Высоковольтный вакуумный переключатель Советский патент 1981 года по МПК H01H33/664 

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям со встроенной электромагнитной системой управления с поляризующим постоянным магштом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления, пред назначено для коммутации высоковольтных злектрических и радиотехш{ческих цепей, и может найти применение в мощной стационарной передаижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одшм из важнейших требований в которой яаяяется малое потребление электрической эверпш элементами на управление. Переключатель в аппаратуре может быть использован для переключения источников пи тания и нагрузок, Для переключения ameHtaix цепей, отводов катушки высокочастотного кон тура, конденсаторов высоковольтных цепей в аотенно-согласующих устройствах и т.д. Известные вакуумные вьпспючатели и вакуумные реле на переключение с поляри ющим постоянным магнитом, используемые для этих целей (1 и 2. Однако в вакуумном выключателе поляризующие постоянные мапшты закреплены непосредственно на высоковольтных вьгаодах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляризующий магнитный поток в выключателе замыкается через длинные воздушные промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно снижает величину энергии постоянного шгнита по удержанию подвижного кон- такта в двух крайних положениях, а следовательно,, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию механических нагрузок. Вакуумное реле имеет малый срок службы, вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устсжчивость к воздействию механических нагрузок из-за наличия люфтов в передаточных элементах между электромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мем3браиы, стремящихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение. Наиболее близким к предлагаемому является вакуумный переключатель, содержащий укрепленные в вакуумированной камере на вводах даа неподвижных контакта, расположенный между тми средний подвижный контакт, механически связанный через изолятор с втяжным сердечником, управляемь-м электромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом. В нем передача движения подвижному контакту осуществляется при продольном (осевом) перемещении втяжного сердечника, расположенного непосредственно в вакуумном объеме, по цилиндрической направляющей втул ке из диамагнитного металла. Такое техническое рещение позволяет повысить срок службы по количеству переключений и исключить дюф ты, так как в данной конструкции отсутствуют передаточные элементы, что повышает наГ жность его работы (3. Однако вакуумный переключатель имеет существенный недостаток, который состоит в том, что из-за наличия допусков на детали и узлы, процесс получения одинакового или почти одинакового контактного нажатия на оба неподвижных контакта неуправляем. Вследствие зтого устройства могут получаться либо с очень малым контактнь1М нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с очень больщим контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с больщим контактным нажатием на один контакт и очен малым контактным нажатием на второй непод вижный контакт, или с обеспечением контакта только на один неподвижный контакт. Это ведет к ненадежной работе устройств с замкну тыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок. При малой величине контактного нажатия размыкание цепи контактов происходит вследствие того, что контактное нажатие оказьшается недостаточным для компенсации сил воздействия механических нагрузок. При большой величине контактного нажатия, за счет прогиба контактной пластины под вижного контакта, возникает упругая сила реакции знавдтельной величины, которая направлена на размыкание контактов. При совпаде 1 - - НИИ силы реакции с направлением сил воздействия механических нагрузок, их суммарная величина имеет значение, соизмеренное или превышающее силу тяги электромагнитной системы. Это ведет к упругим колебаниям всей подвижной системы реле при воздействии вибpaiQtoHHbix и ударных нагрузок, следствием чего Является размыкание цепи замкнутых контактов. 5 Поэтому, для обеспечения надежной работы вакуумного переключателя с упругим подвижным контактом при замкнутых контактах в условиях воздействия механических нагрузок, очень важно обеспечить получение пере- ключателей с оптимальной величиной контактного нажатия на оба неподвижных контакта. Цель изобрете1шя - повыщение надежности работы переключателя с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывания. Указанная цель достигается тем, что переключатель снабжен механизмом двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитомягкого металла, жестко закрепленной после регулировки в основании электромагнита и служащей одновре.менно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стержня из диамагнитного металла, жестко закрепленного одним концом соосно в сердечнике и имеющего резьбовое соединение вторым концом с держателем изолятора. Использование в переключателе механизма двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности позволяет обеспечить получение переключателей с оптимальной велишной контактного нажатия, что повышает надежность работы переключателей с замкнутыми контактами в условиях воздействия ускорений механических нагрузок, стабильность параметров срабатьшания и процент выхода годных переключателей. При этом оптимальная величина контактного нажатия на нижний неподвижный контакт обеспечивается при сборке регулировкой положения подвижного контакта путем осевого перемещения держателя изолятора по резьбе диамагнитного стержня, а на верхний неподвижный контакт - регулировкой положения подвижного контакта с помощью изменения верхней границы расположения сердечника путем осевого перемещения резьбовой регулировочной втулки в основании электромагнита. На фиг. 1 изображен высоковольтный вакуумный переключатель, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1. Вакуумный переключатель состоит из металлокерамической оболочки и электромагнитной системы управле1шя поляризованного тиги с втяжным сердечником, расположенным в вакууме. Металлокерамическая оболочка переключателя состоит из трех одинаковых сообно 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 псу верхностям керамических циливдров. Вьтоды 4 и 5 неподвижных контактов выполнены за одно целое с неподвижными контактами для уменьшения сопротивле}шя 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. Выполнение неподвижных контактов равными 1/4 диаметра цилиндра позволяет снизить межконтактную емкость практически без ухудшения условий для токопрохождения, так как ток растекается на вывод, подчиняясь параболической кривой, с вершиной параболы в точке непосредственного контактирования подвижного и неподвижного контактов. В зазоре между неподвижными контактами (выводами) 4 и 5 расположен подвижный контакт 7, выполненный в виде набора тонких пластин из молибдена для обеспечения пропускания требуемых величин тока высокой частоты. Пластины подвижного контакта 7 электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 подвижного контакта, например с помощью пайки.

