Высоковольтный вакуумный выключатель Советский патент 1984 года по МПК H01H33/664 

2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь проходящей мощности за счет уменьшения электрического сопротивления замкнутых кон-, тактов и температуры перегрева контактов, спираль выполнена из упругого термомеханически прочного немагнитного высокопроводящего материала, например молибдена или бронзы,а величина деформации каждого из витков спирали при замыкании контактов должна быть такой, чтоб они имели

хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом.

3. Выключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения возможности изменения межконтактного зазора при воздействии внешних механических нагрузок и сил электростатического притяжения, а также повышения надежности работы, каждый виток спирали электрически и механически закреплен на контактодержателе.

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВБ1КЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий металлокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, механизм перемещения подвижного контакта,выполненный в виде сильфонного узла, и токоподводы к контактам, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь мощности при работе как с замкнутыми, так и с разомкнутыми контактами, расщирения верхней границы рабочего диапазона частот и повыщения надежности работы, один из контактов выполнен в виде спирали, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта. (р (Л ьо со

1

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации без нагрузки мощных высокочастотных цепей, и может найти применение в мощной радиотехнической аппаратуре для переключения антенных цепей, отводов катушек высокочастотных контуров, для включенияи отключения высокочастотных контуров, конденсаторов в антенно-согласующих устройствах и т.п.

Известны высоковольтные вакуумные выключатели, содержащие герметизированную колбу, внутри которой расположены подвижный и неподвижный контакты,токоподводы к ним и механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде сильфонного узла 1 .

Однако за счет большой площади перекрытия рабочей поверхности контактов при работе с разомкнутыми контактами велико значение межконтактной емкости, приводящее к потерям мощности высокой-чаCTotbi и низкому значению верхней частоты рабочего диапазона.

Несколько снижено значение межконттактной емкости у вакуумного выключателя 2 за счет выполнения конструкции одного из цилиндрических контактов с пазами. Однако дальнейшее ее снижение возможно только за счет уменьшения толщины стенки или увеличения ширины пазов в цилиндрических контактах, а это ограничено явлением потери формоустойчивости рабочей части контактов из-за деформирующих усилий, возникающих в момент замыкания электрической цепи контактов и имеющих достаточно большую величину. Кроме того, конструкция контактов такого выключателя не обеспечивает надежного многоточечного контактирования, так как предполагает контактирование по всей торцовой поверхности контактов,что практически невозможно обеспечить вследствие перекосов и несоосности расположения контактов друг относительно

друга, шероховатости контактных поверхностей и т.д. Поэтому действительное контактирование происходит в одной-трех точ5 ках, имеющих малое сечение, а следовательно, большое сопротивление, приводящее к потерям мощности высокой частофы на нагрев контактов. Следствием этого является локальный перегрев контактов, приводящий к расплавлению контактных точек ,и увеличению вероятности их сваривания, что снижает надежность работы выключателя.

Наиболее близки.м по технической сущности к предлагаемому является вакуумный выключатель высокого, напряжения, содер5 жащий металЛокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты и механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде 1.ильфонного узла, и токоподводы к контактам, а также дополнительную токопро0 водящую пластину, концентрично охватываЮ цую неподвижный контакт, с которы.м она электрически и механически прочно соединена, и имеющую радиально изогнутые вовнутрь пружинящие лепестки 3.

