интернет-магазин светодиодного освещения
Пн - Вс с 10:30 до 20:00
Санкт-Петербург, просп. Энгельса, 138, корп. 1, тк ''Стройдвор''

Высоковольтный вакуумный выключатель. Вакуумный выключатель высоковольтный


высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки - патент РФ 2247439

Изобретение относится к высоковольтному коммутационному аппаратостроению. Технический результат - повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов. Это достигается тем, что в высоковольтном вакуумном выключателе нагрузки имеются в каждой из фаз опорные изоляторы, вакуумная дугогасительная камера, механизм размыкания ее контактов, а также главные подвижный и неподвижный контакты, разъединяющий подвижный контакт. Подвижные контакты связаны между собой. Кроме того, имеется вал с системой рычагов, передающих вращательное движение от привода. Вакуумная дугогасительная камера установлена на главном неподвижном контакте. Механизм отключения содержит контактный ролик, взаимодействующий с профилированным толкателем, закрепленным на подвижном разъединяющем контакте. Профиль поверхности толкателя образован двумя дугами окружностей с центром на оси вращения размыкающего контакта. 5 ил.

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтному коммутационному аппаратостроению, точнее к выключателям нагрузки.

Основные требования, предъявляемые к выключателям нагрузки, - это способность коммутировать номинальные токи и обладать стойкостью к сквозным токам короткого замыкания. Так как выключатели нагрузки являются наиболее распространенными среди различных типов коммутационных аппаратов, то к ним предъявляются также требования простоты и дешевизны конструкции. Известно большое количество типов и конструкций выключателей нагрузки (автогазовые, элегазовые, вакуумные). Наиболее распространяемым среди них является автогазовый выключатель нагрузки [1], в котором для дугогашения используется камера, изготовленная из газогенерирующего материала (например, оргстекло). Под действием электрической дуги в камере образуется большой поток газа, который и осуществляет ее гашение.

Автогазовый выключатель нагрузки содержит металлическую раму, на которой закреплены три пары изоляторов, по два на каждую фазу, на одном из них установлены главный неподвижный контакт и дугогасительная камера, на другом - главный и дугогасительный подвижные контакты, совершающие вращательное движение вокруг общей оси, передача движения от привода к подвижным контактам осуществляется от общего вала через рычаги и изоляционные тяги.

Достоинство автогазового выключателя заключается в простоте и дешевизне конструкции, а также в наличии видимого разрыва между контактами в отключенном положении, т.е. автогазовый выключатель одновременно выполняет функции разъединителя. Другое его преимущество состоит в том, что выполнено разделение контактов на главные токоведущие и дугогасительные. Это позволяет сделать привод более легким, так как отпадает необходимость создавать усилие дополнительного поджатия контактов при прохождении сквозных токов короткого замыкания. В автогазовом выключателе эта задача решается конструкцией главных токоведущих контактов, в которых дополнительные усилия поджатия создаются электродинамическими силами, возникающими при прохождении сквозных токов.

В то же время автогазовые выключатели нагрузки имеют существенные недостатки, которые хорошо известны, - это низкая отключающая способность, малый коммутационный ресурс, низкая надежность, открытый выброс дуги.

Известны решения [2, 3], в которых предлагаются устройства, совмещающие функции вакуумного выключателя и разъединителя, их недостаток заключается в том, что сквозные токи короткого замыкания проходят через контакты вакуумной камеры, что требует обеспечения необходимых усилий дополнительного поджатая контактов и их термической и электродинамической стойкости. Наиболее близким к предлагаемому решению является конструкция вакуумного выключателя нагрузки, предложенная в [4]. В ней применяются главные токоведущие контакты и разъединяющие контакты. Они установлены на опорных изоляторах, закрепленных на общей раме, и совершают вращательное движение, которое передается от привода через систему рычагов и изоляторных тяг. Причем вакуумная дугогасительная камера установлена на подвижном разъединяющем контакте. При этом главные подвижные контакты связаны через механизм отключения с подвижным контактом вакуумной камеры и разъединяющим контактом таким образом, что реализуется следующая последовательность операций при отключении:

- размыкание главных контактов;

- размыкание контактов вакуумной камеры;

- размыкание разъединяющих контактов.

Недостатки данной конструкции следующие:

- вакуумная камера закреплена на подвижном разъединяющем контакте, совершающем перемещение для создания видимого разрыва, и подвергается ударным нагрузкам при выполнении операций включения и отключения;

- продолжительность временного интервала, необходимого для гашения дуги во всех фазах и определяемого от момента начала размыкания контактов камеры до момента начала образования разъединяющим контактом видимого разрыва, зависит от соотношения силовых характеристик упругих элементов выключателя, что затрудняет получение необходимой точности и надежности работы выключателя;

- конструкция сложная и громоздкая.

Целью предлагаемого изобретения является повышение надежности, упрощение конструкции и уменьшение габаритов.

Указанная цель достигается тем, что в известном высоковольтном вакуумном выключателе нагрузки содержатся в каждой фазе опорные изоляторы, вакуумная дугогасительная камера, механизм размыкания ее контактов, главный подвижный и неподвижный контакты, разъединяющий подвижный контакт, причем подвижные контакты связаны между собой, а также вал с системой рычагов, передающих вращательное движение от привода. Новым является то, что вакуумная дугогасительная камера установлена на главном неподвижном контакте, а механизм отключения содержит контактный ролик, взаимодействующий с профилированным толкателем, закрепленным на подвижном разъединяющем контакте, при этом профиль поверхности толкателя образован двумя дугами окружностей с центром на оси вращения размыкающего контакта, разность между величинами радиусов которых равна сумме величин хода подвижного контакта вакуумной дугогасительной камеры и хода дополнительного поджатия, причем величина меньшего радиуса определяется условием касания контактного ролика и профилированной поверхности толкателя, а длина дуги окружности S меньшего радиуса определяется условием:

Sвысоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 3/2 V/высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 ,

где V - скорость движения толкателя;

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 - частота переменного тока.

Более подробно конструкция устройства поясняется с помощью рисунков, представленных на фиг.1, 2, 3, 4, 5.

