Высоковольтный вакуумный переключатель Советский патент 1981 года по МПК H01H33/668 

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям со встроенной электромагнитной системой управления с поля{жзующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления, предназначено для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей и может найти применение в мощной стацвона{шой, передвйжнсж и бортовой электротехническс и рэдютехяической аппаратуре, одним из важнейишх требований в которой является малое потребление электрической энергии элементами на управление. Переключатель в аппаратуре может быть использован для переключения истофикся штания и нагрузок, для переклюфшя аитешап цепей, отводов катушки высокочастсшюго KOH тура, конденсаторов высокочастотных цепей в антенно-согласующих устройствах Н т.д. . Известны вакуумньк переключатеш и вакуумные реле на переключение с полярт ющи постоянным магнитом, используемые для этих целей (1. Однако в известном вакуумном переключателе поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обкатка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. полярнз)аощий магнитный поток в выключателе замыкается через длинные воздушные промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнигаого поля, что сильно снижает величину энергии постоянного магнита По удерживанию подвижного контакта в двух крайних положениях, а следовательно, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию механических ftaгрузок. Известно также вакуумное реле {21. Однако устройство имеет малый срок служ-. &л, вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устойчнвость к воздействию механических нагрузок из-за наличия люфтов в передаточных элементах между элект3ромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мембраиы, стремя щихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение. Наиболее близким к предлагаемому являетс высоковольтный вакузпмный переключатель, содержащий вакуумированную камеру, укрепленные на вьшодах два неподвижных контакта, расположенный в зазоре между ним л средний подвижный контакт и электромагнитную систетЛу управления подвижным контактом с поляризующими постоянными магнитами и втяжным сердечником, перемещающимся по направляюще втулке, причем сердечник расположен во втулке с зазором., В этом выключателе передача движения подвижному контакту осуществляется при продоль ном (осевом) перемещении втяжного сердечни. ка, расположенного непосредственно в BaKjfyMном объеме, по цилиндрической направляющей втулке из диамагнитного металла. Такое техни ческое рещение позволяет повысить срок служ бы по количеству переключений и исключить . люфты, так как в данной конструкции отсутствуют передаточные элементы, что повыщает надежность его работы при воздействии механических нагрузок 3. Недостатком устройства является то, что изза несооснЬсти расположения направляющей втулки и сердечника, последний плотно прижимается в одну сторону к поверхности направляющей втулки. При движении сердечника в осевом направлении между плотно прижатыми поверхностями втулок и сердечника возникают больщие силы трения скольжения. С учетом того, что эти силы возникают в вакууме, то это является причиной возникновения микросварок и заклинивания сердечника в направляющей втулке, так как магнитомягкий материал сердечника и материал направляющей втулки имеют высокую склонность к холодному диффузионному свариванию в вакууме даже при отсутствии сил трения. Наличие значительных сил трения скольжения в вакууме и возникающие при этом в местах трения высокие температуры способствуют еще более высокой активности появления микросварок трущихся поверхностей, что снижает стабильность параметров срабатывания по замыканию и размыканию цепи, а следовательно, и надежности работы. Цель изобретения - повыщение надежности работы путем повьпиения стабильности параметров срабатывания по замыканию и размыканию цепи. Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном Еа:куумном переключателе в кол цевом .зазоре, образованном между цилиндрическими поверхностями направляющей втулки 4 и сердечника, установлена свернутая в трубочку по внутреннему диаметру втулки тонкая пластина. При этом пластина выполнена из упругого материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в вакууме, например из молибдено-рениевого сплава. Установление в кольцевом зазоре между поверхностями направляющей втулки и сердечника свернутой в трубочку по внутреннему диаметру тонкой пластины исключает непосредственный контакт материала втулки и сердечника и снижает тем самым вероятность их сваривания, силы трения скольжения и шгрев поверхностей сердечника и втулки от трения. Выполнение пластины иэ упругого материала позволяет самоустанавяиваться сердечнику в месте наибольщей концентрации силовых линий магнитного поля, что снижает потоки рассеивания и, как следствие, расход мощности на управление. Выполнение пластины из материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в вакууме, например из молибдено-рениевого сплава, позволяет снизить вероятность микросваривания поверхностей сердечника и направляющей втулки, что повыщает стабильность срабатьгаания и надежность работы. На фиг. 1 изображен вакуумный переключатель, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1. Вакуумный переключатель состоит из металлокерамической оболочки и электромагнитной системы управления поляризованного типа с втяжным сердечником, расположенным в вакуу к. Металлокерамическая оболочка переключателя состоит из трех одинаковых соосно расположенных керамических цилиндров 1-3 . Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумно-плотно припаянные к торцовым поверхностям керамических цилиндров. Вьшоды 4 и 5 неподвижных контактов вьщолнены за одно целое с неподвижными контактами для уменьщения сопротивления токопрохождению и снижения тем самым нагрева. Цилиндрические части неподвижных контактов составляют 1/4 диаметра цилиндра, направлены навстречу друг другу и установлены между собой с зазором, зависящим от величины рабочего напряжения. Вьшолнение неподвижных контактов равными 1/4 диаметра цилиндра позволяет снизить межконтактную елосость практически без ухудщения условий для токопрохождення, так как ток растекается на вьшод, подчиняясь параболической кривой, с верщииой пара58болы в точке лепосредственного контактирования подвижного и неподвижного контактов. В зазоре между неподвижными контактами (вьшодами) 4 и 5 расположен подвижный кон такт 7, выполненный в виде набора пластин из молибдена для обеспечения пропускания требуемых величин тока высокой частоты и высокой циклической износостойкости. Пластины подвижного контакта 7 электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 под вижного контакта, например, с помощью пайки. К вьшоду 4 неподвижного контакта и к торцу керамического цилиндра 3 вакуумноплотно припаяны переходные кольца 8 и 9 из меди. Для снижения термических напряжений в зоне спая, пайка колец производится с использованием компенсационных колец 10 и 11 из молибдена или ковара. Переходное кольцо 8 вакуумно-плотно сварено с заглушкой 12, вакуумно-плотно спаянной с трубкой штенгеля 13, служащего для откачки газа из объема переключателя при проведении вакуумно-термической обработки. Переходное кольцо 9 вакуумно-плотно сваривается с медным цилиндром 14 корпуса электромагнита. Корпус электромагнита состоит из цилиндра 14, с которым вакуумно-плотно спаяно основание 15 из магнитномягкого металла, с образованием между их цилиндрическими по верхностями кольцевого зазора. К основанию 15 вакуумно-плотно припаяна направляющая втулка 16 из меди, закрытая в нижней части припаянным к ней вакуумно-плотно ограничителем (стопом) 17 из магнитопягкого металла Ограничитель 17 выступает над торцом втулки 16, обеспечивая тем самым практически без зазора соеданение с основанием корпуса 18 из магнитомягкого металла, входящего в кольцевой зазор между медным цилиндром 14 и основанием 15. Такое исполнение мапштопровода снижает до минимума потери магнитного потока на рассеивание. Посередине направляющей втулки 16 расположены два секторных магнита 19 с радиальным намагничиванием. По обе стороны от постоянных магнитов 19 расположены обмотки 20 и 21 управления на каркасах 22 и 23. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 24 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы 25 изолятора 26. Сердечник 27 из . магнитомягкого металла расположен в направляющей втулке 16, в кольцевом зазоре между .поверхностями которых установлена свернутая в трубочку пластина 28 из молибдено-рениевого сплава. Сердечник 27. механически прочно спаян с держателем 29, выполненным из немагнитного металла для исключения шунтирования магнитного зазора, на котором закреплен изолятор 30 с поводком 31. Для ограничения хода сердечника 27 в верхнем положении служит втулка 32 из магнитомягкого металла, механически прочно, например с помощью сварки, прикрепленная к основанию 15. Для исключения выхода поводка из зацепления с подвижным контактом 7, поводок 31 закреплен на пластинах подвижного контакта 7сверху с помощью ншЛинта 33. Переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е. он потребляет энертию на управление только в момент переключения. 8исходном положении подвижный контакт 7 замкнут на один (любой) из неподвижных контактов, например на нижний неподвижный контакт. В этом случае ток высокой частоты проходит с лепестка вывода 6 подвижного контакта и далее на лепесток вывода 5 неподвижного контакта . В исходном положении магнитный поток постоянного магнита замкнут по следующему пути: постоянные магниты 19, часть сердечника 27, прилегающая к ограничителю 17, ограничитель 17, основание корпуса 18, цилиндрическая часть корпуса 18 и далее постоянные магниты 19. Для обеспечения переключения подвижного контакта 7 на верхний неподвижный контакт 4, на нижнюю обмотку 21 управления подается импульс напряжения Питания с полярностью, создающей в обмотке .управления магнитный поток, проти-. воположно направленный Магнитному потоку постоянного магнита в данной ветви. При достижении в магнитной цени этой петви равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков, за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного потока на вторую ветаь, сердечник 27 перебрасывается во второе устойчи вое состояние - к втулке 32. .При этом подвижный контакт 7, связанный через поводок 31, изолятор 30 и держатель 29 с сердечником 27, перебрасывается на верхний неподвижный контакт 4 и замыкается на него несколько раньще, чем сердечник 27 коснется втулки 32. При дальнейщем движении сердечника до упора на втулку 32, за счет прогиба контактной пластины и упругих свойств ее Материала, создается контактное давление. Дпя возвращения подвижного контакта 7 к нижнему неподвижному контакту напряжение питания соответствующей полярности подается на обмотку 20. Установление в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностями направляющей втулки и сердечника свернутой в трубочку по внутреннему диаметру втулки пластины из упругого материала с малой склонностью к диффузионному свариванию снижает трение скольжения, уменьщает нагрев, снижает расход мощности на управление и вероятность даффузионвого сваривания и в совокупности повыигает надежность работы. Формула изобретения 1. Высоковольтный вакуумный переключатель, содержащий вакуумную камеру, укрепЛенные ш ЕГЫВОДДХ два неподвижных контакта. расположенный в зазоре между ними средний подвижный контакт н электромагнитную систему управления подвижным контактом с поляризующими постоянными магнитами и втяжным сердечником,.перемешающимся по направляющей втулке, причем сердечник расположен во втулке с зазором, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности работы путем повышения стабильности парамет 8 .8 ров срабатьшания по замыканию и размыканию цепи, в кольцевом зазоре между цилиндрическими поверхностямн направляющей втулки и сердечника, установлена пластина, которая свернута в трубочку по внутреннему диаметру втулки. 2. Переключатель по п. 1, о т л и ч а ющ и и .с я тем, что.пластина вьшолнена из упругого материала с малой склонностью к диффугаонному свариванию в вакууме, например из молибдено-реииевого сплава. Источники ииформации, принятые во внимание при экспертиз 1.Патент США № 3324430, кл. 335-84, . 1967. 2.Патент Англии № 2996621, кл. Н 01 Н 33/66, 1972. 3.Патент США № 3312803, кл. 200-87, 1964.

X

СЗ

X

. /

Б-б

fput.l