Жидкометаллическое коммутационное устройство

 

(72) Авторы изобретения

Н.А. Дубровин, Ю.A. Митькин и Д.В. Орлов (71) Заявитель

Ивановский ордена "Знак Почета" энергетический

В И Л

Изобретение относится к электротехнике, в частности к жидкометаллическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано в слаботочной технике и автоматике. Известен электромагнитный жидкометаллический контактор, в котором твердометаллические электроды замыкаются при помощи ртути, а размыкаются феррожидкостью, разрывающей ртутную перемычку при возбуждении катушки управления ).

Недостатком этого устройства является ограниченное быстродействие и низкая надежность.

Известно жидкометаллическое коммутационное устройство, содержащее изоляционный корпус, заполненный жидким металлом и феррожидкостью, твердометаллические. электроды и электро- 20 магнитную систему, включающую катушку управления и магнитопровод с полюсными наконечниками В указанном устройстве феррожидкость заключена

2 в эластичную оболочку и удерживается электромагнитом подмагничивания. Раз-. рыв коммутируемой цепи осуществляется путем нарушения жидкометаллической перемычки за счет того, что феррожидкость в магнитном поле растягивает эластичную оболочку, которая образует между полюсами электромагнита перегородку, разрывающую жидкометаллическую перемычку.

Данное устройство имеет достаточ- .

Но большое время срабатывания из-за наличия дополнительного времени, необходимого на растягивание оболочки.

Кроме того, время его срабатывания может измениться при замене эластичной оболочки, например при ремонте, из-за различия их свойств. Отсутствие мер по гашению дуги при коммутации также увеличивает время срабатывания 2 ). Надежность этого устройства невысока из-за ограниченного срока службы эластичной оболочки и необходимости иметь электромагнит

3 96098 подмагничивания. При разрые оболочки из-за ее старения или прожигания другой отключаемого тока контактор не сможет разорвать коммутируемую цепь. При выходе из строя электромагнита подмагничивания контактор не сможет нормально функционировать.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности жидкометаллического коммутационного уст- щ ройства.

Поставленная цель достигается тем, что жидкометаллическое коммутационное устройство снабжено изоляционной трубкой, изоляционный корпус выполнен в виде прямой четырехугольной призмы с равнобокой трапецйей в поперечном сечении, меньшее основание которой обращено в сторону катушки управления, при этом две равные по площади и боковые грани призмы сопряжены с полюсными наконечниками электромагнитной системы, через грань, соответствующую большему основанию трапеции, пропущена указанная изоляционная трубка, установленная перпендикулярно к обеим основаниям трапеции, при этом один конец изоляционной трубки погружен в жидкий металл, а на другом ее конце радиаль30 но установлены твердометаллические электроды.

На фиг. 1 и 2 изображено жидкометаллическое коммутационное устройство, разрез (в отключенном и включенном состояниях); на фиг. 3 " то же, вид сверху.

Устройство состоит из изоляционного корпуса 1, выполненного в виде прямой четырехугольной призмы с траао пецией в поперечном сечении, изоляционной трубки 2 с неподвижными электродами 3, жидкого металла 4 и феррожидкости 5 над ним. К корпусу плотно прилегают полюсные наконечники 6 электромагнита управления с обмоткой 7.

Работа жидкометаллического коммутационного устройства заключается в следующем.

При подключении коммутируемой цепи 0 к электродам 3 и при подаче тока в обмотку 7 электромагнита управления феррожидкость 5 устремляется в область максимальной напряженности магнитного поля (в данном случае к нижней грани корпуса 1), вытесняя из этой области жидкий металл в изоляционную трубку

2 и смачивает электроды 3, создавая

7 4 тем самым токопроводящую перемычку между ними, которая замыкает коммутационную цепь (фиг. 2). Для того чтобы в корпусе в этот момент не создавалось разряжение в верхней гране корпуса предусмотрено небольшое отверстие. При снятии управляющего напряжения с обмотки 7 электромагнита управления жидкий металл 4 под действием силы тяжести устремляется, в изоляционной трубке вниз, вытесняя феррожидкость, и разрывает коммутируемую цепь. В этом случае устройство находится в разомкнутом состоянии (фиг. 1). Форма диэлектрического корпуса выбирается исходя из следующих соображений. Известно, что феррожидкости имеют свойство втягиваться в область с максимальной напряженностью магнитного поля, причем сила втягивания прямо пропорциональна напряженности и градиенту напряженности магнитного поля, поэтому электромагнит управления необходимо делать таким, чтобы в его зазоре возникало неоднородное магнитное поле с максимально возможным градиентом напряженности. Такое поле создается в зазоре электромагнита выполненном в виде клиновидной щели, а изоляционный корпус должен занимать весь объем этой щели.