На фиг.1 - показан общий вид выключателя во включенном положении;

на фиг.2 - главные контакты разомкнуты, начало размыкания контактов вакуумной камеры;

на фиг.3 - окончание отключения тока, начало расхождения размыкающих контактов;

на фиг.4 показано полностью отключенное положение выключателя;

на фиг.5 - включение выключателя, главные контакты замыкаются, а контакты вакуумной камеры разомкнуты.

Выключатель содержит: общую раму 1; опорные изоляторы 2, по два на каждую фазу; главный неподвижный контакт 3; главный 4 и разъединяющий 5 подвижные контакты, совершающие вращательное движение вокруг общей оси 6; общий вал 7, передающий движение к каждой фазе от привода через рычаги 8 и изоляционные тяги 9. Вакуумная дугогасительная камера 10 закреплена на главном неподвижном контакте 3 с помощью изоляционной стойки 11 и токопровода 12 и соединена с механизмом отключения, содержащим пружины отключения 13 и поджатая 14; направляющий цилиндр 15 с втулкой 16; гибкая связь 17; контактный ролик 18; детали крепления: оси 19 и 20, шпилька 21, обойма 22. Пружина отключения удерживает контакты вакуумной дугогасительной камеры в нормально разомкнутом положении при отключенном выключателе. На конце разъединяющего контакта 5 установлен профилированный толкатель 23. На главном подвижном контакте 4 установлена серьга 24 с дугообразным пазом, через который проходит ось 25, закрепленная на подвижном разъединяющем контакте 5. Неподвижный контакт 26 вакуумной камеры 10 токопроводом 12 соединен с главным контактом 3 электрически. Подвижный контакт 27 вакуумной камеры механически посредством деталей (шпильки 21, направляющей втулки 16, обоймы 22, осей 19, 20) и электрически посредством гибкой связи 17 соединен с контактным роликом 18. При этом толкатель 23 на конце подвижного разъединяющего контакта 5 своей профилированной поверхностью взаимодействует с контактным роликом 18, замыкая и размыкая контакты вакуумной камеры 10.

Движение к подвижному разъединяющему контакту 5 передается от главного подвижного контакта 4 посредством серьги 24 и проходящей через ее паз оси 25. Для обеспечения необходимых величин хода подвижного контакта камеры, хода дополнительного поджатия и времени взаимодействия ролика 18 и толкателя 23 профилированная поверхность толкателя имеет форму, образованную двумя дугами окружностей меньшего R1 и большего R2 радиусов, с центром на оси вращения подвижных контактов 6, причем разность величин радиусов окружностей R2-R1 равна сумме величин хода подвижного контакта вакуумной камеры и хода дополнительного поджатия, а величина меньшего радиуса R1 определяется из условия касания контактного ролика 18 с профилированной поверхностью толкателя 23. Длина S дуги окружности радиуса R1 (включая переходный участок с R2 на R1) определяется условием:

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439

где V - скорость движения толкателя;

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 - частота переменного тока.

Данное условие получено исходя из требования бездугового размыкания контактного ролика и толкателя. Время касания ролика и толкателя от момента размыкания контактов вакуумной камеры до момента начала их расхождения равно:

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439

Так как гашение дуги в вакуумной камере происходит при переходе тока через ноль, а также учитывая трехфазный режим коммутации и возможную разновременность размыкания в фазах, необходимо, чтобы длительность касания ролика и толкателя была бы больше чем 3/2Т, где T=1/высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 , период частоты переменного тока, то есть:

откуда и следует формула (1). За это время ток не менее чем два раза перейдет через ноль и будет отключен вакуумными камерами во всех фазах выключателя.

Пример расчета по формуле (1) при условии, что окружная скорость V=2 м/с и частота переменного тока 50 Гц, дает, что длина дуги S должна быть:

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439

Если длина дуги S будет меньше рассчитанной величины, то при коммутации тока в трехфазном режиме при наличии некоторой разновременности размыкания контактов вакуумных камер (несинхронного по фазам) возникает вероятность того, что ток в вакуумной камере не перейдет через ноль и дуга не будет погашена. В этом случае возникнет дуговое размыкание между контактным роликом 18 и профилированным толкателем 23.

Для пояснения работы выключателя на фиг.1, 2, 3, 4, 5 представлены положения элементов выключателя в различные моменты выполнения операций отключения и включения. Во включенном положении (фиг.1) главные контакты выключателя замкнуты, дугогасительный контакт 5 находится в положении, когда толкатель 23 участком профиля с большим радиусом R2 воздействует на контактный ролик 18, сжимая пружины отключения и поджатия в направляющем узле и удерживая контакты вакуумной камеры в замкнутом положении. Номинальный ток или сквозной ток короткого замыкания проходят через главные контакты выключателя, через контакты вакуумной камеры проходит только незначительная его часть, так как электрическое сопротивление этого участка цепи значительно больше.

На первой стадии операции отключения (фиг.2) движение от привода через общий вал 7 передается рычагами 8 и изоляционными тягами 9 к главным подвижным контактам 4 в каждой из фаз. Они приходят в движение, происходит их размыкание с неподвижными контактами 3 и расхождение. При этом размыкающий контакт 5 продолжает оставаться в прежнем положении до момента, пока полностью не будет выбран зазор в дугообразном пазу между осью 25 и серьгой 24.

После размыкания главных контактов 3 и 4 ток проходит через замкнутые контакты 26 и 27 вакуумной камеры 10, гибкую связь 17, контактный ролик 18, профилированный толкатель 23 и подвижный разъединяющий контакт 5. Дальнейшее движение главного контакта 4 приводит к началу движения разъединяющего контакта 5. В результате контактный ролик 18 попадает на переходной участок поверхности профилированного толкателя 23. Под действием пружин отключения 13 и поджатия 14 начинается поступательное движение контактного ролика. И после того, как будет выбран ход поджатия, начнется размыкание контактов вакуумной камеры. Очень важно, что к этому моменту главные контакты 3 и 4 уже разошлись на расстояние, при котором между ними невозможно загорание дуги.