5 Данная конструкция предусматривает контактирование как через точку жесткого контактирования, т. е. через основной контакт, так и через упругие лепестки, что увеличивает ТОКОПрОПуСКНуЮ способность ВЬ1ключaтev я за счет обеспечения многоточеч0 ного контакта и снижает потери мощности при пропускании ВЧ-тока через закмпутые контакты. Однако при работе с разомкнутыми контактами за счет достаточно большой рабочей (торцовой) поверхности контактов и упругих лепестков у такой конструкции выключателя межконтактная емкость имеет достаточно большую величину и поэтому ему присущи все указанные для этого случая недостатки. Кроме того, так как каждый из радиально изогнутых воQ внутрь пружинящих лепестков закреплен только с одного конца, то они обладают малой жесткостью, и поэтому при воздействии на выключатель внешних механических нагрузок (ударов и вибрации), а также сил электростатического притяжения величина межконтактного зазора может изменяться, что снижает электрическую прочность выключателя и его надежность при работе с разомкнутыми контактами. Цель изобретения - снижение потерь мощности при работе выключателя как с замкнутыми, так и с разомкнутыми кОнтактами,расщирение верхней границы рабочего диапазона частот и повышение надежности работы. Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном вакуумном выключателе, содержащем металлокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде сильфонного узла, и токоподводы к контактам, один из контактов выполнен в виде спирали из упругого термомеханически прочного немагнитного высокопроводящего материала, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта. Причем каждый виток спирали электрически и механически закреплен на контактодержателе. Величина деформации каждого из витков спирали при замыкании контактов должна быть такой, чтоб они имели хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом. Выполнение одного из контактов в форме спирали, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта, значительно снижает торцовую поверхность контакта, что, в свою очередь, уменьшает емкость между разомкнутыми контактами. Уменьшение межконтактной емкости позволяет снизить потери мощности высокой частоты при работе выключателя с разомкнутыми контактами и расщирить верхнюю границу рабочего диапазона частот. Выполнение спирали из немагнитного пружинящего высокопроводящего материала снижает потери мощности высокой частоты при работе выключателя- с замкнутыми контактами и обеспечивает высокую формоустойчивость спирали при замыкании и размыкании электрической цепи контактов выключателя., Вследствие того, что каждый виток спирали электрически и механически прочно закреплен на контактодержателе и не имеет свободных концов, исключена возможность изменения межконтактного зазора при работе выключателя с разомкнутыми контактами от воздействия внешних механических нагрузок (ударов,вибрации) и сил электростатического притяжения, а это значительно повышает надежность работы выключателя. Выполнение каждого, из витков спирали с возможностью такой деформации, чтоб они имели хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом, обеспечивает значите 1ьное снижение эл ектрического сопротивления замкнутых контактов, а следовательно, и потерь мощности высокой частоты на нагрев контактов выключателя за счет увеличения действительной площади контактирования, так как в этом случае количество контактных точек не будет меньще числа витков спирали. Снижение нагрева, в свою очередь, повыщает надежность работы. Иа фиг. 1 изображен вакуумный выключатель при разомкнутом положении контактов, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1. Выключатель состоит из узла металлокерамической оболочки и узлов подвижного и неподвижного контактов. Узел мегаллокерамической оболочки содержит керамический изолятор 1, переходные 2 и керамические 3 кольца. Узел подвижного контакта состоит из основания 4, вкладыша 5, направляющей втулки 6, подвижного контакта 7, токоведущего сильфона 9, служащего для разделения сред. Узел неподвижного контакта содержит основание 10, вкладыщ 11, контактодержатель 12, спираль 13,-разрезное кольцо 14, винт 15 и щтенгель 16. Все детали паяются между собой,а узлы соеди- , няются с помощью аргонодуговой сварки, Из внутреннего объема выключателя через штенгель откачивают воздух и газы. выделяющиеся в процессе вакуумно-технологической обработки, после чего штенгель вакуумно плотно пережимают и защищают колпачком 17. Величину деформации витков спирали при замыкании контактов выключателя устанавливают с помощью гайки 18, навинчиваемой на резьбовой хвостовик подвижного контакта. Устройство работает следующим образом. В исходном положении контакты выключателя замкнуты под воздействием атмосферного давления на сильфон 9. В этом случае ток высокой частоты проходит по следующему пути: основание 10, переходное кольцо 2, контактодержатель 12, спираль 13, подвижный контакт 7, сильфон 8, внутренняя часть основания 4, переходное кольцо 2, внешняя часть основания 4. Контактное нажатие в исходном положении обеспечивается растяжением сильфона 9 (разделителя сред) под действием силы от воздействия разности между атмосферным давлением и давлением в объеме- керамической оболочки. Для размыкания контактов необходимо приложить усилие к подвижному контакту 7

вдоль его оси в направлении, противоположном направлению замыкания цепи контактов. Величина усилия должна быть достаточна для компенсации разности давлений вне и внутри металлокерамической оболочки и для сжатия сильфонов 8 и 9 на величину межконтактного зазора. При сжатии сильфонов 8 и 9 происходит размыкание цепи контактов, так как контакт 7 скреплен с сильфонами 8 и 9. В разомкнутом положении через выключатель идет емкостный ток, величина которого определяется емкостью между разомкнутыми контактами, величиной рабочего напряжения и его частотой.

При снятии усилия,воздействуюи.1.его на хвостовую часть- подвижного контакта 7, под действием атмосферного давления сильфон 9 растягивается в направлении замыкания цепи, при этом закрепленный на сильфонах 8 и 9 подвижный контакт 10 перемещается вдоль оси в направлении замыкания цепи контактов. В начальный момент замыкания контактирование подвижного контакта 7 со спиралеобразным контактом-спиралью 13 происходит в точке с каждым витком спирали. При дальнейшем движении подвижного контакта, для создания контактного нажатия, происходит деформация витков спирали и контактирование каждого

витка спирали с подвижным контактом будет происходить по линии.

В сравнении с известными предлагаемый вакуумный выключатель имеет меньшее сопротивление замкнутых контактов, а следовательно, меньшие потери мощности высокой частоть на нагрев при работе с замкнутыми контактами за счет большей площади контактирования, так как контактирование в нем обеспечивается каждым витков спирали по линии. При этом увеличение площади контактирования позволяет в сравнении с известным увеличить токопропускную способность. Кроме того, предлагаемый выключатель имеет меньшую емкость при разомкнутых контактах, так как в не.м торцовая поверхность неподвижного спиралевидного контакта имеет меньшую площадь из-за наличия зазоров между витками спирали. Вследствие меньшей емкости предлагаемый выключатель имеет более высокую собственную резонансную частоту, а следовательно, и более высокую верхнюю частоту рабочего диапазона. Использование неподвижного контакта в форме спирали обеспечивает демпфирование в момент замыкания контактов, за счет чего снижается дребезг и повышается механическая прочность контактной группы, так как при демпфировании исключается жесткий удар контактов.