Высоковольтный вакуумный переключатель Советский патент 1982 года по МПК H01H33/664 

(5) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПЕРЕКШЧАТЁЛЬ

Изобретение относится к электриче ким переключателям с поляризующим по стоянным магнитом, предназначено для коммутации высоковольтных электричес ких и радиотехнических цепей и может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одним из важнейших требований к которой является малое потребление электрической энергии элементами на управление. Переключатель может быть использован для переключения источников питания и нагрузок, для переключения антенных цепей, отводой катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных цеоей в антенно-согласующих устройствах и т.д. Известен вакуумный переключатель, постоянные поляризующие магниты которого закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляризующий магниТ ный поток в этом переключателе замыкается через длинные воздушные промежутки 1. Однако наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно уменьшает величину Энергии постоянного магнита по удержанию подвижного контакта в двух крайних положениях,а следователь: но,резко снижает устойчивость переключателя к воздействию механических нагрузок. Другим не менее существенным недостаткам данного переключателя является его низкая токопропускная способность по току из-за малого сечения и большой длины подвижного контакта. Кроме того, расположение постоянных магнитов на выводах, выполнение выводов из. ковара, а якоря, являющегося рдновременно токопроводНИКОМ подвижного контакта, из магни томягкого металла (пермендюр) исклю чает возможность пропускания через данный переключатель токов высокой частоты. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому переключателю является конструкция вакуумного реле на переключение, содержащая укрепленные на вводах в вакуумной камере дв неподвижных контакта, расположенный между ними подвижный контакт стержн вого типа, укрепленный на гибкой ме ране и связанный через изолятор и поводок с сердечником, управляемым электромагнитной системой с поляризующими постоянными магнитами Г2. Однако и это вакуумное реле на переключение имеет существенный недостаток, который состоит в том, что вследствие малого рабочего сечения подвижного контакта на высокой частоте, особенно гибкой мембраны из-за скин-эффекта,в сравнении с сечением ввода, реле имеет малую токопропускную способность. Вследствие малого рабочего сечения мембраны, особенно в месте ее спая с подвижным контактом, возникает большое сопротивление высокочастотному току, что вызывает значительны потери энергии на нагрев мембраны. Значительный нагрев мембраны в мест ее спая с подвижным контактом (до температур порядка 250-350°С) в сов купности с механической на нее рузкой от атмосферного давления и циклического изгиба в момент переключения подвижного контакта ведет к резкому снижению ее циклической износостойкости , а следовательно, снижению надежности данного реле. Нагрев мембраны до высоких температур значительно увеличивает ее газопроницаемость, что,в свою очередь, вызывает повышение скорости натяжения газов внутрь оболочки и в дет к более быстрому достижению в ней критичного для работы реле дав ления. Следствием этого является с жение долговечности и надежности работы вакуумного реле. Цель изобретения - повышение сп собности по току, количества цикло переключений, долговечности и надежности работы. Указанная цель достигается тем, то подвижный контакт снабжен до74полнительным упругим ленточным контактом П или Л-образной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазоре и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта. Кроме того, для создания натяга на неподвижные контакты дополнительный контакт выполнен с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта при прогибе боковых частей после замыкания цепи. Причем боковые части дополнительного контакта установлены относительно подвижного контакта с зазором, величина которого выбрана равной или превышающей величину прогиба боковых частей дополнительного контакта. Боковые части дополнительного контакта могут быть выполнены в виде пакета из упругих пластин малой толщины ,количество которых определяется величиной тока высокой частоты. Использование в данном переключателе дополнительного упругого ленточного контакта П-образной или Лобразной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазоре и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта позволяет повысить токопропускную способность и снизить температуру нагрева мембраны за счет прохождения в этом случае большей части тока высокой частоты через дополнительный контакт, а не через мембрану. Снижение нагрева мембраны повышает ее циклическую прочность на изгиб и снижает газопроницаемость. Повышение циклической прочности мембраны увеличивает количество циклов переключения, а снижение ее газопроницаемости повышает долговечность и надежность работы переключателя. Выполнение дополнительного контакта с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта позволяет снизить дребезг в момент замыкания на неподвижные контакты и обеспечить необходимую величину прогиба его боковых частей при меньшем усилии, что имеет место при отсутствии возможности перемещения верхней части подвижного контакта. Снижение усилия, в свою оче редь, уменьшает потребление электроэнергии на управление, снижает габариты и массу электромагнитной системы и переключателя в целом. Установление боковых частей дополнительного контакта относительно подвижного контакта с зазором, равным или превышающим величину их про гиба для обеспечения требуемого кон тактного нажатия, повышает надежность контактирования за счет возможности прогиба дополнительного упругого контакта. Выполнение дополнительного контакта в виде пакета из пластин мало толщины позволяет повысить токопропускную способность и улучшить усло вия охлаждения подвижного контакта. На фиг.1 изобра : ен высоковольтный переключатель,общий вид; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1. Вакуумный переключатель состоит из вакуумной переключающей части и электромагнитной системы управления поляризованного типа с втяжным сердечником. Вакуумная переключающая часть со стоит из трех одинаковых соосно рас положенных керамических цилиндров 1 2 и 3 Между керамическими цилиндра ми расположены медные тонкостенные выводы k и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумноплотно припаянные к торцевым поверхност керамических цилиндров. Выводы непо вижных контактов и S выполнены за одно целое с неподвижными контактани 7 и 8 для уменьшения сопротивления токопрохождению „ и тем самым снижения нагрева. В зазоре между неподвижными контактами 7 и 8 расположен подвижный контакт 9, выполненный в форме круглого стержня из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего металла. Подвижный црнтакт 9 верхним концом входит в отверстие верхней части дополнительного упругого ленточного контакта 10 П-образной формы из молибдена или другого упругого высокопроводящего материала.Дополнитель ный контакт 10 может быть выполнен также Л-образной формы без ухудшения при этом условий для токопрохождения и без увеличения индуктивности замкнутых контактов. Нижним концом подвижный контакт 9 вакуумноплотно спаян с мембранной 11 из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего металла. К выступающей из мембраны 11 части подвижного контакта 9 механически прочно прикреплен изоляционный стержень 12 из керамики, служащий для изоляции подвижного KOHTaKta 9 от электромагнитной системы управления. Дополнительный подвижный контакт 10 нижними концами боковых частей жестко прикреплен (с помощью пайки сварки и др.) непосредственно к выводу 6 подвижного контакта.. К нижнему торцу керамического цилиндра 3 механически прочно прикреплено переходное кольцо 13, служащее для скрепления вакуумной переключающей части с электромагнитной системой управления. К торцу вывода k вакуумноплотно припаяна шайба 4 из немагнитного металла, пайка которой для снижения термических напряжений в зоне спая производится с применением компенсационного кольца 15 из молибдена или ковара. Для сохранения и поддержания в объеме переключателя рабочего давления в течение заданного срока службь служит газопоглотитель 16, закрепленный через никелевую пластину 17 на выводе подвижного контакта 6. Электромагнитная система управления заключёна в корпус 18 и включает в себя корпус электромагнита 19 из магнитомягкого металла, в верхней части основания которого выполнен выступ, служащий местом опоры поводка 20 из упругого металла. Поводок 20 закреплен на выступе корпуса электромагнита 19с возможностью вращения, Крепление выполнено с помощью пружиннной накладки 21, жестко прикрепленной к корпусу электромагнита 19. Поводок 20 соединен подвижно с накладкой 22,скрепленной жестко со стержнем 23 из немагнитного металла, который, в свою очередь, жестко закреплен в сердечнике 24 из магнитомягкого металла. Снизу ход сердечника 23 ограничен основанием 25 из магнитомягкого металла. Для обеспечения перемещения сердечника 23 в осевом направлении он помещен в направляющую втулку 26 из немагнитного металла, например из латуни. На внешней поверхности втулки 2б строго посередине и диаметрально противоположно закреплены два постоянных магнита 27 и 28, выполненных в виде секторов и имеющих радиальное направление силовых линий магнитного поля (с радиальным намагничиванием). По обе стороны от постоянных магнитов 27 и 28 расположены обмотки управления 29 и 30, намотанные на каркасы 31 и 32. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 33 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы З изолятора 35. При сочленении вакуумной переключающей части с электромагнитной системой управления изоляционный стержень 12 входит в кольцевое отверстие Поводка 20 с гарантированным зазором, обеспечивающим подвижность соединения с минимальным люфтом. Затем переходное кольцо 13 и корпус 18 жестко скрепляют между собой, например ,с помо1чью сварки.

