Магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель Советский патент 1983 года по МПК H01H29/00 

Изобретение относится к технике коммутирования сильноточных электрических цепей постоянного тока, а именно к коммутационной аппаратуре с жидким металлом.

Известны магнитоуправляемые переключатели, в которых в качестве контакта используется электропроводящая жидкость, в которой взвешены магнитные частицы. При наличии магнитного поля происходит перемещение жидкости и замыкание контактов, а при исчезновении поля жидкость занимает свое первоначальное состояние за счет силы поверхностного натяжен я 1 и 2 .

Данные магнитоуправляемые переключатели слаботочные и предназначены для бездуговой коммутации.

Известен магнйтоуправляемый ртутный выключатель, который содержит частично заполненный ртутью корпус, а также плавающий на поверхности ртути намагничивающий шарик, покрытый ртутной пленкой. Под действием магнитного поля шарик перемещается вну ри корпуса в продольном направлении что приводит к замыканию или размыкани двух неподвижно закрепленных в корпус контактов.Для образованиямагнитного поля используется постоянный магнит а для изменения магнитного потока в зоне перемещения шарика - перемещаемый намагничивающий управляющий элемент р .

Указанный выключатель имеет невысокое быстродействие из-за инертности подвижной электромагнитной системы управляющего элемента. К тому же у выключателя низкие коммутационная и нагрузочная способности. Это объясняется тем, что один из электродов контактирует с шариком малой поверхностью (по существу одной точкой), вследствие чего подходящие к точке соприкосновения и отходящие от нее токи, взаимодействуя между собой, отталкивают шарик от поверхности электрода, тричем сила отталкивания увеличивается с увеличением нагрузочного тока через выключатель. Поэтому возможен дребезг контактов. Выключатель не имеет устройства, способствующего дугогашению, поэтому он может применяться только для бездуговой коммутации в слаботочных цепях низкого напряжения порядка 10 В.

Цель изобретения - повышение бысродействия, коммутационной и нагрузочной способности магнитоуправляемго выключателя.

Указанная цель достигается тем, что магнйтоуправляемый жидкометаллический выключатель, содержащий геметизированный баллон, твердометаллические электроды, намагничивающиеся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, .расположенный вне герметизированного баллона, снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердометаллические электроды выполнены подковообразнь1ми и установлены так, что образуют мёжэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намагничивающиеся шарики и жидкий металл размещены в направляющих трубках, которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.

При подаче напряжения на катушку электромагнита, расположенного между электродами, намагничивающие шарики, смоченные жидким металлом, под действием электромагнитных сил втягиваются в конусообразный зазор (межэлектродный) и замыкают электроды. При этом силы взаимодействия двух проводников с током, направленных в одинаковом направлении, способствуют лучшему вхождению шарикоВ в межэлектродные зазоры с увеличением нагрузочного тока и увеличиваются, что повышает надежность контакта. Отсутствие подвижной электромагнитной системы повышает быстродействие аппарата, а надежный контакт способствует повышению нагрузочной способности. Кроме того, электроды можно выполнить таким образом, что межэлектродных конусообразных зазоров может быть п количество. Для отключения цепи напряжение подается на внешнюю электромагнитную систему, под действием электромагнитных сил шарики выбираются, из межэлектродных зазоров, возникающая дуга отключения гасится в трансформаторном, масле.

На фиг. Г показан магчитоуправляемый жидкометаллический выключатель, вид спереди (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - то же(разрез В-В на фиг. 1).

