Высоковольтный вакуумный выключатель Советский патент 1980 года по МПК H01H33/666 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

HaoepeteHHe относится к высоко.вольтным вакуумным выключателям со jBCTpoeHHoft электромагнитной системой управления с поляризующим постоянным маг нитом, обеспечивающим удержание подвижн го контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения с обмоток управления. Данный вакуумный выключатель предназначен для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей и может найти применение в разли ной малогабаритной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одйим иэ важнейщих требований к которой является малое потребление электрической энер гии элементами на ух завление. Известны вакуумные выключатели, в которых поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на вы соковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стектла, т.е. поляризующий маг1штный поток В этом выключагтлае замыкается через длинные воздушные промежутки. Наличие больших воздушных гфомежутков приводит к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно снижает величину энергии постоянного м)агнита по удержанию подвижного контакта в двух крайних положениях, а следовательно, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию мех.анических нагрузок. Для вакуумных выключателей со встроенной электромагнитной системой управления наиболее предпочтительной является система с электромагнитом клапанного типа из-за малых межконтактных промежутков (малого хода подвижного контакта) и сравнительно малой массы элементов узла подвижного контакта, требующего поэтому сравнительно небольших усилий для управления, В электромагшггах клапанного типа с поляризующим постоянным магнитом используются подвески якоря на оси вращения, на шаровых подшипниках и на пружинах. ;.. Такая подвеска вызывает необходимость гарантированного зазора между якорем и постоянным магнитом, т.е.

в месте наибольшей напряженности маг нитного поля, что вызывает большие потри энергии постоянного магнита на рассеивание. Кроме того, при подвеске якоря на оси или подшипниках в паре осьякорь, подшипник-якорь возникают очень большие силы трения из-ва соприкосновения их под большим давлением от непрерывного воздействия силы притяжения постоянного магнита перпендикулярно оси вращения якоря. При работе в вакууме силы трения увеличиваются в несколько раз из-за отсутствия воздушной прослойки между деталями, что ведет к холодному диффузионному свариванию их поверхностей. При пружинной подвеске якоря также повышается инерционность узла подвижного контакта и снижается устойчивость к воздействию механических нагрузок из-за упругих сил реакции пружин, стремяшихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение. , .

Наиболее близким техническим решением к изобретению является высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной оболочке неподвижные выводы- контакты и средний подвижный контакт, механически жестко связанный с помощью изо- лятора с- якорем, управляемым электромагнитной системой.

Цель изобретения - уменьшение сил трения в вакууме и снижение потоков рассеивания в месте наибольшей концентраци силовых линий магнитного поля.

Указанная цель достигается тем, что в предлагаемом вакуумном выключателе подвеска якоря электромагнита выполнена на двух БИНТОВЫХ опорах с коническими концами, закрепленных в полюсных наконечниках и расположенных перпендикулярно их торцовой поверхности, причем конические концы опор входят в отверстия по краям якоря электромагнита на линии его сгиба, отверстия выполнены с коническими фасками, величина угла которых по крайней мере в два раза превьш1авт угол конуса концов опо а торцовые поверхности полюсных наконечников выполнены плоскими и расцолсхжены на одном уровне со смежной поверхностью якоря в крайних его положениях.

Такое выполнение подвески якоря электромагнита и отверстий с конически- .ми фасками с диаметром болыле диаметра, образованного пересечением конических поверхностей, позволяет обеспе-. чить перекатывание якоря по торцовой поверхности полюсных наконечников. Замена трения скольжения трением качения позволяет снизить силу трения, а, еле довательно, и вероятность диффузионного сваривания соприкасающихся поверхностей якоря и полюсных нако иечников, что повышает надежность работы выключател

Выполнение отверстий с коническими фасками, величина угла которых по крайней мере в два раза превышает угол конуса концов опор позволяет также .обеспечить тpeбye Iый ход якоря, необходимый для надежного замыкания контактов и получения межконтактного зазора, необходимого для надежной работы выключателя при разомкнутых контактах.

Расположение торцовых поверхностей полюсных наконечников на одном уровне со Ьмежной поверхностью якоря в двух крайних положениях и выполнение их плоскими позволяет за счет увеличения при этом полезной площади для прохождения магнитного потока существенно снизить потери магнитной энергии в мест наибольшей концентрации силовых линий магнитного поля. Увеличение при этом площади соприкосновения значительно уменьшает удельное давление от притяжения постоянного магнита, что снижает вероятность диффузионного сваривания сопркасающихся поверхностей якоря и полюсШз1Х наконечников.

Все это повышает надежность работы выключателя при снижении массы, габаритов и потребления энергии на управление.