Далее (фиг.3) главный 4 и подвижный разъединяющий 5 контакты движутся вместе. Контактный ролик 18, пройдя переходный участок поверхности профилированного толкателя 23, прокатывается по участку с меньшим радиусом R1, сохраняя при этом с ним электрический контакт. Контакты 26 и 27 вакуумной камеры разомкнуты на величину хода и между ними горит дуга отключения до момента первого или второго перехода отключаемого тока через ноль. Так как момент размыкания контактов вакуумной камеры по отношению к фазе тока носит случайный характер, то переход тока через ноль и его отключение могут происходить на любом участке поверхности с радиусом R1 профиля толкателя 23. Но с очень высокой степенью надежности можно утверждать, что отключение тока произойдет до момента прекращения касания с роликом 18. После отключения тока между контактами 26 и 27 вакуумной камеры, а также между главным неподвижным 3 и подвижными 4 и 5 контактами восстанавливается напряжение. При этом подвижные контакты успевают отойти на такое расстояние, что образовавшийся между ними раствор обеспечивает необходимую электрическую прочность. Размыкание контактного ролика 18 и профилированного толкателя 23 является бездуговым.

Полностью отключенное положение выключателя показано на рисунке (фиг.4). Между контактами выключателя создан видимый разрыв.

Включение выключателя происходит следующим образом.

Под действием привода движение от общего вала 7 через рычаги 8 и изоляционные тяги 9 передается к главным подвижным контактам 4. Подвижные разъединяющие контакты 5 приходят в движение после того, как будет выбран зазор в дугообразном пазу серьги 24. Так как главные подвижные контакты 4 являются ведущими по отношению к подвижным разъединяющим контактам 5, а размер дугообразного паза в серьге 24 подобран таким, что сначала происходит замыкание главных контактов 3 и 4. Замыкание контактов вакуумной дугогасительной камеры начнет происходить тогда, когда переходный участок с меньшего радиуса R1 на больший R2 поверхности профилированного толкателя 23 начнет взаимодействовать с контактным роликом 18. Далее происходит сжатие отключающей пружины 13, замыкание контактов 26 и 27 вакуумной камеры и их дополнительное поджатие пружиной 14. Операция включения закончилась, выключатель вернулся в исходное положение (фиг.1).

При выполнении операции включения процессы касания толкателем 23 ролика 18 и замыкания контактов вакуумной камеры являются бездуговыми, так как в первом случае не происходит замыкание электрической цепи (контакты 26 и 27 вакуумной камеры еще разомкнуты), а во втором электрическая цепь уже замкнута главными контактами 3 и 4. При включении на ток короткого замыкания электродинамические усилия будут восприниматься главными контактами 3 и 4.

Таким образом, предложенная конструкция выключателя нагрузки позволяет получить следующий положительный эффект:

1. Выключатель во включенном положении пропускает сквозные токи короткого замыкания и номинальный ток через главные контакты с минимальным усилием поджатия контактов вакуумной камеры.

2. При отключении гашение дуги осуществляется вакуумной камерой, что значительно увеличивает коммутационный ресурс выключателя, повышает надежность работы, исключает выброс дуги в окружающее пространство, улучшает экологичность.

3. В отключенном положении образуется видимый разрыв, что позволяет избежать необходимости установки разъединителя.

4. Вакуумная камера для такого выключателя может быть малогабаритной и дешевой, так как она работает только в очень короткий интервал времени при коммутации токов, близких к номинальному.

Источники информации

1. А.А.Чунихин. Электрические аппараты высокого напряжения.

Выключатели. Том 2. Справочник. М.: Информэлектро, 1996 г., с.117.

2. Патент США №4484044; кл.200-144, опубл. 20.11.1984.

3. Патент Великобритании №2301227; опубл. 27.11.1996, кл. Н1N.

4. Патент США №3824359, кл.200-146; опубл. 16.07.1974 (прототип).

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, содержащий в каждой из фаз опорные изоляторы, вакуумную дугогасительную камеру, механизм размыкания ее контактов, главные подвижный и неподвижный контакты, разъединяющий подвижный контакт, причем подвижные контакты связаны между собой, а также вал с системой рычагов, передающих вращательное движение от привода, отличающийся тем, что вакуумная дугогасительная камера установлена на главном неподвижном контакте, а механизм отключения содержит контактный ролик, взаимодействующий с профилированным толкателем, закрепленным на подвижном разъединяющем контакте, при этом профиль поверхности толкателя образован двумя дугами окружностей с центром на оси вращения размыкающего контакта, разность между величинами радиусов которых равна сумме величин хода подвижного контакта вакуумной дугогасительной камеры и хода дополнительного поджатия, причем величина меньшего радиуса определяется условием касания контактного ролика и профилированной поверхности толкателя, а длина дуги окружности S меньшего радиуса определяется условием

Sвысоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 22474393/2 V/высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439,

где V - скорость движения толкателя;

высоковольтный вакуумный выключатель нагрузки, патент № 2247439 - частота переменного тока.

www.freepatent.ru

Высоковольтный вакуумный выключатель

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации без нагрузки мощных высокочастотных цепей, и может найти применение в мощной электротехнической и радиотехнической аппаратуре для переключения нагрузок, отводов катушки высокочастотного контура, антенных цепей, резонансных контуров, конденсаторов высоковольтных цепей в антенно-согласующих устройствах, фильтрах подавления гармоник и т.д. В высоковольтном вакуумном выключателе на внутренней поверхности диэлектрической оболочки и на внешней поверхности изолятора подвижного контакта выполнено покрытие с проводимостью на 2-4 порядка выше, чем у диэлектрика оболочки и изолятора, а в качестве материала покрытия использованы окислы, нитриды или карбиды металлов, коэффициент вторичной электронной эмиссии у которых не более 1,5, причем толщина слоя покрытия выбрана в 1,5-2 раза больше глубины проникновения в покрытие электронов, ускоренных высоковольтным полем высокой частоты между высокопотенциальными электродами. Технический результат - повышение надежности работы выключателя с разомкнутыми контактами в высокочастотных цепях без увеличения массы и габаритов и межэлектродных емкостей. 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации без нагрузки мощных высокочастотных цепей.

