Жидкометаллическое коммутационное устройство Советский патент 1982 года по МПК H01H29/04 

... 1 Изобретение относится к электротехнике, в частности к жидкометаллическим коммутационным аппаратам, и может быть использовано в слаботоч ной технике и автоматике. Известен электромагнитный жидкометаллический контактор, в котором твердометаллические электроды замыка ются при помощи ртути, а размыкаются, феррожидкостью, разрывающей ртутную перемычку при возбуждении катушки управления 1 }. Недостатком этого устройства явля ется ограниченное быстродействие и низкая надежность. Известно жидкометаллическое коммутационное устройство, содержащее изоляционный корпус, заполненный жид ким металлом и феррожидкостью, твердометаллические электроды и электромагнитную систему, включающую катушку управления и магнитопровод с полюсными наконечниками. В указанном устройстве феррожидкость заключена В эластичную оболочку и удерживается электромагнитом подмагничивания. Разрыв коммутируемой цепи осуществляется путем нарушения жидкометаллической перемычки за счет того, что феррожидкость в магнитном поле растягивает эластичну19 оболочку, которая образует между полюсами электромагнита перегородку, разрывающую жидкометаллическую перемычку. Данное устройство имеет достаточ- но большое время срабатывания из-за наличия дополнительного времени, не-t обходимого на растягивание оболочки. Кроме того, время его срабатывания может измениться при замене эластичной оболочки, например при ремонте, из-за различия их свойств. Отсутствие мер по гашению дуги при коммутации также увеличивает время срабатывания С23. Надежность этого устройства невысока из-за ограниченного срока службы эластичной оболочки и необходимости иметь электромагнит .

подмагничивания. При разрыв оболоч ки из-за ее старения или прожигания другой отключаемого тока контактор не сможет разорвать коммутируемую цепь. При выходе из строя электромагнита подмагничивания контактор не сможет нормально функционировать.

Целью изобретения является повышение быстродействия и надежности жид- кометаллического коммутационного устройства.

Поставленная цель достигается тем, что жидкометаллическое коммутационное устройство снабжено изоляционной трубкой, изоляционный корпус выполнен в виде прямой четырехугольной призмы с разнобокой трапецией в поперечном сечении, меньшее основание которой обращено в сторону катушки управления, при этом две равные по площади и боковые грани призмы сопряжены с полюсными наконечниками электромагнитной системы, Через грань, соответствующую большему осноаанию трапеции, пропущена указанна изоляционная трубка, установленная перпендикулярно к обеим основаниям трапеции, при этом один конец изоляционной трубки погружен в жидкий металл, а на другом ее конце радиаль но установлены твердометаллические электроды. На фиг. 1 и 2 изображено жидкометаллическое коммутационное устройство, разрез (в отключенном и включенном состояниях); на фиг. 3 то же, вид сверху. Устройство состоит из изоляционного корпуса 1, выполненного в виде прямой четырехугольной призмы с трапецией в поперечном сечении, изоляционной трубки 2 с неподвижными элек тродами 3, жидкого металла k и ферро жидкости 5 над ним. К корпусу плотно прилегают полюсные наконечники 6 эл,ектромагнита управления с обмоткой 7. Работа жидкометаллмческого коммутационного устройства заключается в следующем. При подключении коммутируемой цеп к электродам 3 и при подаче тока в обмотку 7 электромагнита управлени феррожидкость 5 устремляется в облас максимальной напряженности магнитног поля (в данном случае к нижней грани корпуса 1), вытесняя из этой области жидкий металл в изоляционную трубку 2 и смачивает электроды 3 создавая

тем самым токопроводящую перемычку между ними, которая замыкает коммутационную цепь (фиг. 2). Для того чтобы в корпусе в этот момент не

создавалось разряжение в верхней гране корпуса предусмотрено небольшое отверстие. При снятии управляющего напряжения с обмотки 7 электромагнита управления жидкий мет-алл 4

под действием силы тяжести устремляется, в изоляционной трубке вниз, вытесняя феррожидкость, и разрывает коммутируемую цепь. В этом случае устройство находится в разомкнутом

состоянии (фиг. 1). Форма диэлектрического корпуса выбирается исходя из следующих соображений. Известно, что феррожидкости имеют свойство втягиваться в область с максимальной

