Конденсатор переменной емкости Советский патент 1984 года по МПК H01G5/01 H01G5/14 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано в мощных радиопередающих и электротехнических устройствах, нредназначенных для работы в вакууме, например, на внешней поверхности или в негерметизированных отсеках космических апнаратов (КА). По назначению и принципу действия конденсатор переменной емкости близок к вакуумным конденсаторам переменной емкости. Известен вакуумный конденсатор переменной емкости, содержащий герметичный корпус, пакеты емкостных электродов, размещенные на основаниях корпуса, одно из которых вьнюлнено в виде подвижной и неподвижной частей, соединенных диафрагмой и механизмом регулировки межэлектродного зазора. В конденсаторе для упрощения процессов сборки и повышения надежности механизм регулировки межэлектродного зазора содержит шток, размещенный на подвижной части основания, и подвижно закрепленный во втулке, расположенной на неподвижной части основания с возможностью радиального перемещения втулки со штоком относительно оси конденсатора и углового перемещения штока относительно втулки. Кроме того, механизм регулировки межэлектродного зазора выполнен съемным. Конденсаторы обладают достаточно высокой надежностью при нормальном атмосферном давлении 11. Однако надежность конденсаторов резко снижается при работе в вакуулных устройствах или в аппаратуре, устано лен лой на внещней стороне поверхности и негерметизированных отсеках КА при наличии воздействия термовакуумных факторов (остаточное давление 10® - Ю мм рт. ст., температура + 150--120°С, ультрафиолетовое излучение). Снижение надежности обусловливается в основном двумя причинами. Вопервых, трением в механизме перестройки емкости, включающем ось, перемещающуюся внутри втулки, и винт, служащий для перемещения подвижных обкладок при перестройке емкости конденсатора. Для нормальной работы механизма перестройки используют различные смазки, однако в вакууме и при повыщенной температуре происходит сублимация смазочных материалов, и трение в процессе эксплуатации резко увеличивается, что может привести к заклиниванию механизма перестройки и даже холодной сварке. Использование специально разработанных смазочных материалов позволяет повысить надежность конденсатора в течение непродолжительного времени работы (несколько месяцев), однако для работы в течение длительного времени (3-5 лет) применение смазок не дает требуемого эфВторой причиной снижения надежности данного конденсатора при работе в вакууме является наличие замкнутых полостей и зазоров, остаточное давление в которых может быть повышенным (до 1 + 10 мм pj. ст.) за счет газовыделений материалов и плохой откачки остаточных газов через малые зазоры между элементами конструкции конденсатора. При таком остаточном давлении пробивное напряжение высоковольтных вакуумных промежутков, образованных элементами конструкции конденсатора, к которым приложено высокое напряжение, снижается в 10-100 раз в соответствии с кривой Пашена. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является конденсатор переменной емкости, содержащий пакеты неподвижных и подвижных электродов, закрепленные соответственно на неподвижном и подвижном основаниях и механизм регулировки емкости 2. В данном конденсаторе, с целью повыщения линейности частотных характеристик, одно из оснований снабжено гребнем и боковыми стенками, а другое - пазом и выступающими полками, причем, неподвижные электроды выполнены в виде пластин трапецеидальной формы и установлены на основании с возможностью шарнирного перемещения; одна из пластин пакета каждого из подвижных электродов выполнена с прямоугольным выступом. Известный конденсатор переменной емкости в условиях воздействия термовакуум ых факторов характеризуется низкой надежностью за счет наличия трения в механизме перестройки емкости, а также возможностью его пробоя и выхода из строя из-за плохой откачки остаточных газов через малые зазоры между диэлектрическими элементами конструкции конденсатора. Кроме того, общим недостатком всех известных конденсаторов переменной емкости является потребность в специальном электроприводе при необходимости дистанционного управления емкостью конденсатора, что приводит к ухудшению массогабаритных характеристик. Цель изобретения - повышение надежности. Поставленная цель достигается те.м, что конденсатор переменной емкости, содержащий пакеты неподвижных и подвижных электродов, закрепленные соответственно на неподвижном и подвижном основаниях, и механизм регулировки емкости снабжен соленоидом и плоскими пружинами, соединяющими неподвижное и подвижное основания с возможностью параллельного перемещения подвижного основания относительно неподвижного, при этом сердечник соленоиД закреплен на подвижном основании, а его катущка - на неподвижном основании. Повышение надежности и долговечности конденсатора переменной емкости достигнуТО за счет всей совокупности введенных элементов и связей между ними, позволивших исключить трение в механизме регулировки емкости и обеспечить возможность дистанционного изменения емкости без применения сложного электропривода, что привело также к снижению массы и габаритов устройства. На фиг. 1 показана конструкция конденсатора переменной емкости; на фиг. 2 , - вид А на фиг. 1. Конденсатор переменной емкости содержит неподвижное прямоугольное основание 1 с кронштейном, на котором закреплен неподвижный пакет 2 электродов через изолятор 3. На подвижно.