На фиг. 1 изображен предлагаемый выключатель, .при разомкнутом положении контактов; на фиг. 2 - разрез фиг. 1 на фиг. 3 - сечение Б-Б фиг. 2; на фиг. 4 - разрез В-В фиг. 1.

Вакуумный выключатель состоит из комбинированного металлостеклянного баллона и узла электромагнитной системы управления.;

Комбинированньтй металлостеклянный баллон состоит из стеклянной оболочки 1 вакуумно-лпотно спаянной с молибдено вьгми выводами-контактами 2 и медным переходным кольцом 3.

Узел электромагнитной системы управления состоит из корпуса электромагнита, катушек управления и системы поляризующего постоянного магнита. Корпус электромагнита состоит из диамагнитного основания 4, с которым в куумно-плотно спаяны четыре сердечника 5, полюсные наконечники 6 и 7 из магнитомягкого и механически прочного материала с тремя крепежными лапками-. 8, расположенными через . Прорезь в двух крайних полюсных наконечниках 6 служит для установки якоря 9 электромагнита, закрепляемого с помощью двух винтовых опор 10 при их ввинчивании в резьбовые отверртия полюсных наконечников 6, Степень свободы перекатывания якоря 9 по поверхности полюс ных наконечников 6 и 7 обеспечи заетс я ре гулировкой зазора между поверхностями отверстий в якоре и коническими поверх ностями винтов при их ввинчивании. После регулировки степени свободы перекатывания якоря винтовые опоры 10 жестко крепят к полюсным наконечником 6, а к торцовой поверхности их с помощью точечной сварки через никелевые шайбы 11 жестко крепят нераспыляемые газопоглотители 12. Симметрично изогнутый под углом якорь 9 из: магнитомягкого материала спаян с втулкой 13, с которой жестко скреплена щпилька 14 изоля тора 15. На верхней щпильке 16 изолятора 15 с помощью гайки 17 и сварки жестко закреплена упругая контактная пластина 18 и ограничительная пластина 19из немагнитного материала. Контакты 20 из молибдена через никелевую пластинку жестко закреплены точеч ной сваркой на контактной пластине 18. Собранный корпус электромагнита соединен с комбинированным металло- . стеклянным баллоном с помощью сварки в среде аргона. Через штангель 21 производится откачка газов, выделяющихся в процессе проведения вакуумно-технологической обработки.. На каждом сердечнике 5 жестко закреплены катушки управления, которые включают в себя каркас 22, циливдр 23 обмотку 24 и выводы 25 обмоток. Обмотки катущек управления попарно параллельно соединены одна с другой. Между катушками управле шя плотно к торцам полюсных наконечников б и 7 установлен постоянный магнит 26, жест ко скрепленный с основашгем 27 из ма нитомягкого металла. В основании 27 изолированно от него закреплены четыр вывода 28, служащие для соединения кагушек со схемой управления. Крепление, основания 27 к сердечникам 5 выполнено с помощью гаект 29 из магнитомягкого металла. Сверху обмотки и магнит закрыты цилиндром 30. Предлагаемый выключатель не нуждается в потреблении электр гческой энергии для удержагшя подвюкного контакта в двух крайних положениях, так как после снятия напряжения с обмоток управления удержание подвижного контакта обеспечивается полем постоянного магнита. Замыкание или размыкание цепи между неподвижны ми контшстаци обеспечивается короткими импульсами постоянного тока определенной величины к полярности, подаваемыми на ту 1ши иную пару обмоток управления, при этом происходит компенсация магнитного потока постоянного магшгга в замкнутой цепи магнитопровода и переброс якоря электромагнита с закрепленным на нем подвил ным контактом магнитным потоком постоянного магнита незамкнутой цепи магнитопровода ко второй паре сердечников. При этом происходит замыкание или размыкание цепи между неподвиншыми выводами - контактами. Данный выключатель может быть выполнен в металлокерамическом варианте. Снижение сил трения в вакууме и потоков рассеивания магнитного поля уменьшает расход материала на изготовление постоянного магнита и потребление электроэнергии на управление. Формула изобретения 1. Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной оболочке неподвижные выводы-контакты и средний подвижный контакт, механически жестко связанный с помощью изолятора с якорем, с системой подвески в виде электромагнитной системы с поляризующим постоянным магнитом с полюсным наконечником, отличающийся тем, что, с целью уменьшения сил трения в вакууме и снижения потоков рассеивания в месте наибольшей концентрации силов ых линий магнитного поля, подвеска якоря электромагнита выполнена на двух винтовых опорах с коническими концами, которые закреплены вполюсных наконечниках и расположены перпевдикуяярно их торцо