Высоковольтный вакуумный переключатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски к

Социал истическик

Республик (tii938327 (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

1 (22) Заявлено 20. 11. 80 (21)3006920/24-07 (5l)M. Кл, Н Л Н 33/66 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет

3Ъвударстваииы0 квинтет

СССР пв днам нзобрвтвннй н вткрытнй

{53) УДК621,316.

° 54 (088. 8 ) Опубликовано 23.06.82. Бюллетень №23

Дата опубликования описания 23.06.82 (72) Авторы изобретения

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

Изобретение относится к электрическим переключателям с поляризующим постоянным магнитом, предназначено для коммутации высоковольтных электричес" . ких и радиотехнических цепей и может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одним из важнейших требований к которой является малое пот" ребление электрической энергии элементами на управление.

Переключатель может быть использован для переключения источников питания и нагрузок, для переключе" ния антенных цепей, отводой катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных цепей в антенно-.согласующих устройствах и т.д.

Известен вакуумный переключатель, ztI постоянные поляризующие магниты которого закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляризующий магнит ный поток в этом переключателе замыкается через "длинные воздушные" промежутки fl).

Однако наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно уменьшает величину энергии постоянного магнита по удержанию подвижного контакта в двух крайних положениях,а следователь; но,резко снижает устойчивость переключателя к воздействию механических нагрузок.

Другим не менее существенным недостаткам данного переключателя является его низкая токопропускная спо» собность по току из-за малого сечения и большой длины подвижного контакта. Кроме того, расположение постоянных магнитов на выводах, выполнение.аыводов из. ковара, а якоря, являющегося одновременно токопровод9383

45 ником подвижного контакта, из магнитомягкого металла (пермендюр ) исключает возможность пропускания через данный переключатель токов высокой частоты. 5

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому переключателю является конструкция вакуумного реле на переключение, содержащая укреплен- о ные на вводах в вакуумной камере два неподвижных контакта, расположенный между ними подвижный контакт стержневого типа, укрепленный на гибкой мембране и связанный через изолятор и поводок с сердечником, управляемым электромагнитной системой с поляризующими постоянными магнитами (23.

Однако и это вакуумное реле на переключение имеет существенный недостаток, который состоит в том, что вследствие малого рабочего се" чения подвижного контакта на высокой частоте, особенно гибкой мембраны из-за "скин-эффекта",в сравнении с сечением ввода, реле имеет малую токопропускную способность.

Вследствие малого рабочего сечения мембраны, особенно в месте ее спая с подвижным контактом, возникает большое сопротивление высокочастотному току, что вызывает значительные потери энергии на нагрев мембраны.

Значительный нагрев мембраны в месте ее спая с подвижным контактом (до температур порядка 250-350 С ) в сово- купности с механической на нее нагрузкой от атмосферного давления и циклического изгиба в момент переключения подвижного контакта ведет

40 к резкому снижению ее циклической. износостойкости, а следовательно, к снижению надежности данного реле.

Нагрев мембраны до высоких температур значительно увеличивает ее газопроницаемость, что,в свою очередь, вызывает повышение скорости натяжения газов внутрь оболочки и ведет к более быстрому достижению в ней критичного для работы реле давления. Следствием этого является сни- -о

sî жение долговечности и надежности работы вакуумного реле.

Цель изобретения - повышение способности по току, количества циклов переключений, долговечности и надежности работы.

Указанная цель достигается тем, .тп подвижный контакт снабжен до27 4 полнительным упругим ленточным контактом П или Л-образной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазоре и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта.

Кроме того, для создания натяга на неподвижные контакты дополнительный контакт выполнен с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта при прогибе боковых частей после замыкания цепи.

Причем боковые части дополнитель" ного контакта установлены относительно подвижного контакта с зазором, величина которого выбрана равной или превышающей величину прогиба боковых частей дополнительного контакта.

Боковые части дополнительного контакта могут быть выполнены в виде пакета из упругих пластин малой толщины,количество которых определяется величиной тока высокой частоты.

Использование в данном переключателе дополнительного упругого ленточного контакта П-образной или J1образной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазоре и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта позволяет повысить токопропускную способность и снизить температуру нагрева мембраны за счет прохождения в этом случае большей части тока высокой частоты через дополнительный контакт, а не через мембрану. Снижение нагрева мембраны повышает ее циклическую прочность на изгиб и снижает газопроницаемость. Повышение циклической прочности мембраны увеличивает количество циклов переключения, а снижение ее газопроницаемости повышает долговечность и надежность работы переключателя.

