ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H01H33/664 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к силовой коммутационной аппаратуре, и предназначено для использования в вакуумных выключателях и контакторах постоянного и переменного тока.

В вакуумных выключателях постоянного и переменного тока широко используются дугогасительные камеры, оснащенные магнитной системой, создающей в зазоре между контактами при их размыкании магнитное поле, которое облегчает прерывание тока

Известен вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру со "встроенной" магнитной системой [1]. В этом выключателе формирование магнитного поля в зазоре обеспечивается собственным током выключателя и сложной сегментацией дисковых контактов.

Недостатками этого устройства являются конструктивная сложность контактов и узкая область применения: величина тока должна быть значительной для создания магнитного поля.

Известен вакуумный выключатель тока [2], в котором независимая магнитная система в виде катушки, расположенной по оси дугогасительной камеры со стороны неподвижного контакта, формирует в зазоре преимущественно аксиальное поле.

Недостатком этого устройства является форма магнитного поля, которая не позволяет эффективно использовать устройство для коммутации постоянного тока.

Ближайшем техническим решением является вакуумный выключатель, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, содержащую две катушки и формирующую между контактами плоскооднородное поперечное оси поле [3].

Недостатками этого устройства являются форма магнитного поля, которая вызывает дрейф дуги в скрещенных электрическом и магнитном полях исключительно в одном направлении, и массогабаритные характеристики, которые увеличены из-за размещения катушек по бокам камеры.

Техническим результатом предложенного технического решения является повышение отключающей способности и улучшения массогабаритных характеристик вакуумного выключателя тока.

Технический результат достигается тем, что в вакуумном выключателе тока, содержащем дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижными электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, формирующую между контактами поперечное поле, магнитная система расположена по оси со стороны одного из контактов и выполнена формирующей поперечно-радиальное поле; причем магнитная система выполнена в виде постоянного магнита, магнитная система выполнена в виде катушки; магнитная система содержит магнитопровод; магнит расположен со стороны неподвижного электрода, при этом магнит не пересекает плоскость зазора; магнит выполнен в виде по крайней мере одного диска или кольца, наружный диаметр контакта больше наружного диаметра магнита; часть корпуса, соприкасающаяся с магнитом, выполнена из ферромагнитного материала; магнитопровод выполнен в виде диска или кольца; магнит расположен в полости подвижного электрода.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан схематический разрез вакуумного выключателя тока с магнитной системой в виде постоянного магнита, на фиг.2 - пример исполнения выключателя с магнитной системой в виде катушки, расположенной у неподвижного электрода, а на фиг.3 - пример исполнения выключателя с магнитом в виде диска, расположенного в полости подвижного электрода.

Выключатель содержит дугогасительную камеру с подвижным 3 и неподвижным 4 электродами с торцевыми контактами 1 и 2 соответственно, при этом электроды закреплены на корпусе 5 камеры, часть 7 которого выполнена из ферромагнитного материала, и магнитную систему с постоянным магнитом 6 и магнитопроводом 8.

Выключатель работает следующим образом.

При замкнутых контактах 1, 2, выполненных из немагнитного материала, например хромистой меди, через них и электроды 3, 4, выполненных из немагнитного высокопроводящего материала, например меди, протекает постоянный ток. Магнитная система, выполненная, например, из постоянного магнита, расположенного по оси, формирует в области контактов поперечно-радиальное (азимутально-однородное и преимущественно радиальное) магнитное поле. Такое поле эффективно обрывает дугу, возникающую при размыкании контактов, так как, во-первых, оно затрудняет попадание электронов на анод вследствие их замагниченности, во-вторых, столб дуги не может дрейфовать в азимутальном направлении в скрещенных электрическом и магнитном полях и, следовательно, выталкивается на периферию (корпус 5, выполненный, например, из меди) центробежной силой, в-третьих, в спадающем по радиусу магнитном поле плазма дуги как диамагнетик также выталкивается на периферию.

Выключатель также будет эффективно работать на переменном токе, если продолжительность полупериода будет больше, чем время обрыва дуги.