Залив в корпус жидкий металл и феррожидкость, различающиеся по плотности, можно с максимальным эффектом испольэовать силу втягивания феррожидкости в неоднородном поле. Причем плотность жидкого металла должна быть выше плотности феррожидкости.

В устройстве феррожидкость непосредственно давит на жидкий металл без каких-либо эластичных оболочек.

Поэтому из общего времени срабатывания устройства исключается время, необходимое на растягивание оболочки, которая имеется у известного устройства. Таким образом, повышается по сравнению с известным быстродействие устройства.

Феррожидкость, находясь в таком неоднородном поле, давит на всю поверхность жидкого металла и стремясь вытеснить его из области максимальной напряженности магнитного поля, прижимает жидкий металл. Наличие в жидком металле трубки создает условия для быстрого и надежного вытеснения жидкого металла из области максимальной неоднородности магнитИидкометаллическое коммутационное устройство, содержащее изоляционный корпус, заполненный жидким металлом и феррожидкостью, твердометаллические электроды и электромагнитную систему, включающую катушку управления и магнитопровод с полюсными наконечниками, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, оно снабжено изоляционной трубкой, изоляционный корпус выполнен в виде прямой четырехугольной призмы с равнобокой трапецией в поперечном сечении, меньшее основание которой обращено в сторону катушки управления, при этом две равные по площади боковые грани призмы сопряжены с полюсны- ми наконечниками электромагнитной системы, через грань, соответствующую большему основанию трапеции, пропущена указанная изоляционная трубка, установленная перпендикулярно к обеим основаниям трапеции, при этом один конец изоляционной трубки погру5 9609 ного поля. Поэтому жидкий металл устремляется вверх по изоляционной труб ке и доходит до неподвижных электродов, замыкая их. Объем жидкого металла должен быть достаточным, чтобы заполнить изоляционную трубку до неподвижных контактов.

Изоляционный корпус должен иметь угол между гранями сопряженными с полюсами электромагнитной системы не 10 более 40 . При угле большем чем 40 уменьшается величина силы втягивания феррожидкости в области с максимальной напряженностью магнитного поля.

Возникающая при коммутациях элек- 15 трическая дуга гасится материалом изоляционной трубки, обладающим дугогасящими средствами. Для лучшего дугогашения можно дополнительно применять известные меры, так например, 20 нанесение около контактов покрытия с большим удельным сопротивлением, размещение внутри трубки поверх жидкого металла электроизоляционной дугогасящей жидкости (например, 25 трансформаторного масла).

Работоспособность жидкометаллического устройства проверяют на эксперименте. Полученные результаты показывают, что при подключении к неподвижным электродам коммутируемой цепи и приложении напряжения к обмотке электромагнита управления, феррожидкость вытесняет жидкий металл в изоляционную трубку, который, поднимаясь до неподвижных электродов, замыкает коммутируемую цепь. В этом случае жидкометаллическое коммутационное устройство включено. При снятии напряжения с обмотки электромагнита управления жидкий металл, под действием силы тяжести, устремляется вниз по изоляционной трубке и разрывает коммутируемую цепь. В этом случае устройство находится в выключенном состоянии.

Таким образом, подтверждается возможность применения предлагаемого устройства для коммутации электрических цепей с практически неограничен50 ным числом срабатываний и большой частотой переключения, так как оно не содержит никаких подвижных механических частей.

Такое жидкометаллическое комму55 тационное устройство может быть использовано в электроаппаратостроении и автоматике для коммутации электрических цепей. Его можно использовать, 87 6 например, в качестве концевого выключателя, в этом случае в качестве управляющего магнитного поля можно использовать поле постоянного магнита. Это устройство можно использовать для дистанционной регистрации наличия магнитного поля в клиновидных зазорах электромагнитных систем электрических машин. Кроме того, предлагаемое устцрйство может быть использовано в качестве привода известных жидкометаллических устройств.

Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого жидкометаллического коммутационного устройства выражается в повышении надежности, снижении времени срабатывания, в расширении области применения и в упрощении конструкции. Созда. ние на основе предлагаемого жидко- металлического коммутационного устройства концевого выключателя без механических движущихся частей позволяет значительно увеличить ресурс и надежность работы концевога, выключателя и тем самым увеличить надежность работы различных устройств и механизмов, в которых требуется отключение или включение электрических цепей в нужный момент времени.

Формула изобретения

7 960987 8 жен в жидкий металл, а на другом ее 1. Авторское свидетельство СССР конце радиально установлены твердо- Ю 509912, кл. Н 01 Н 29/04, 1974. металлические электроды. 2. Авторское свидетельство СССР

Источники информации, и 675469 кл. Н 01 H 29/04, 1978 принятые во внимание при экспертизе (прототип).

ВНИ

Ти фи г.У