Конструкция выключателя состоит из твердометаллических электродов 1 и 2, установленных в герметизированном корпусе (баллоне) 3, катушки 4 электромагнита включения, расположенной между электродами 1 и 2, трубок 5 и б, установл% 1ных в баллоне 3 с углублениями, заполненными жидким металлом- 7 и 8 и намагничивающимися шариками 9 и 10, а также имеется внешняя электромагнитная система (не показана). Трубки 5 и 6 установлены соосно с межэлектродными зазорами, имеющими форму усеченных конусов,.Корпус 3 заполнен трансформаторным маслом 11,

Выключатель работает следующим образом. При подаче электрического импуль са на внутреннюю катушку 4 электромагнита включения создается электро магнитное поле и шарики 9 и 1.0, находящиеся в трубках 5 и б, притягиваются к электродам 1 и 2 и перекры вают собой межэлектродный зазор, те самым замыкая электрическую цепь (включенноесостояние выключателя). Сила притяжения электромагнитного поля, создаваемого катушкой 4 электромагнита включения, должна быть определенной, а именно необходимой для притяжения только крайних шари-ков 9 и 10. При увеличении нагрузоч ного тока исключается дребезг шариков в-трубках 5 и 6, наоборот они плотней притянутся к электродам 1 и 2 под действием кондукционных сил. Отключение электрической цепи производится путем подачи напряжения на внешнюю электромагнитную систему отключения. Создавшееся электромагнитное поле выбивает шарики 9 и 10 из углублений в межэлектродном за- . зоре и они падают на дно баллона 3 (отключенное состояние выключателя) Возникающая при этом дуга отключения гасится в трансформаторном масле. Так как в трубках 5 и б имеется еще некоторое количество шариков Сделесообразно заполнить трубки 5 и б парами шариков, число которых равно числу циклов работы выключателя), то выключатель готов к следующему циклу работы. При отработке заданного цикла коммутаций выключатель можно внов подготовить кработе, заполнив трубки намагничивающимися шариками и жид ким металлом. Быстродействие jbiaHHoro типа аппарата характеризуется отношением силы сопротивления, оказываемой средои 11 движению шарика, и электромагнитной силы Электромагнитная сила возникает за счет возникновения тока цепи и внешнего магнитного поля Чем больше превьшение электромагнит ной силы над силой сопротивления, тем быстрее быстродействие аппарата Время отключения может быть рассчитано из следующих соображений. Для отключения электрической цепи должно выполняться условие usuUv-H t e напряжение цепи прикатодное падение напряжения;напряженность электрического поля т-ой дуги длина т-ой дуги. в предложенной конструкции можно считать, что возникающие дуги находятся в одинаковых условиях. В связи с этим выражение (1) запишется 2iU + 2EE. Таким образом, величина Е, на которую растягивается дуга, должна быть и - 2ли . Или для напряжения U равного 100 В получим, учитывая, что для (,)медь, uU 20 В, а Е дуги в масле «;100 В/см, 100-2- 20 0,3 (см). Запишем уравнение -дуги Ж эм-Ъопр-О. (движение равномерное) п- - Рсопр ла, м время движения шарика по металлическим нaпpaвлVкядим электродов 1 и 2 без сопротивления контакта. Конта-кт в данном случае не испытывает сопротивления трению за счет образования пленки жидкого металла между шариками и поверхностями электродов. Таким образом, время отключения для данного случая может быть определено из выражения . . ..i. опек -u-Fc L . .Время срабатывания зависит от диаметра шарика. Максимальное время будет при стремлении диаметра шарика к нулю Для случая протекания тока равного ly, 50 кА, времени скольжения rto межэлектродному промежутку t l10c, М 0,01 и В IT имеем - ieTi§i7Io-T О.Обмс. Таким образом, предлагаемый выключатель позволяет повысить быстродействие, коммутационную и нагрузочную (Способность аппарата.

вВОЯкВ

Ш5

+ /

/

itkrVHk iTr ilii i

ё i.-i.4 ГАЧ ГАЧ г

магНИТОУПРАВЛЯЕМЫЙ ЖИДКО МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТ, содержащий герметизированный баллон,твердометаллические электроды, намагничивающиеся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, расположенный вне герметизированного баллона, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности, он снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердсметаллические электроды выполнены подковообразными и установлены так, что образуют межэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намагничивакщиеся шарики и жидкий металл размещены в направлягацих трубках, § которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.ГЛ эо эо