Предлагаемый переключатель имеет дистанционное импульсное.управление, т.е. он потребляет энергию на управление только в момент переключения. Переключатель работает следующим образом.

В исходном состоянии подвижный контакт 9 и дополнительный контакт 1 замкнуты на один (любойj из неподвижных контактов, например на верх;Ний неподвижный контакт 8.В этом случа ток высокой частоты проходит с вывода на неподвижный контакт 8 и далее на дополнительный контакт 10 и на подвижный контакт 9. При этом большая часть тока идет через боковые части дополнительного контакта 10 на вывод 6, а меньшая его часть 6 идет на вывод через подвижный контакт 9 и ембрану 11.

Для этого случая магнитный поток постоянных магнитов замкнут по следующему пути: постоянные магниты 27 и 28,о часть сердечника 2,прилегающая к основанию 25,основание 25, цилиндрическая часть корпуса электромагнита 19 и далее постоянные магниты 27 и 28.

Для переключения подвижного контакта 9 и дополнительного контакта 10 на неподвижный контакт 7 на нижнюю обмотку управления 29 подается импульс напряжения с полярностью, создающей в обмотке управления магнитный поток, противоположно направленный магнитному потоку постоянног

магнита в данной ветви. При достижении . в магнитной цепиданной ветви равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного ма1- нитного потока на вторую ветвь сердечник 2k перебрасывается во второе устойчивое состояние - к основанию корпуса электромагнита 19. При этом поступательное движение сердечника 2 за счет подвижных связей поводка 20 переходит во вращательное движение поводка 20 и связанного с ним подвижного контакта 9, который перебрасывается на неподвижный контакт 7. Кинематическая схема подбирается таким образом, чтобы замыкание контактов происходило несколько раньше, чем сердечник 2 достигнет основания корпуса электромагнита 18. При дальнейшем движении сердечника 2k до упора на основание корпуса электромагнита 19 за счет прогиба боковой части дополнительного контакта 10 и поводка 20 и упругих свойств их материала создается нужное контактное нажатие. Для возвращения подвижного контакта 9 к верхнему неподвижному контакту 8 напряжение питания соответствующей полярности и величины подается на обмотку 30.

Использование в вакуумном переключателе дополнительного контакта повышает токопропускную способность, снижает дребезг контактов и повышает надежность контактирования, снижает нагнев мембраны и ее газопроницаемость, повышает циклическую прочность мембраны, уменьшает потребление электроэнергии и снижает потери энергии высокой частоты на нагрев.

В совокупности это позволяет повысить величину пропускаемого тока, количество циклов переключений, долговечность и надежность работы.

Формула изобретения

1. Высоковольтный вакуумный переключатель , содержащий два неподвижных контакта, укрепленных на ввдах вакуумной камеры, расположенный между ними подвижный контакт стержневого типа, укрепленный на гибкой мембране и.связанный через изолятор и поводок с сердечником, управляемым электромагнитной сие