напряженностью магнитного поля, причем сила втягивания прямо пропорциональна напряженности и градиенту напряженности магнитного поля, поэтому электромагнит управления необходимо делать таким, чтобы, в его зазоре возникало неоднородное магнитное поле с максимально возможным градиентом напряженности. Такое поле создается в зазоре электромагнита выполненном в виде клиновидной щели, а изоляционный корпус должен занимать весь объем этой щели. Залив в корпус жидкий металл и феррожидкость, различающиеся по плотности, можно с максимальным эффектом использовать силу втягивания феррожидкости в неоднородном поле. Причем плотность жидкого металла должна быть выше плотности феррожидкости. В устройстве феррожидкость непосредственно давит на жидкий металл без каких-либо эластичных оболочек. Поэтому из общего времени срабатывания устройства исключается время, необходимое на растягивание оболочки, которая имеется у известного устройства. Таким образом, повышается по сравнению с известным быстродействие устройства. Феррожидкость, находясь в таком неоднородном поле, давит на всю поверхность жидкого металла и,стремясь вытеснить его из области максимальной напряженности магнитного поля, прижимает жидкий металл. Наличие в жидком металле трубки создает условия для быстрого и надежного вытеснения жидкого металла из области максимальной неоднородности магнитHoro ПОЛЯ. Поэтому жидкий металл устремляется вверх по изоляционной тру ке и доходит до неподвижных электродов, замыкая их. Объем жидкого метал ла должен быть достаточным, чтобы заполнить изоляционную трубку до неподвижных контактов. Изоляционный корпус должен иметь угол между гранями сопряженными с по люсами электромагнитной системы не более itO. При угле большем чем tO уменьшается величина силы втягивания феррожидкости в области с максимальной напряженностью магнитного поля. Возникающая при коммутациях электрическая дуга гасится материалом изоляционной трубки, обладающим дуго гасящими средствами. Для лучшего дугогашения можно дополнительно применять известные меры, так например, нанесение около контактов покрытия с большим удельным сопротивлением, размещение внутри трубки поверх жидкого металла электроизоляционной дугогасящей жидкости (например, трансформаторного масла). Работоспособность жидкометаллического устройства проверяют на эксперименте. Полученные результаты по .казывают, что при подключении к неподвижным электродам коммутируемой цепи и приложении напряжения к обмотке электромагнита управления, феррожидкость вытесняет жидкий метал в изоляционную трубку, который, поднимаясь до неподвижных электродов, замыкает коммутируемую цепь. В этом случае жидкометаллическое коммутационное устройст во включено. При снятии напряжения с обмотки электромагнита управления жидкий металл,- по действием силы тяжести, устремляется вниз по изоляционной трубке и разрывает коммутируемую цепь. В этом случае устройство находится в выключенном состоянии. Таким образом, подтверждается воз можность применения предлагаемого устройства для коммутации электричес ких цепей с практически неограниченным числом срабатываний и большой частотой переключения, так как оно н содержит никаких подвижных механичес ких частей. Такое жидкометаллическое коммутационное устройство может быть использовано в электроаппаратостроении и автоматике для коммутации электрических цепей. Его можно использовать 9 7 например, в качестве концевого выключателя, в этом случае в качестве управляющего магнитного поля можно использовать поле постоянного магнита. Это устройство можно использовать для дистанционной регистрации наличия магнитного поля в клиновидных зазорах электромагнитных систем электрических машин. Кроме того, предлагаемое уст рйство может быть использовано в качестве привода известных жидкометаллических устройств. Технико-экономический эффект при использовании предлагаемого жидкометаллического коммутационного устройства выражается в повышении надежности, снижении времени срабатывания, в расширении области применения и в упрощении конструкции. Создание на основе предлагаемого жидкометаллического -коммутационного устройства концевого выключателя без механических движущихся частей позволяет значительно увеличить ресурс и надежность работы концевогф, выключателя и тем самым увеличить надежность работы различных устройств и механизмов, в которых требуется отключение или включение электрических цепей в нужный момент времени. Формула изобретения Жидкометаллическое коммутационное устройство, содержащее изоляционный корпус, заполненный жидким металлом и феррожидкостью, твердометаллические электроды и электромагнитную систему, включающую катушку управления и магнитопровод с полюсными наконечниками, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия и надежности, оно снабжено изоляционной трубкой, изоляционный корпус выполнен в виде прямой четырехугольной призмы с равнобокой трапецией в поперечном сечении, меньшее основание которой обращено в сторону катушки управления, при этом две равные по площади боковые грани призмы сопряжены с полюсными наконечниками электромагнитной системы, через грань, соответствующую большему основанию трапеции, пропущена указанная изоляционная трубка, установленная перпендикулярно к обеим основаниям трапеции, при этом один конец изоляционной трубки погру