Для уменьшения габаритов выключателя и обеспечения его эффективной работы с небольшими токами, менее килоампера, магнитная система выполнена из постоянного магнита, например, на основе самарий-кобальта 6.

Для работы с токами не менее нескольких килоампер и в напряженном тепловом режиме магнитная система выполнена из электромагнитной катушки 9, например, изготовленной из меди.

Для увеличения величины магнитного поля в зазоре и уменьшения габаритов магнита магнитная система содержит магнитопровод 8, выполненный, например, из ферромагнитного материала - железа армко.

Для снижения рабочей температуры постоянного магнита он расположен со стороны неподвижного электрода, где облегчен теплоотвод.

Для обеспечения высокой степени азимутальной однородности магнитного поля в зазоре магнит выполнен в виде диска или кольца.

Для увеличения доли радиальной составляющей магнитного поля в зазоре наружный диаметр d_c контакта выполнен больше наружного диаметра d_m магнита, d_m<d_c.

Для увеличения величины магнитного поля в зазоре часть 7 корпуса, соприкасающаяся с магнитом, выполнена из ферромагнитного материала, например железа армко.

Для обеспечения большей азимутальной однородности поля магнитопровод выполнен в виде диска или кольца.

Для уменьшения габаритов выключателя магнит расположен в полости подвижного электрода.

Таким образом, изобретение существенно улучшает конфигурацию магнитного поля в зазоре, что позволяет повысить отключающую способность выключателя и уменьшает его массогабаритные характеристики при использовании постоянных магнитов.

Литература

1. Вакуумные дуги. Теория и приложения. /Под ред. Дж.Лафферти. - M.: Мир, 1982, стр.398.

2. Jenkis J.E., Vacuum switch arc control //UK Patent Application GB 2233498 A, 1991.

3. Emtage P.R., Kimblin C.W., Gorman J.G. et. al. //IEEE Trans. Plasma Sci., 1980, vol.8, №4, p.314-319.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к силовой коммутационной аппаратуре. Выключатель содержит дугогасительную камеру и магнитную систему в виде постоянного магнита или катушки, размещенную по оси камеры со стороны любого одного из контактов и формирующую поперечно-радиальное поле. Регулирование величины и структуры магнитного поля обеспечивается с помощью магнитопроводов из ферромагнитного материала и выполнения определенного соотношения между диаметром магнита и наружным диаметром кольцевого контакта. Технический результат - улучшение структуры магнитного поля в межконтактном зазоре, что позволяет повысить отключающую способность выключателя и уменьшение его массогабаритных характеристик при использовании постоянных магнитов. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Вакуумный выключатель тока, содержащий дугогасительную камеру с аксиальными подвижным и неподвижным электродами с торцевыми контактами, закрепленными на корпусе камеры, и магнитную систему, формирующую между контактами поперечное оси поле, отличающийся тем, что магнитная система расположена по оси со стороны одного из контактов и выполнена формирующей поперечно-радиальное поле.2. Вакуумный выключатель тока по п.1, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде постоянного магнита.3. Вакуумный выключатель тока по п.1, отличающийся тем, что магнитная система выполнена в виде катушки.4. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что магнитная система содержит магнитопровод.5. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.2 и 4, отличающийся тем, что магнит расположен со стороны неподвижного электрода, при этом магнит не пересекает плоскость зазора.6. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.2, 4 и 5, отличающийся тем, что магнит выполнен в виде по крайней мере одного диска или кольца.7. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.2, 4-6, отличающийся тем, что наружный диаметр контакта больше наружного диаметра магнита.8. Вакуумный выключатель тока по п.4, отличающийся тем, что часть корпуса, соприкасающаяся с магнитом, выполнена из ферромагнитного материала.9. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.4-8, отличающийся тем, что магнитопровод выполнен в виде диска или кольца.10. Вакуумный выключатель тока по любому из пп.2, 4, 6 и 7, отличающийся тем, что магнит расположен в полости подвижного электрода.