ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 1997 года по МПК H01H31/24 

Настоящее изобретение относится к устройствам для переключения высокочастотных цепей большой мощности, и, в частности, касается проблем предотвращения искрения и износа контактов.

Одной из важных областей применения настоящего изобретения является холодное включение и выключение тока в форме очень мощных высокочастотных импульсов, особенно в твердотельных передатчиках прецизионной системы "Лоран" и т.п.

Известен высокочастотный выключатель с парой продольно-расположенных в одной плоскости токопроводящих шин и с контактным мостиком, выполненным в виде соединительной пластины, установленной параллельно токопроводящим шинам и соединенной с приводом ее поступательного перемещения [1]
Указанный выключатель может быть использован, в частности, для переключения высокочастотных цепей большой мощности.

Для того, чтобы предотвратить искрение контактов, по всей поверхности контакта необходимо приложить высокое контактное давление.

Исключение подпружинивания контактов и использование новой конструкции, обеспечивающей прижатие к шине соединительной пластины в выключателе, согласно данному изобретению, позволяют решить обе эти проблемы и, кроме того, обеспечить очень хороший электрический контакт между поверхностями, а также существенно повысить быстродействие выключателя по сравнению с известными конструкциями.

Таким образом, задачей изобретения является создание нового усовершенствованного выключающего устройства для мощных импульсных высокочастотных схем и других аналогичных схем, которое было бы лишено недостатков предыдущих конструкций, таких, как большой износ контактов, искрение и присущее им низкое быстродействие и позволило бы обеспечить необходимое контактное давление и устранить искрение контактов при отсутствии существенного износа контактных поверхностей и при высокой скорости включения и выключения.

Еще одной задачей изобретения является создание усовершенствованного высокочастотного выключателя большой мощности, содержащего скользящие соединительные пластины, прижимающиеся к шинам.

На фиг. 1 представлен вид в аксонометрии токопроводящих шин и соединительных пластин, поясняющий подключение шин в соответствии с настоящим изобретением; на фиг. 2 и 3 схематически показаны токопроводящие шины и соединительная пластина в различных положениях при ее перемещении; на фиг. 4 изображен вид спереди, продольный разрез выключателя с устройством, обеспечивающим прижатие соединительных пластин к шинам в выключателе; на фиг. 5 представлен вид в аксонометрии реального выключателя, работающего, как показано на фиг. 1-3.

Изобретение предусматривает создание высокочастотного высоковольтного выключателя большой мощности, который содержит в cочетании две пары проходящих токопроводящих шин 1, 2, 3, 4, соседние концы которых электрически не соединены; пару шин, расположенных друг под другом и отделенных друг от друга вертикальным промежутком с образованием верхней и нижней пар шин. Верхняя 5 и нижняя 6 соединительные пластины смещены горизонтально в боковом направлении относительно соответствующих пар шин и лежат в плоскостях, расположенных несколько выше и несколько ниже соответствующих верхних и нижних поверхностей верхних и нижних пар шин. Имеются также средства горизонтального перемещения верхней 5 и нижней 6 соединительных пластин в поперечном направлении с возможностью перекрывания ими смежных концов соответствующих верхних и нижних пар шин и средства для последующего прижатия соединительных пластин к указанным верхним и нижним поверхностям первой и второй пар шин с обеспечением электрического контакта их соединения и замыкания выключателя.

Проблемы, возникающие при подключении шин, поясняются фиг. 1 где изображены две входные, продольно расположенные в параллельных плоскостях токопроводящие шины 1 и 2, имеющие вид плоских пластин, полос или листов, разделенных вертикальным промежутком. Входные шины 1 и 2 могут быть подсоединены, например, к выходной цепи генератора высокой частоты, возможность подключения которой к соответствующим компланарным выходным шинам 3 и 4 требуется обеспечить. Эти две пары, установленных в ряд, входных и выходных пар компланарных шин 1-4, как схематично показано на чертеже, могут быть соединены соответственно с помощью двух плоских соединительных пластин 5 и 6. Чтобы замкнуть шины выключателя, пластины 5 и 6 должны быть введены сбоку так, чтобы перекрыть и затем замкнуть соответственно входные шины 1 и 3 и выходные шины 2, 3, как показано пунктирными линиями на фиг.1. При этом, для предотвращения искрения, необходимо обеспечить должное контактное давление.