Вакуумный выключатель может найти применение в мощной электротехнической и радиотехнической аппаратуре для переключения нагрузок, отводов катушки высокочастотного контура, антенных цепей, резонансных контуров, конденсаторов высоковольтных цепей в антенно-согласующих устройствах, фильтрах подавления гармоник и т.д.

Известны мощные высокочастотные вакуумные выключатели высокого напряжения, используемые для этих целей [1-3]. Однако в таких вакуумных выключателях со стеклянными и керамическими оболочками при работе с разомкнутыми контактами на высоких частотах при большом рабочем напряжении имеют место сквозные "проколы" стеклянных оболочек или локальный разогрев, а затем разрушение керамических оболочек. Это явление связано с возникновением так называемого "вторично-электронного резонансного разряда" (ВЭРР или его разновидности - полифазного вторично-электронного разряда), поскольку используемый в вакуумных выключателях материал диэлектрика для изолятора подвижного контакта и оболочки имеет коэффициент вторичной электронной эмиссии электронов существенно больше единицы (от 4 до 8 в зависимости от типа выбранного диэлектрика и его исходного материала - стекла или керамики). Механизм возникновения этого явления сводится к тому, что первичные электроны, тем или иным образом возникшие во внутреннем объеме выключателя (автоэлектронная эмиссия, термоэлектронная эмиссия, ионизация и др.), ускоряясь высокочастотным полем при большом рабочем напряжении, приобретают на длине свободного пробега очень большую кинетическую энергию. При этом энергия ускоренных этим полем первичных электронов может превысить энергию, соответствующую первому критическому потенциалу вторичной эмиссии электронов из материала диэлектрика. Вследствие этого первичные электроны при бомбардировке поверхностей диэлектрика оболочки и изолятора выбивают из этих поверхностей вторичные электроны, количество которых пропорционально коэффициенту вторичной электронной эмиссии при данной энергии первичных электронов, но всегда больше единицы. За счет этого на поверхности диэлектрика и в его приповерхностном слое, как правило в месте наибольшей напряженности электрического поля, а именно напротив межконтактного зазора или в местах включений инородного материала с малой работой выхода электронов, например щелочных металлов, формируется поле положительно заряженного локального пятна, которое способствует еще большему притяжению и ускорению первичных электронов. Как только потенциал положительно заряженного пятна оказывается больше порогового значения, необходимого для возникновения и поддержания лавинообразного нарастания вторичных электронов, возникает вторично-электронный резонансный разряд. Он ведет к появлению скользящего разряда по поверхности диэлектрика, к недопустимому разогреву диэлектрика в месте возникновения положительно заряженного пятна за счет превращения в тепло основной доли кинетической энергии электронов, ускоренных высокочастотным полем и полем положительно заряженного локального пятна на поверхности диэлектрика. В результате сильного нагрева локального пятна из него выделяется большое количество паров и газов, следствием чего является возникновение высокочастотного дугового разряда между положительно заряженным локальным пятном на поверхности диэлектрика и высокопотенциальными электродами (контактами) выключателя. Отмеченное выше в конечном итоге ведет к разрушению диэлектрика оболочки и изолятора и выходу выключателя из строя. Возникновение вторично-электронного резонансного разряда (или его разновидности - полифазного вторично-электронного разряда - ПФВЭР), переходящего затем в дуговой высокочастотный разряд, значительно снижает надежность работы высокочастотных вакуумных выключателей, переключателей и реле при разомкнутых контактах, особенно в случае плавного изменения рабочего напряжения или его частоты. Таким образом необходимо изыскание мер по предотвращению отмеченных недостатков.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является высоковольтный вакуумный выключатель [4], содержащий расположенные в вакуумированной камере оболочки подвижный и неподвижный контакты. Сущность предложенного в нем технического решения состоит во введении между внутренней поверхностью диэлектрической оболочки и внешней поверхностью контактов (токопроводников) экранирующего электрода цилиндрической формы из высокопроводящего немагнитного металла. Перекрывая межконтактный зазор и находясь под высоким потенциалом, он в положительную полуволну синусоидального высокочастотного напряжения отбирает на себя первичные электроны из межконтактного зазора и кольцевого пространства между внутренней поверхностью диэлектрической оболочки и внешней поверхностью токопроводников (контактов), а также из кольцевого зазора между внутренней поверхностью диэлектрической оболочки и внешней поверхностью цилиндрического экрана. В результате это способствовало снижению вероятности возникновения вторично-электронного резонансного разряда именно в области, перекрываемой экранирующим электродом (экраном).

Однако введение экранирующего электрода привело к увеличению межконтактных емкостей при разомкнутых контактах, следствием чего явилось значительное повышение потерь мощности высокой частоты при разомкнутых и замкнутых контактах за счет емкостных токов и низкая собственная резонансная частота выключателя, т.е. снижение верхней частоты рабочего диапазона частот. Кроме того, при этом не исключена вероятность возникновения вторично-электронного (или полифазного) резонансного разряда в области, не перекрываемой экранирующим электродом. Увеличение же области перекрытия, за счет увеличения длины экранирующего электрода, ведет к еще большему увеличению межконтактной емкости разомкнутых контактов, а следовательно, к еще большему увеличению емкостных потерь энергии высокой частоты и к еще большему снижению верхней рабочей частоты рабочего диапазона выключателя. В результате снижаются его надежность работы и эксплуатационные характеристики. Снижение же емкостей за счет увеличения межэлектродных зазоров ведет к существенному увеличения массы и габаритов, снижению количества коммутационных операций, а поэтому неэффективно. К тому же это не решает проблему по предотвращению вероятности возникновения вторично-электронного резонансного разряда.

Цель изобретения - повышение надежности работы выключателя с разомкнутыми контактами в высокочастотных цепях при сохранении его массогабаритных характеристик и межэлектродных емкостей.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемом высоковольтном вакуумном выключателе, содержащем подвижный и неподвижный контакты, размещенные с определенным зазором в вакуумированной камере, в отличие от известных, на внутренней поверхности диэлектрической оболочки и на внешней поверхности изолятора подвижного контакта выполнено покрытие с проводимостью на 2-4 порядка выше, чем у диэлектрика оболочки и изолятора, а в качестве материала покрытия использованы окислы, нитриды или карбиды металлов, коэффициент вторичной электронной эмиссии у которых не более 1,5, причем толщина слоя покрытия выбрана в 1,5-2 раза больше глубины проникновения в покрытие электронов, ускоренных высоковольтным полем высокой частоты.