Выполнение дополнительного контакта с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта позволяет снизить "дребезг" в момент замыкания на неподвижные контакты и обеспечить необходимую величину прогиба его боковых частей при меньшем усилии, что имеет место при отсутствии возможности перемещения верхней части подвижного контакта ° Снижение усилия, в свою очередь, уменьшает потребление электроэнергии на управление, снижает габариты и массу электромагнитной системы и переключателя в целом.

Установление боковых частей дополнительного контакта относительно подвижного ко. такта с зазором, равным или превышающим величину их про- 1О гиба для обеспечения требуемого контактного нажатия, повышает надежность контактирования за счет возможности прогиба дополнительного упругого контакта. !5

Выполнение дополнительного контакта в виде пакета из пластин малой толщины позволяет повысить токопропускную способность и улучшить условия охлаждения подвижного контакта. щ

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

Вакуумный переключатель состоит из вакуумной переключающей части и 25 электромагнитной системы управления поляризованного типа с втяжным сердечником. Вакуумная переключающая часть со- зв стоит из трех одинаковых соосно расположенных керамических цилиндров 1, 2 и 3. Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6

35 подвижного контактов, вакуумноплотно припаянные к торцевым поверхностям керамических цилиндров. Выводы неподвижных контактов 4 и 5 выполнены за одно целое с неподвижными контакта40 ми 7 и 8 для уменьшения сопротивления токопрохождению . и тем самым снижения нагрева. l5 зазоре между неподвижными контактами 7 и 8 расположен подвижный контакт 9, выпол4S ненный в форме круглого стержня из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего металла. Подвижный контакт 9 верхним концом входит в отверстие верхней части дополнительного упругого ленточного кон50 такта 10 П-образной формы из молибдена или другого упругого высокопроводящего материала.Дополнительный контакт 10 может быть выполнен также Л-образной формы без ухудшения при этом условий для токопрохождения и без увеличения индуктивности замкнутых контактов °

938327 6

Нижним концом подвижный контакт 9 вакуумноплотно спаян с мембранной 11 из молибдена или другого немагнитного высокопроводяшего металла. К выступающей из мембраны 11 части подвижного контакта 9 механически прочно прикреплен изоляционный стержень 12 из керамики, служащий для изоляции подвижного контакта 9 от электромагнитной системы управления. Дополнительный подвижный контакт 10 нижними концами боковых частей жестко прикреплен (с помощью пайки сварки и др.) непосредственно к выводу 6 подвижного контакта. К нижнему торцу кера" мического цилиндра 3 механически прочно прикреплено переходное кольцо 13, служащее для скрепления вакуумной переключающей части с элек- . тромагнитной системой управления. К торцу вывода 4 вакуумноплотно припаяна шайба )4 из немагнитного металла, пайка которой для снижения термических напряжений в зоне спая производится с применением компенсационного кольца 15 из молибдена или ковара. Для сохранения и поддержания в объеме переключателя рабочего давления в течение заданного срока службы служит газопоглотитель 16, закрепленный через никелевую пластину 17 на выводе подвижноt-o контакта 6.

Электромагнитная система управления заключена в корпус 18 и включает в себя корпус электромагнита 19 из магнитомягкого металла, в верхней части основания которого выйолнен выступ, служащий местом опоры поводка

20 из упругого металла. Поводок 20 закреплен на выступе корпуса электромагнита 19 с возможностью вращения, Крепление выполнено с помощью пружиннной накладки 21, жестко прикрепленной к корпусу электромагнита

19. Поводок 20 соединен подвижно с накладкой 22,скрепленной жестко со стержнем 23 из немагнитного металла, который, в свою очередь, жестко закреплен в сердечнике 24 из магнитомягкого металла. Снизу ход сердечника 23 ограничен основанием 25 из магнитомягкого металла. Для обеспечения перемещения сердечника 23 в осевом направлении он помещен в напровляющую втулку 26 из немагнитного металла, например из латуни. На внешней поверхности втулки 26 строго посередине и диаметрально противомагнита в данной ветви. При достижении.в магнитной цепи данной ветви равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного потока на вторую ветвь сердечник 24 перебрасывается во второе устойчивое состояние - к основанию корпуса электромагнита 19. При этом поступательное движение сердечника 24 за счет подвижных связей поводка 20 переходит во вращательное движение поводка 20 и связанного с ним подвижного контакта 9, который перебрасывается на неподвижный контакт 7. Кинематическая схема подбирается таким образом, чтобы замыкание контактов происходило несколько раньше, чем сердечник 24 достигнет основания корпуса электромагнита 18. При дальнейшем движении сердечника 24 до упора на основание корпуса электромагнита

19 за счет прогиба боковой части дополнительного контакта 10 и поводка 20 и упругих свойств их материала создается нужное контактное нажатие. Для возвращения подвижного контакта 9 к верхнему неподвижному контакту 8 напряжение питания соответствующей полярности и величины подается на обмотку 30.