К выводу 4 неподвижного контакта и к торцу керамического цилиндра 3 вакуумноплотно припаяны переходные колЬ;Ца 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 щтенгеля 13, служащего для откачки газа из объема переключателя при проведении вакуумно-термической обработки, по завершению котором штенгель отпаивается методом холодной диффузионной сварки и закрьшается защитным колпачком 14. Переходное кольцо 9 вакуумноплотно сваривается с медным цилиндром 15 корпуса электромагнита.

Корпус электромагнита состоит из цилиндра 15, с которым вакуумно-плотно спаяно основание 16 из магнитомягкого металла с образованием между их цилиндрическими поверхностями кольцевого зазора. В основании 16. по центру выполнено резьбовое отверстие; соосно с которым к основанию 16 вакуумноплотно припаяна направляющая втулка 17 из меди, закрытая в нижней части припаянным к ней вакуумно-плотно ограничителем (стопом) 18 из магнитомягкого металла. Ограничитель 18 выступает над торцом втулки 17,

2505«

обеспечивая тем самым практически без зазора соединение с основанием корпуса 19 из магнитомягкого металла, входящего в кольцевой зазор между цилиндром 15 и основанием 16.

I Такое исполнение магнитопровода снижает до минимума потери магнитного потока на рассеивание.

На направляющей втулке 17 расположены два секторных мапшта 20 с радиальным на10 магничиванием. По обе стороны от постоянных магнитов 20 расположены обмотки 21 и 22 управления на каркасах 23 и 24. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 25 из изолявдонного материала. Раси пайка провода обмоток выполнена на выводы 26 изолятора 27. Сердечник 28, выполненный из магнитомягкого металла и расположенный в направляющей втулке 17, механически прочно спаян со стержнем 29, выполненным из не„ магнитного металла ;1ля исключения щунтироBaiMH магнитного зазора. Для обеспечения надежного замыкания подвижного контакта 7 на верхний неподвижщ ж контакт 4 и обеспечения надежной работы при воздействии уско - рений механических нагрузок производится регулировка контактного иажцтия изменением верхнего положения подвижного контакта 7 посредством изменения хода сердечника 28 с помощью регулировочной втулки 30 из магнитомягкого металла путем ввинмиваиня

И/1И вывинчивания се в основании 16.