Увеличение поверхностной проводимости диэлектрика за счет тонкого слоя полупроводящего покрытия, в качестве материала которого использованы окислы, например, хрома, ванадия, молибдена и др. или нитриды, например, бора и др., или карбиды, например, вольфрама и др., которые имеют коэффициент вторичной электронной эмиссии, меньший или близкий к единице, обеспечивает рассеивание и рассасывание локального заряда пятна по всей поверхности диэлектрика оболочки и изолятора и далее на высокопотенциальные электроды (контакты и выводы). В результате это препятствует как образованию положительно заряженного локального пятна на поверхности диэлектрика, так и возникновению вторично-электронного высокочастотного разряда. При проведении экспериментальных исследований было установлено, что удовлетворительное рассасывание положительно заряженного локального пятна на диэлектрике происходит лишь в том случае, когда проводимость слоя покрытия превышает на два-четыре порядка проводимость диэлектрика оболочки и изолятора. Эксперименты также показали, что при проводимости слоя покрытия, превышающей более чем на четыре порядка проводимость диэлектрика оболочки и изолятора, токи утечки достигают критичных для нормальной работы значений из-за возрастания омических потерь энергии высокой частоты, идущей на нагрев вакуумного выключателя. При проводимости же покрытия, превышающей проводимость диэлектрика оболочки и изолятора менее чем на два порядка, не обеспечивается эффективное и быстрое рассасывание положительного заряда локального пятна на диэлектрике. В совокупности отмеченное определило выбор интервала проводимости покрытия на диэлектрике на два-четыре порядка выше проводимости самого диэлектрика оболочки и изолятора.

Снижению вероятности возникновения вторично-электронного резонансного разряда способствует также и то, что в предлагаемом вакуумном выключателе материал покрытия имеет коэффициент вторичной эмиссии электронов, значительно меньший, чем у диэлектрика оболочки изолятора. Это, в совокупности с рассасыванием положительного заряда локального пятна на диэлектрике за счет проводимости покрытия, обеспечивает повышение надежности работы предлагаемого вакуумного выключатели в высокочастотных высоковольтных цепях при плавном изменении величины рабочего напряжения или его частоты.

Для того, чтобы исключить вероятность образования положительно заряженного локального пятна под слоем покрытия, что в дальнейшем могло бы привести к возникновению вторично-электронного разряда на поверхности диэлектрика под покрытием, толщина покрытия выбрана в полтора-два раза больше глубины проникновения в покрытие первичных электронов, ускоренных полем высокой частоты между высокопотенциальными электродами вакуумного высокочастотного выключателя. Таким образом и данное решение тоже способствует повышению надежности работы предлагаемого вакуумного выключателя при разомкнутых контактах в высоковольтных высокочастотных цепях.

Благодаря созданию условий, препятствующих возникновению вторично-электронного разряда и устранению тем самым отрицательных последствий от его воздействия, отпадает необходимость использования в высокочастотных вакуумных выключателях системы экранных электродов для улавливания ускоренных высокочастотным полем первичных электронов. Это позволяет снизить межэлектродные емкости при разомкнутом положении контактов, следствием чего является снижение мощности потерь за счет емкостных токов, что в свою очередь снижает нагрев самого вакуумного выключателя и повышает коэффициент полезного действия радиопередающей аппаратуры. Кроме того, при уменьшении межэлектродных емкостей повышается собственная резонансная частота вакуумного выключателя, что способствует расширению диапазона его рабочих частот в область более высоких частот. В свою очередь уменьшение нагрева обеспечивает возможность увеличения пропускаемого тока высокой частоты и повышение надежности работы предлагаемого вакуумного выключателя при сохранении его массогабаритных характеристик.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, представленными на фиг.1-3. Высоковольтный вакуумный выключатель содержит оболочку 1 из вакуумплотной керамики (или стекла), неподвижный контакт 2 и подвижный контакт 3, подвижно через изолятор 4 (из керамики или другого механически прочного диэлектрика) сочлененный с якорем 5 электромагнитной системы управления 6. На всю внутреннюю поверхность диэлектрика оболочки 1 и на всю внешнюю поверхность изолятора 4 нанесено полупроводящее покрытие 7, например, из окиси хрома, толщина которого в 1,5-2 раза превышает глубину проникновения ускоренных высокочастотным полем первичных электронов вглубь диэлектрика оболочки и изолятора. Предлагаемое изобретение может быть использовано и в других высоковольтных высокочастотных вакуумных приборах, например в вакуумных коаксиальных высокочастотных высоковольтных выключателях и переключателях, вакуумных высоковольтных высокочастотных конденсаторах постоянной и переменной емкости и т.д. В сравнении с прототипом, предлагаемое изобретение обладает рядом преимуществ, заключающихся в предотвращении вероятности возникновения вторично-электронного резонансного разряда, в уменьшении потерь высокой частоты за счет емкостных токов, в повышении резонансной частоты, что в совокупности обеспечивает повышение надежности работы предложенного вакуумного выключателя в высоковольтных высокочастотных цепях и пропускаемого тока высокой частоты при сохранении его массогабаритных характеристик.

Источники информации

1. Патент США №2981816, кл. 200-144, 1965.

2. Патент США №3261953, кл. 200-144, 1967.

3. Авт. свидет. СССР №295152, МПК Н 01 Н 33/66, 1968.

4. Авт. свидет. СССР №562014, МПК Н 01 Н 33/66, 1977.

Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий подвижный и неподвижный контакты, размещенные в вакуумированной камере, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы при разомкнутых контактах и повышения пропускаемого тока через замкнутые контакты, на внутренней поверхности диэлектрической оболочки камеры и на внешней поверхности изолятора подвижного контакта выполнено покрытие из диэлектрика с проводимостью на два÷четыре порядка выше, чем у диэлектрика оболочки и изолятора, в качестве материала покрытия использованы окислы, нитриды или карбиды металлов с коэффициентом вторичной электронной эмиссии не более 1,5, а толщина покрытия выбрана в 1,5÷2 раза больше глубины проникновения в него первичных электронов, ускоренных полем высокой частоты между высокопотенциальными электродами внутренней арматуры.

www.findpatent.ru

Высоковольтный вакуумный выключатель

 

1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВБ1КЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий металлокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, механизм перемещения подвижного контакта,выполненный в виде сильфонного узла, и токоподводы к контактам, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь мощности при работе как с замкнутыми , так и с разомкнутыми контактами, расщирения верхней границы рабочего диапазона частот и повыщения надежности работы, один из контактов выполнен в виде спирали, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта. (р (Л ьо со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

МЯ) Н 01 Н 3366

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

СР 3

ЬР

CO

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3525526/24-07 (22) 23.12.82 (46) 07.02.84. Бюл. № 5 (72) Ю. Б. Криштаб, Н. А; Кузнецов и В. С.. Бочкарев (53) 621.316.524 (088.8) (56) . Авторское свидетельство СССР № 560014, кл. Н 01 Н 33/66, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР № 736203, кл. Н 01 Н 33/66, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР

¹ 662991, кл. Н 01 Н 33/66, 1979. (54) (57) 1. ВЫСОКОВОЛЬТНЫИ ВАКУУМНЫИ" ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содержащий

ÄÄSUÄÄ 1072130 А металлокерамическую оболочку, внутри которой размегцены подвижный и неподвижный контакты, механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде сильфонного узла, и токоподводы к контактам, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь мощности при работе как с замкнутыми, так и с разомкнутыми контактами, расширения верхней границы рабочего диапазона частот и повышения надежности работы, один из контактов выполнен в виде спирали, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта.

1072130 жателе.

2. Выключатель по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь проходящей мощности за счет уменьшения электрического сопротивления замкнутых контактов и температуры перегрева контактов, спираль выполнена из упругого термомеханически прочного немагнитного высокопроводящего материала, например молибдена или бронзы,а величина деформации каждого из витков спирали при замыкании контактов должна быть такой, чтоб они имели

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации без нагрузки мощных высокочастотных цепей, и может найти применение в мощной радиотехнической аппаратуре для переключения антенных цепей, отводов катушек высокочастотных контуров, для включения и отключения высокочастотных контуров, конденсаторов в антенно-согласующих устройствах и т.п.

Известны высоковольтные ва куумные выключатели, содержащие гер метизирова нную колбу, внутри которой расположены подвижный и неподвижный контакты,токоподводы к ним и механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде сильфонного узла (I).

Однако за счет большой площади перекрытия рабочей поверхности контактов при работе с разомкнутыми контактами велико значение межконтактной емкости, приводящее к потерям мощности высокой - частоты и низкому значению верхней частоты рабочего диапазона.

Несколько снижено значение межконттактной емкости у вакуумного выключателя (2) за счет выполнения конструкции одного из цилиндрических контактов с пазами. Однако дальнейшее ее снижение возможно только за счет уменьшения толщины стенки или увеличения ширины пазов в цилиндрических контактах, а это ограничено явлением потери формоустойчивости рабочей части контактов из-за деформирующих усилий, возникающих в момент замыкания электрической цепи контактов и имеющих достаточно большую величину. Кроме того, конструкция контактов такого выключателя не обеспечивает надежного многоточечного контактирования, так как предполагает контактирование по всей торцовой поверхности контактов,что практически невозможно обеспечить вследствие перекосов и несоосности расположения контактов друг относительно хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом.

3. Выключатель по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью уменьшения возможности изменения межконтактного зазора при воздействии внешних механических нагрузок и сил электростатического притяжения, а также повышения надежности работы, каждый виток спирали электрически и механически закреплен на контактодердруга, шероховатости контактных поверхностей и т.,п. Поэтому действительное контактирование происходит в одной-трех точках, имеющих малое сечение, а следовательно, большое сопротивление, приводящее к потерям мощности высокой частоты на нагрев контактов. Следствием этого является локальный перегрев контактов, приводящий

1О к расплавлению контактных точек и чвеличению вероятности их сваривания, что снижает надежность работы выключателя.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вакуумный выключатель высокого напряжения, содержащий металлокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты и механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде ильфонного узла, и токоподводы к контактам, а также дополнительную токопроводящую пластину, концентрично охватывающую неподвижный контакт, с которым она электрически и механически прочно соединена, и имеющую радиально изогнутые вовнутрь пружинящие лепестки (3j.

Данная конструкция предусматривает контактирование как через точку жесткого контактирования, т. е. через основной контакт, так и через упругие лепестки, что увеличивает токопропускную способность выключателя за счет обеспечения многоточечЗп ного контакта и снижает потери мощности при пропускании ВЧ-тока через закмпутые контакты. Однако при работе с разомкнутыми контактами за счет достаточно большой рабочей (торцовой) поверхности контактов и упругих лепестков у такой конст35 рукции выключателя межконтактная емкость имеет достаточно большую величину и поэтому ему присущи все указанные для этого случая недостатки. Кроме того, так как каждый из радиально изогнутых во40 внутрь пружинящих лепестков закреплен только с одного конца, то они обладают малой

1072130

25

30 жесткостью, и поэтому при воздействии на выключатель внешних механических нагрузок (ударов и вибрации), а также сил электростатического притяжения величина межконтактного зазора может изменяться, что снижает электрическую прочность выключателя и его надежность при работе с разомкнутыми контактами.

Цель изобретения — снижение потерь мощности при работе выключателя как с замкнутыми, так и с разомкнутыми контактами, расширение верхней границы рабочего диапазона частот и повышение надежности работы.

Указанная цель достигается тем, что в высоковольтном вакуумном выключателе, содержащем металлокерамическую оболочку, внутри которой размещены подвижный и неподвижный контакты, механизм перемещения подвижного контакта, выполненный в виде сильфонного узла, и токоподводы к контактам, один из контактов выполнен в виде спирали из упругого термомеханически прочного нема гнитного высокопроводящего материала, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта.

