообщаются с кольцевым ка- 40 налом посредством кольцевых щелей, которые образованы у торцов внутреннего изоляционного цилиндра.

На фиг. 1 изображено центробежное коммутационное устройство (ЦКУ); фиг. 2-5 - устройство в различных стадиях процесса коммутации; на фиг. 6 - эпюры индукций магнитных полей в кольцевом зазоре.

Устройство состоит из цилиндрического трехфазного индуктора в виде шихтованного статора 1, в пазах которого, скошенных по краям в одном направлении на 2-3 зубцовых деления, уложена трехфазная обмотка 2, наружного изоляционного (керамического)

SS цилиндра 3 с прямоугольным выступом в середине, коаксиального наружному внутреннему изоляционному цилиндру 4.

42 4

Между цилиндрами образован кольцевой канал, в котором находятсл два кольцевых твердометаллических электрода 5 с коаксиально расположенными цилиндрическими токоотводами. Электроды размещены по торцам внутреннего выступа наружного цилиндра и имеют диаметр, больший внутреннего диаметра выступа наружного цилиндра 3 ° К электродам 5 примыкают два кольцевых изолятора 6, имеющих цилиндрические основания. По торцам кольцевых электродов в зазоре между токоотводами и индуктором расположены два кольцевых шихтованных магнитопровода 7. Под внутренним изоляционным цилиндром 4 размещен кольцевой шихтованный магнитопровод 8 с радиальными прорезями. Иагнитопровод 8 охвачен изнутри на меньшем радиусе кольцевой медной шиной 9 Ч-образного сечения. В наружном изоляционном цилиндре 3 имеется наружный кольцевой паз, в котором размещена многовитковая катушечная обмотка 10. Жидкий металл 1 занимает объем, равный сумме объемов боковой кольцевой по" лости между цилиндром 3 и магнитопроводом 7 и межэлектродного промежутка, при этом объем боковой кольцевой полости с любой стороны выступа наружного изоляционного цилиндра по крайней мере не меньше кольцевого объема межэлектродного промежутка под выступом наружного цилиндра. Между торцами внутреннего изоляционного цилиндра 4 и торцами дисковых изоляторов 6 расположены кольцевые щели так, что наружные аксиальные поверхJ ности бортиков профиля шины 9 сооб.щаются с кольцевыми каналами устройства.

Устройство работает следующим образом.

Жидкий металл, частично заполняющий кольцевую полость ЦКУ и постоянно находящийся в ней при любом произвольном.положении ЦКУ в пространстве, замыкает дисковые электроды 5, и ток силовой цепи 7 проходит в основном .по медной шине 9 (ток J ) и частично по жидкому металлу Эмс (фиг. 2). При включении трехфазной обмотки 2 индуктора в сеть жидкий металл приводится во вращение и под действием центробежных сил перемещается из межэлектродного промежутка в боковые кольцевые полости. Одновременно с трехфазной обмоткой включает5 928442

6 ся на постоянное. напряжение кольцевая обмотка 10, создающая в зазоре с жидким металлом под внутренним выступом наружного цилиндра 3 радиаль ное магнитное поле. После удаления части жидкого металла из межэлектродного промежутка исчезает электрический контакт с медной шиной 9, и весь ток проходит через постоянно уменьшающийся слой жидкого металла (фиг. 3). Когда весь жидкий металл удаляется из межэлектродного промежутка, диэлектрический выступ цилиндра 3 обйажается, между жидкометалли- ческими кольцевыми электродами возни-15 кает электрическая дуга (фиг. 4).

На электрическую дугу действует вра1 щающееся магнитное поле В и постоян. ное магнитное поле В катушки l0„

)j имеющее противоположное направление 2о по краям коммутирующего выступа (фиг. 5). В результате взаимодействия магнитных полей с горящей дугой происходит раскручивание дуги и растягивание ее в узкой кольцевой щели 25 по винтовой. линии. Положение дуги в щели зависит от соотношения полей В и В . При В = 0 (фиг. бв), дуга перемещается за вращающимся магнитным полем, и скорость ее опреде- зо ляется лишь трением о среду и стенки. В идеальном случае (при отсутст. вии трения) дуга будет вращаться с

И синхронной скоростью. сли В, В „то по краям щели шириной Вщ при Z =

= «+ (фиг. ба,в) поле по координате

У е бУдет знакопеременным, и дуга в области анодного и катодного пятен перемещается в противоположных направлениях. Сопроти влени е шнура ду ги увеличивается, и дуга быстро гаснет. После разрыва цепи кольцевая обмотка 10 должна быть отключена.