Обычно шина имеет ширину около 3 дюймов (76 мм) и толщину около 0,25 дюйма (6 мм). Когда выключатель разомкнут, расстояние между соседними концевыми частями соответствующих рассоединенных входных и выходных шин 1-4, а также расстояние между ними и отсоединенными пластинами 5 и 6 должно быть не менее 2 дюймов (50 мм) с тем, чтобы выдерживать высокое напряжение при разомкнутых контактах выключателя. С целью обеспечения такого большого промежутка, а также большого контактного давления при высоком быстродействии операция включения подразделяется на два этапа: введение в поперечном направлении соединительных пластин между соответствующими продольно расположенными входными и выходными шинами, с тем, чтобы обеспечить их перекрывание, и вертикальное замыкание с приложением усилия к соединительным пластинам и соответствующим шинам.

На фиг. 2 схематически изображен вид в плане, поясняющий процесс введения соединительной пластины. Соединительная пластина (в данном случае пластина 5) вводится сбоку и обычно представляет собой пластину П-образной формы, отделенную от верхних (или нижних) поверхностей шин небольшими зазорами. Концевые части и средняя часть П-образной пластины служат для того, чтобы увеличить пути утечек в изолирующих материалах, используемых для закрепления и разделения шин, как описано ниже со ссылками на фиг. 4. На фиг. 3 контактная система выключателя изображена в разомкнутом положении. П-образная соединительная пластина 5 располагается горизонтально сбоку от входной 1 и выходной 3 шин. На фиг. 3 выключатель находится в замкнутом положении. Плоские поверхности соединительных пластин перекрывают и замыкают соседние концевые части шин.

На фиг. 4 представлен вид спереди выключателя, в котором средства прижатия пластин находятся в положении, соответствующем замкнутому положению выключателя, как на фиг. 3. Эти средства состоят из трех блоков 7, 8, 9, выполненных из изолирующего материала, например, пластина (марка G10) или другого подходящего материала. Блок 8 формирует установочный промежуток между верхней и нижней шинами, а также зазоры 10, 11, 12 и 13 для введения соединительных пластин 5 и 6. Блоки 7 и 9 обеспечивают прижатие шин и введенных соединительных пластин с помощью электродвигателя 14 с большим пусковым моментом и резьбового вала 15 из нержавеющей стали.

Площадь электрического контакта между двумя плоскими поверхностями такими, как поверхности шин и соединительных пластин, пропорциональна твердости вступающего в контакт материала. Из-за наличия микроскопических неровностей на плоских поверхностях лишь небольшая часть поверхностей контактов действительно находится в физическом контакте. Например, в случае плоских серебряных контактов, лишь около 1% площади находится в контакте при контактном давлении 2•10⁶ Па. Поэтому, чтобы максимально увеличить контактное давление как плоские проводящие соединительные пластины, так и шины изготавливают из мягкой меди и покрывают в области контакта золотом или другим благородным металлом.

В соответствии с фиг. 5, изображающей вид выключателя в аксонометрии, две соединительные пластины 5 и 6 установлены на каретке 16, перемещающейся вперед и назад по двум направляющим 17. Каретка 16 движется горизонтально в поперечном направлении под действием двух соединительных рычагов 18, управляемых электромагнитами и находящихся в положении 18¹, показанном пунктиром, когда соединительная пластинка сдвинута вперед и находится во введенном положении. Выключатель замыкается при перемещении каретки 16 к блокам (вправо на фиг. 5, как показано пунктирными линиями и горизонтальной стрелкой), вследствие чего соединительные пластины входят в зазоры 10-13 между блоками 7, 9 и блоком 8, где размещены шины, и перекрывают соответствующие концевые части входных и выходных шин. При этом блоки раздвинуты (отделены друг от друга) таким образом, что соединительные пластины могут быть введены без усилия, а, следовательно, и без износа контактов. Как только соединительные пластины оказываются введенными в верхние и нижние зазоры 10-13 между блоками, включается электродвигатель 14, который через коническую зубчатую передачу 19 сдвигает блоки 7 и 9 вместе, перемещая их в вертикальном направлении (показано вертикальной стрелкой), обеспечивая прижатие концевых частей пластин 5 и 6 к соответствующим шинам и, тем самым, обеспечивая электрическое соединение соответствующих входных 1, 2 и выходных 3, 4 шин. После достижения необходимого усилия сжатия электродвигатель 14 отключается и это усилие удерживает выключатель в замкнутом положении.

Чтобы разомкнуть выключатель, электродвигатель 14 включается снова, на этот раз, вращая нажимной вал 15 в противоположном направлении и, тем самым, разъединяя блоки, которые, в свою очередь, разгружают от усилия сжатия концевые части соединительных пластин и шин, электродвигатель 14 отключается. Отключение электродвигателя производится с помощью обычных микровыключателей (не показаны). Затем включаются электромагниты управления несущей соединительные пластины каретки 16, которые перемещают ее в поперечном направлении (влево, отодвигая ее) от блоков и, тем самым, вновь размыкая выключатель.