Использование в вакуумном переключателе дополнительного контакта повышает токопропускную способность, снижает "дребезг" контактов и повышает надежность контактирования, снижает нагнев мембраны и ее газопроницаемость, повышает циклическую прочность мембраны, уменьшает потребление электроэнергий и снижает потери энергии высокой частоты на нагрев.

В совокупности это позволяет повысить величину пропускаемого тока, количество циклов переключений, долговечность и надежность оаботы. формула изобретения

1. Высоковольтный вакуумный переключатель, содержащий два неподвижных контакта, укрепленных на вводах вакуумной камеры, расположенный между ними подвижный контакт стержневого типа, укрепленный на гибкой. мембране и, связанный через изолятор и поводок с сердечником, управляемым электромагнитной сис7 938327 8 положно закреплены два постоянных магнита 27 и 28, выполненных в виде секторов и имеющих радиальное направление силовых линий магнитного поля (с радиальным намагничиванием).

По обе стороны от постоянных магнитов 27 и 28 расположены обмотки управления 29 и 30, намотанные на каркасы 31 и 32. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным ци- ip линдром 33 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы 34 изолятора 35.

При сочленении вакуумной переключающей части с электромагнитной системой управления изоляционный стержень 12 входит в кольцевое отверстие поводка 20 с гарантированным зазором, обеспечивающим подвижность соединения с минимальным люфтом. Затем переходное кольцо 13 и корпус 18 жестко скрепляют между собой, например,с помощью сварки.

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

Переключатель работает следующим образом.

В исходном состоянии подвижныи 3ц контакт 9 и дополнительный контакт 10 замкнуты на один (любой ) из неподвижных контактов, например на верх, ний неподвижный контакт 8. В этом случае ток высокой частоты проходит с вывода 4 на неподвижный контакт 8 и далее на

35 дополнительный контакт 10 и на подвижный контакт 9. При этом большая часть тока идет через боковые части дополнительного контакта 10 на вывод

4О

6, а меньшая его часть 6 идет на вывод через подвижный контакт 9 и ,иембрану 11. для этого случая магнитный поток пюстоянных магнитов замкнут по следующему пути: постоянные магниты 27

45 и 28,,часть сердечника 24, прилегающая к основанию 25,основание. 25, цилиндрическая часть корпуса электромагнита 19 и далее постоянные магниты 27 и 28.

Для переключения подвижного контакта 9 и дополнительного контакта

10 на неподвижный контакт 7 на нижнюю обмотку управления 29 подается импульс напряжения с полярностью, создающей в обмотке управления магнитный поток, противоположно направленный магнитному потоку постоянного

938327

20 сРиа2

Юа! темой с поляризующими постоянными магнитами и выводы, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения способности по току, количества циклов переключений, долговечности и надежности работы, подвижный контакт снабжен дополнительным упругим ленточным контактом П или Л-образной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазора и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта.

2. Переключатель по и l. о т л ич а ю шийся тем, что дополнительный контакт выполнен с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта при прогибе боковых частей после замыкания цепи.

3. Переключатель по пп.1 и 2, о т л и и а ю шийся тем, что боковые части дополнительного контакта установлены относительно подвижного контакта с зазором, величина которого выбрана равной или превышающей величину прогиба боковых частей дополнительного контакта °

4. Переключатель по пп.1 и 2,о т" л и ч а ю шийся тем, что боковые части дополнительного Кс.íòàêòà выполнены. в виде пакета упругих пластин.

5. Переключатель по п.п 1, 2 и 4, отличающийся тем, что каждая из пластин в пакете выполнена с покрытием из высокопроводящего материала.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Патент США N 3324430, кл. 395-84, 1967.

2. Патент Великобритании

1 2996621, кл. H Ol Н 33/66, 1972.

BHHHIlH Заказ 4473/75

Тираж 761 Подписное

Филиал ППП чПатент", г.ужгород,ул.Проектная,4