Во избежание насыщения кольцевого

45 магнитопровода 8 магнитным полем коммутируемого тока после исчезновения тока в Н-образной шине магнитопровод 8 должен иметь радиальные прорези, увеличивающие магнитное сопротивление в тангенциальном направлении. Так как обмотка 10 включается кратковременно (на десятые доли секунды), то плотность тока в ней может быть существенной, и, несмотря на малое поперечное сечение окна обмотки, индукция В, как прказывают расчеты оказывается одного порядка с В . Для питания обмотки 10 может использоваться напряжение коммутиМ руемой цепи. Обмотка 10 должна изготавливаться из тонкого медного провода диаметром 0,1-0,2 мм, так как в более толстом проводе наводятся существенные вихревые токи от вращающегося магнитного поля трехфазного индуктора и обмотка 10 экранирует кольцевую межэлектродную полость, что ухудшает быстродействие устройства.

Электропитание к обмотке 10 подводится по проводникам, расположенные в щели одного из пазов индуктора (между пазовым клином и наружным изоляционным цилиндром), Обмотка 10 может иметь параллельные ветви. . Введение кольцевой обмотки, кольцевого шихтованного магнитопровода и

V-образной шины повышает эффектив,ность устройства. Наличие магнитопровода и шины обеспечивает поперечную (радиальную)компоненту поля кольцевой обмотки 10 в межэлектродной полости, что заставляет электрическую дугу растягиваться в поперечном магнитном поле. Использование медной кольцевой шины позволяет снизить толщину слоя жидкого металла, а следовательно, высоту межэлектродного кольцевого промежутка, что, в свою очередь, увеличивает радиальное поле и эффективность кольцевой оомотки.

Трехфазный индуктор должен включать- ся таким образом, чтобы магнитное поле вращалось в сторону, противоположную направлению скоса пазов.

Возможно принципиально обеспечить работу устройства в циклическом режиме. Для этого индуктор включают .та ким образом, чтобы поле .вращалось в сторону. скоса пазов. Кольцевая обмотка должна периодически включаться на переменное напряжение, например, повышенной частоты до 200400 Гц. В этом случае во вращающемся кольцевом слое жидкого металла в межэлектродном промежутке наводятся замкнутые вихревые токи от пульсирующего потока кольцевой обмотки. Взаимодействие этих токов с радиальным пульсирующим потоком приводит к появлению осевых электромагнитных сил в жидком металле, направленных в противоположные стороны к боковым кольцевым полостям. Под действием этих сил металл удаляется из кольцевой по" ласти, а электрическая цепь размыка-. ется.

9284

V-образная медная шина, охватывающая. кольцевой магнитопровод, выполняет одновременно еще одну функцию. Она пропускает через себя боль-. шую часть коммутируемого тока и тем самым предотвращает возникновение пинч-эффекта, приводящего к выплескиванию жидкого проводника из межэлектродного промежутка и неуправляемому размыканию силовой цепи. Осо-1р бенно заметно пинч-эффект может проявиться для жидких металлов невысокой плотности (йа) при горизонтальном положении продольной оси коммутационного устройства. 15

Формула изобретения

Центробежное коммутационное устройство по авт. св. 4 Яб4366, о твЂ”

42 8 л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, внутренний выступ наружного изоллционного цилиндра выполнен с наружным кольце-" . вым пазом, в котором помещена многовитковал катушечная обмотка, под внутренним изоляционным цилиндром размещен кольцевой шихтованный магнитопровод с радиальными прорезями, который охвачен изнутри электропроводной кольцевой шиной V-образного профиля, причем наружные аксиальные поверхности бортиков профиля шины сообщаются с кольцевым каналом посредством кольцевых щелей, которые образованы у торцов внутреннего изоляционного цилиндра.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 8б4366, кл. Н 01 H 29/26, 1979.