Несущая соединительные пластины каретка 16 может перемещаться вперед и назад с большой скоростью благодаря отсутствию сил трения между контактами. Электродвигатель 14 может быстро прижать соединительные пластины к шинам, поскольку ход блоков очень мал, (например, составляет менее 6 мм). В результате фактическое время включения или выключения выключателя составляет менее 2 с, при этом износ контактных поверхностей отсутствует, обеспечиваются необходимые промежутки между контактами, выдерживающие высокое напряжение, и создается необходимое контактное давление, предотвращающее искрение контактов.

На случай выхода из строя электромагнитов можно использовать аварийный поршень 20 с ручным управлением.

Термины "вертикальный" и "горизонтальный", "нижний" и "верхний" использующиеся в данном описании, являются условными, т.к. выключатель может быть ориентирован различным образом. Возможны также иные модификации конструкции выключателя в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.

Использование: изобретение относится к высокочастотным высоковольтным быстродействующим выключателям, используемым для холодного включения и выключения тока в форме очень мощных коротких импульсов высокой частоты в таких устройствах, как твердотельные передатчики прецизионной системы "Лоран" и т. п. , например, для переключения их с одной выходной или соединительной цепи на другую. Существо: выключатель содержит верхнюю и нижнюю пару плоских несоединенных продольно расположенных входных и выходных шин. Электрическое соединение шин осуществляется путем введения в поперечном направлении расположения плоских соединительных пластин, которые отделены от шин небольшим зазором, и последующего быстрого прижатия этих пластин к соседним концевым частям несоединенных входных и выходных шин. 8 з.п. ф-лы. 5 ил.

1. Высокочастотный выключатель большой мощности, содержащий первую пару продольно расположенных в одной плоскости с зазором друг относительно друга токопроводящих шин, одна из которых является входной, а другая выходной, и соединительную пластину, связанную с приводом ее перемещения, которая в замкнутом положении выключателя перекрывает противостоящие концы первой пары токопроводящих шин, отличающийся тем, что он снабжен второй парой аналогичных токопроводящих шин, расположенной напротив первой пары токопроводящих шин в параллельной плоскости, второй аналогичной соединительной пластиной, также связанной с указанным приводом перемещения и средством для прижатия соединительных пластин и поверхностям соответствующих пар токопроводящих шин после их приведения в положение замыкания выключателя, причем соединительные пластины установлены в возможностью их перемещения в направлении, перпендикулярном направлению расположения токопроводящих шин, в плоскостях, расположенных параллельно с зазорами по отношению к плоскостям расположения соответствующих пар шин, исключающих соприкосновение соединительных пластин с шинами при их перемещении под действием привода. 2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что соединительные пластины выполнены П-образными, причем концевые части соединительных пластин в замкнутом положении выключателя перекрывают концевые части соответствующих пар токопроводящих шин. 3. Выключатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен промежуточным изолирующим блоком, разделяющим и несущим указанные токопроводящие шины, а также крайними изолирующими блоками, которые при приведении в действие средств прижатия соединительных пластин обеспечивают прижатие крайних блоков к промежуточному блоку с усилием, обеспечивающим требуемую величину контактного нажатия. 4. Выключатель по пп.1 3, отличающийся тем, что привод перемещения соединительных пластин снабжен средствами для отвода соединительных пластин от шин при прекращении действия средств прижатия соединительных пластин и отсоединении пластин от шин. 5. Выключатель по п.4, отличающийся тем, что привод перемещения соединительных пластин выполнен в виде каретки, в которой установлены пластины, снабженной управляемыми с помощью электромагнитов соединительными рычагами. 6. Выключатель по п.5, отличающийся тем, что средства прижатия соединительных пластин содержат электродвигатель с большим пусковым моментом, который через нажимной вал взаимодействует с соединительными пластинами. 7. Выключатель по пп.3 5, отличающийся тем, что средства прижатия соединительных пластин содержат электродвигатель с большим пусковым моментом, который через нажимной вал, проходящий через блоки, вызывает перемещение крайних изолирующих блоков для прижатия их к промежуточному изолирующему блоку и отведения их от него. 8. Выключатель по п.7, отличающийся тем, что ход сжатия крайних блоков составляет около 6 мм. 9. Выключатель по п.8, отличающийся тем, что время срабатывания электромагнита и электродвигателя с большим пусковым моментом при работе выключателя составляет менее 2 с.