м пря.моугольном основании 4 с помощью кронштейна через изолятор 5 установлен подвижный пакет 6 электродов. Неподвижное основание 1 и подвижное основание 4 установлены параллельно друг другу с помошью четырех одинаковых плоских пружин 7, жестко закрепленных по углам оснований так, что их плоскости перпендикулярны направлению перемещения пакета подвижных электродов 6. Механизм регулировки емкости конденсатора пpeдcтaBv яeг собой соленоид, сердечник 8 которого посредством кронштейна связан с подвижны.м основанием 4, а катушка 9 соленоида жестко закреплена на кронштейне неподвижного основания 1. Катушка 9 соленоида имеет выводы для подключения напряжения питания. К внешней цепи конденсатор подключается через вывод 10 неподвижного 2 и вывод 11 подвижного пакетов электродов. Конденсатор переменной емкости работает следующим образом. В исходном состоянии (катушка соленоида обесточена) подвижное основание под действием сил упругости плоских пружин находится в крайнем правом положении, при этом площадь перекрытия подвижного и неподвижного пакетов электродов, а следовательно, и емкость конденсатора минимальны. При подаче тока управления в катушку соленоида ферро.магнитный сердечник под действием электромагнитных сил начинает втягиваться внутрь катушки, перемешая связанное с ним подвижное основание влево параллельно неподвижному до тех пор, пока электромагнитная сила не уравновесится силой упругой деформации плоских пружин (площадь перекрытия емкостных пакетов электродов и емкость конденсатора увеличиваются). При дальнейшем увеличении тока, протекающего через катушку соленоида, емкость конденсатора увеличивается до тех пор, пока площадь перекрытия пакетов емкостных электродов не станет равной максимальной. При изменении емкости конденсатора, вследствие параллельного перемещения подвижного основания относительно непо.чвижного, одновременно происходит некоторое изменение расстояния между основаниями, что может привести к изменению величины радиального зазора между пластинами конденсатора и изменению величины радиального зазора между пластина.ми конденсатора и изменению пробивного напряжения. Однако при правильном выборе соотношения перемещений подвижного основания к расстоянию между основаниями это изменение незначительно и им можно пренебречь (например, при величине перемещения 20 мм, расстоянии .между основаниями L 300 мм радиальное изменение межэлектродного зазора не превышает 0,7 мм). В предлагаемом конденсаторе переменной емкости по сравнению с известным достигнуто значительное повышение надежности и долговечности за счет исключения трения скольжения в деталях и узлах механизма регулировки емкости и необходимой для них смазки. Повышение надежности достигнуто также за счет отсутствия замкнутых объемов и зазоров, повышенное давление в которых может являться причиной пробоев изоляторов конденсатора. Предлагаемый конденсатор переменной емкости имеет более высокие технические характеристики (рабочее напряжение, ток утечки, реактивная рассеиваемая мощность) по сравнению с вакуумными конденсаторами переменной емкости благодаря высоким электроизоляционным свойствам естественного вакуума кос.мического пространства. Отсутствие герметичного корпуса позволяет поддерживать высокий вакуум в конденсаторе даже в случае возникновения пробоев, которые в существующих вакуумных конденсаторах приводят к ухудщению основных характеристик конденсатора. Отсутствие сильфонов, которые являются необходимым конструктивным элементо.м существующих вакуу.мных конденсаторов, позволяет повысить количество перестроек емкости конденсатора по сравнению с существующими конденсаторами на порядок. Существенным преимуществом предлагаемого конденсатора является возможность дистанционного управления емкостью без применения дополнительного электропривода. Это снижает габариты и массу устройства, в котором используется конденсатор. Указанные выше преимущества особенно существенны при создании космических энергетических комплексов и мощной радиопередающей аппаратуры космических аппаратов. Устройство может быть также использовано в наземных условиях при создании различньЕХ электрофизических и технологических вакуумных установок.

КОНДЕНСАТОР ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ, содержащий пакеты неподвижных и подвижных э.тектродов, закрепленные соответственно на неподвижном и подвижном основаниях, и механизм регулировки емкости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, он снабжен соленоидом и плоскими пружинами, соединяющими неподвижжзе и подвижное основания с возможностью параллельного перемещения подвижного основания относительно неподвижного, при этом сердечник соленоида закреплен на подвижном основании, а его катущка - на неподвижном основании. (Л со ND