) обеспечении налсжпого замыкания подвижного контакта 7 на нижний нснодаижный контакт 5 и обеспечения надежной работы этой пары контактов при воздейсткии MexaimЭ$ чсских нагрузок, роулировка контактного нажатия производится изменением нижнего положения подвижного контакта 7 пе}х;мсГцс11ием по резьбе стержня 29 путем ввинчивания или вывинчивания держателя 31, спаянного через

40 керамический изолятор 32 с контактодержатенем (поводком) 33. По обеспечению оптимальш 1х величин контактного нажатия на оба неподвижных контакта, рсоьбовая втулка 30 жестко скрепляется с основанием 16, а стер49 жень 29 с держателем 31, например с помощью сварки. Для обеспечения выхода подвода 33 из зацепления с подвижным контактом 7, поводок 33 закрепляют сверху на пластине подвижного контакта 7 с помощью штифта 34.

50 С целью сохранения и полдержания требуемого давления в вакуумированной оболочке на основании 16 закрепляют нераспыляемый газопоглотитель 35.

Предлагаемый переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е. он потребSS

ляет энергию на управление только в момент переключения. В исходном положении подвижный контакт 7 замкнут на один (любой) из неподвижных контактов, например на нижний 7 неподвижный контакт 5. В этом случае ток высокой частоты проходит с лепестка вьшода 6 подвижного контакта на подвижный кон такт 7 по цилиндрической части неподвижного контакта 5 и далее на лепесток вьгаода неподвижного контакта. В исЗсодном - положении для этого случая магнитный поток постоянного магнита замкнут по сиедугощему пути постоянные магниты 20, часть серде.лика 28, прилегающая к ограничителю 18, ограништель 18, основание корпуса 19, цилиндрическая часть корпуса 19 и далее постоянные магнита 20. Для обеспечения переключения подвижного контакта 7 на верхний неподвижный контакт 4, на нижнюю обмотку 22 управления подается илшульс налряже1шя питания с полярностью, создающей в обмотке управления магнитный поток, противоположно направленный магнитному потоку постоянного магнита в данной ветви. При дост1Шении в магнитной цепи данной ветви равенства поляризующего и управляющих мапмтных потоков , за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перер пределения основного магнитного, потока m вторую ветвь, сердечник 28 перебрасьюается во второе устойчивое состояние - к резьбовой втулке 30. При эт;ом подвижный контакт 7, связанный через поводок 33, изолятор 32, держатель 31 и стержень 29 с сердечником 2 перебрасывается на верхний неподвижный кон такт 4 и замьпсается на него несколько раньше, чем сердечник 28 коснется втулки 30. При дальнейшем движении сердечника 28 до упора на втулку 30, за счет прогиба контактной пластины контакта 7 и упругих свойств ее материала, создается контактное давление. Для возвращения подвижного контакта 7 к нижнему неподвижному контакту 5, напряжеifflc питания соответствующей полярности и величины подается на обмотку 21. Формула изобретения Высоковольтный вакуумный переключатель, содержащий укрепленные в вакуумированной камере на вводах два неподзижньрс контакта, расположешаэд в зазоре штми средний йо;зюй ный к щтакт, механически связанньш через изолятор с втяжным сердечником, 3 1равляемым электромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом, о т л и чающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатьшания, переключатель снабжен механизмом регулирования контактною нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитомягкого металла, которая жестко закреплена в основании электромагнита и служит одновременно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стержня из диамагнитного металла, который жестко закреплен одним концом соосно в сердечнике и вторым концом соединен резьбой с изолятором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 332443, кл. 335-84, 1967. 2.Патент Англии N 2996621, , pi. Н 01 Н 33/66. 1972. 3.Патент США N 3312803, кл. 200-87, 1964.

Фиг.1