Причем каждый виток спирали электрически и механически закреплен на контактодержателе.

Величина деформации каждого из витков спирали при замыкании контактов должна быть такой, чтоб они имели хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом, Выполнение одного из контактов в форме спирали, ось навивки которой расположена параллельно торцовой поверхности другого контакта, значительно снижает торцовую поверхность контакта, что, в свою очередь, уменьшает емкость между разомкнутыми контактами. Уменьшение межконтактной емкости позволяет снизить потери мощности высокой частоты при работе выключателя с разомкнутыми контактами и расширить верхнюю границу рабочего диапазона частот.

Выполнение спирали из немагнитного пружинящего высокопроводящего материала снижает потери мощности высокой частоты при работе выключателя с замкнутыми контактами и обеспечивает высокую формоустойчивость спирали при замыкании и размыкании электрической цепи контактов выключателя.

Вследствие того, что каждый виток спирали электрически и механически прочно закреплен на контактодержателе и не имеет свободных концов, исключена возможность изменения межконтактного зазора при работе выключателя с разомкнутыми контактами от воздействия внешних механических нагрузок (ударов, вибрации) и сил электростатического притяжения, а это значительно повышает надежность работы выключателя.

Выполнение каждого. из витков спирали с возможностью такой деформации, чтоб они имели хотя бы одну точку соприкосновения с неподвижным контактом, обеспечивает значительное снижение электрического сопротивления замкнутых контактов, а следовательно, и потерь мощности высокой частоты на нагрев контактов выключателя за счет увеличения действительной площади контактирования, так как в этом случае ко10,личество контактных точек не будет меньше числа витков спирали. Снижение нагрева, в свою очередь, повышает надежность работы.

13а фиг. 1 изображен вакуумный выключатель при разомкнутом положении кон 5 - тактов, общий вид; на фиг. 2 — сечение

А-А на фиг. l.

Выключатель состоит из узла металлокерамической оболочки и узлов подвижного и неподвижного контактов. Узел мегаллокерамической оболочки содержит керамический изолятор 1, переходные 2 и керамические 3 кольца. Узел подвижного контакта состоит из основания 4, вкладыша 5, направляющей втулки 6, подвижного контакта 7, токоведущего сильфона 9, служащего для разделения сред. Узел неподвижного контакта содержит основание 10, вкладыш 11, контактодержатель 12, спираль 13; разрезное кольцо 14, винт 15 и штенгель 16. Все детали паяются между собой,а узлы соеди-, няются с помощью аргонодуговой сварки.

Из внутреннего объема выключателя через штенгель откачивают воздух и газы, выделяющиеся в процессе вакуумно — технологической обработки, после чего штенгель вакуумно плотно пережимают и за35 щищают колпачком 17.

Величину деформации витков спирали при замыкании контактов выключателя устанавливают с помощью гайки 18, навинчиваемой на резьбовой хвостовик подвижного конта кта.

Устройство работает следующим обра, зом.

В исходном положении контакты выключателя замкнуты под воздействием атмосферного давления на сильфон 9. В этом слу45 чае ток высокой частоты проходит по следующему пути: основание 10, переходное кольцо 2, контактодержатель 12, спираль 13, подвижный контакт 7, сильфон 8, внутренняя часть основания 4, переходное кольцо 2, внешняя часть основания 4. Контактное

50 нажатие в исходном положении обеспечивается растяжением сильфона 9 (разделителя сред) под действием силы от воздействия разности между атмосферным давлением и давлением в объеме керамической оболочки.

Для размыкания контактов необходимо приложить усилие к подвижному контакту 7

l072l30

Составитель В. Попова

Редактор В. Пеграш Тскред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ !! 580п!5 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий! !3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 в.голь сго оси в направлении, противоположном направлению замыкания цепи контактов. Величина усилия должна быть достаточна для компенсации разности давлений вне и внутри металлокерамической оболочки и для сжатия сильфонов 8 и 9 на величину межконтактного зазора. При сжатии сильфонов 8 и 9 происходит размыкание цепи контактов, так как контакт 7 скреплен с сильфонами 8 и 9. В разомкнутом положении через выключатель идет емкостный ток, величи на которого определяется емкостью между разомкнутыми контактами, величиной рабочего напряжения и его частотой.

При снятии усилия, воздействующего на хвостовую часть подвижного контакта 7, под действием атмосферного давления сильфон 9 растягивается в направлении замыкания цепи, при этом закрепленный на сильфонах 8 и 9 подвижный контакт l0 перемещается вдоль оси в направлении замыкания цепи контактов. В начальный момент замыкания контактирование подвижного контакта 7 со спиралеобразным контактом-спиралью 13 происходит в точке с каждым витком спирали. При дальнейшем движении подвижного контакта, для создания контактного нажатия, происходит деформация витков спирали и контактирование каждого витка спирали с подвижным контактом будет происходить по линии.

В сравнении с известными предлагаемый вакуумный выключатель имеет меньшее сопротивление замкнутых контактов, а следовательно, меньшие потери мощности высокой частоты на нагрев при работе с замкнутыми контактами за счет большей площади контактирования, так как контактирование в нем обеспечивается каждым витков спи10 рали по линии. При этом увеличение площади контактирования позволяет в сравнении с известным увеличить токопропускную способность. Кроме того, предлагаемый выключатель имеет меньшую емкость

15 при разомкнутых контактах, так как в нем торцовая поверхность неподвижного спиралевидного контакта имеет меньшую площадь из-за наличия зазоров между витками спирали. Вследствие меньшей емкости предлагаемый выключатель имеет более высокую собственную резонансную частоту, а следовательно, и более высокую верхнюю частоту рабочего диапазона. Использование неподвижного контакта в форме спирали обеспечивает демпфирование в момент замыкания контактов. за счет чего снижается дребезг и повышается механическая прочность контактной группы, так как при демпфировании исключается жесткий удар контактов.

Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель 

www.findpatent.ru

Высоковольтный вакуумный выключатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Опубликовано 230981. Бюллетень Hо 35

Дата опубликования описания 230981 (5!}М. Кл

Н 01 Н 33/бб

Н 01 Н 50/24

Государственный комитет

СССР

fIo делам изобретений и открытий (53} УДК 621. 316. 54 (088. 8) 1

В.С.Бочкарев, В.Н.Буц, М.A.Êoíoâ÷6íêo -:Й„ЦДЬ;Коновало а (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫИ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации электрических и радиотехнических цепей и является усовершенствованием известных высоковольтных вакуумных выключателей.

Вакуумный выключатель может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре для подключения источников питания и нагрузок, переключения антенных цепей, отводов катушки высоко частотного контура, конденсаторов в высоковольтных антенно-согласующих устройствах и т.д.

Известны высоковольтные вакуумные выключатели, в которых якорь электромагнита из магнитомягкого металла вращается на оси вращения. ПодвЕска якоря на оси вращения обеспечивает достаточно высокую устойчивость к воздействию ускорений вибрационных и ударных нагрузок (1), Однако такой выключатель имеет существенный недостаток. Он состоит в том, что для обеспечения свободного вращения якоря на оси, между поверхностями вращения имеются гарантированные зазоры. (люфты) в осевом и радиальном направлениях. Имеющиеся допуски на изготовление деталей и узлов ведут к увеличению суммарной величины этих люфтов. При воздействии ускорений механических нагрузок и в момент срабатывания, при подаче напряжения на обмотку управления, якорь электромагнита смещается в осевом и радиальном направлениях на величину имеющихся люфтов, что вызывает изменение величины контактного давления в выключателе в замкнутом положении контактов и величины межконтактного зазора при разомкнутом положении контактов. Эти изменения становятся еще более значительными иэ-за всегда имекщегося отклонения от параллельности оси вращения и

2О плоскости контактирования выводовконтактов и подвижного контакта.

Указанные недостатки ведут к нестабильности характеристик выключателя, в частности к нестабильному замыканию цепи между неподвижными контактами L-образной контактной пластиной при подаче напряжения питания на обмотку управления, т.е. при притянутом к сердечнику якоря

ЗО электромагнита одна из частей L-об866602 разной контактной пластины из-за значительного увеличения эазора не контактирует с соответствующим ей выводом-контактом. При этом мощность электромагнита идет, в основном, на преодоление упругих сил реакции той части контактной пластины, которая наиболее близко расположена к соответствующему ей выводу-контакту,. т.е. на ее прогиб. Особенно ощутимо это проявляется при повышенной температуре окружающей среды, т.е ° когда из-за 1КС провода сопротивления обмотки увеличивается и мощность электромагнита падает. Это ведет к тому, что мощность .обмотки в этом случае оказывается недостаточной 15 для прогиба близко расположенной части контактной пластины до замыкания второй ее части. Следствием этого является незамыкание цепи даже в тех образцах, которые в нормальных 2О условиях работали стабильно (беэ сбоев) .

Кроме того, из-за несоосности отверстий в якоре и корпусе (или его элементй) под ось, а также непосредственного контакта магнитомягкого материала якоря с материалом оси при вращении якоря между поверхностями оси и отверстий в вакууме возникает очень большая сила трения, которая ведет к появлению микросварок З© и заклиниванию якоря на оси.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция вакуумного выключателя, в которой указанный выключатель содержит вакуумированную камеру, неподвижные контакты, установленные на вводах, подвижный кднтакт, жестко закрепленный на вращающемся якоре электромагнита, который расположен в корпусе состыкованном с ф) кольцом, якорь электромагнита вращается на двух втулках из твердого материала, а сами втулки свободно вращаются на оси 2).

Применение в этом выключателе двух втулок из материала с большой твердостью, свободно вращающихся на оси из того же материала, на которых свободно:вращается якорь электромагнита, поэврляет значительно повысить надежность работы подвижной системы выключателя за счет дополнительной степени свободы вращения якоря и уменьшения сил трения.

Однако и в этом выключателе не принято мер по снижению радиальных и продольных люфтов, т.е. ему свойственны описанные выше недостатки.

Цель изобретения - снижение радиальных и продольных люфтов и повышение тем самым стабильности замыкания цепи, процента выхода годных и снижение трудоемкости.

Укаэанная цель достигается тем, что в данном вакуумном выключателе подвеска якоря электромагнита выпил- у нена на двух винтовых полуосях с ко ническими концами, жестко закрепленных в кольце корпуса электромагнита. и соосно расположенных между собой.

Причем конические концы полуосей выполнены из твердого материала (или имеют покрытие иэ твердого материала) и входят в цилиндрические .отверстия якоря электромагнита.

Выполнение подвески якоря электромагнита на двух винтовых полуосях с коническими концами, жестко закрепленных в кольце ко1пуса электромагнита и соосно расположенных между собой, причем конические концы опор входят в отверстия якоря электромагнита, позволяет исключить наличие продольных и осевых люфтов в подвижной системе выключателя. Исключение укаэанных люфтов стабилизирует контактный зазор, а следовательно, повышает стабильность срабатывания выключателя и надежность его работы.

Выполнение конических концов из твердого материала (или с покрытием из твердого материала) снижает силу трения и вероятность диффузионного сваривания трущихся поверхностей полуосей и якоря, что также способствует повышению стабильности срабатывания и надежности работы выключателя.

Выполнение полуосей с коническими концами, входящими в цилиндрические отверстия якоря электромагнита, позволяет резко снизить трение за счет значительного уменьшения площади соприкосновения трущихся поверхностей, т.е. соприкосновение поверхности отверстия якоря с конической поверхностью полуосей в предлагаемом выключателе происходит по линии.

Это снижает вероятность диффузионного сваривания и повышает надежность работы выключателя.

На фиг. 1 изображен предлагаемый выключатель при разомкнутом положении контактов, на фиг. 2 — разрез

A-A на фиг. 1; на фиг. 3 — разрез

Б-Б на фиг. 1.

Вакуумный выключатель имеет цилиндрическую стеклянную оболочку 1, вакуумноплотно спаянную с молибденовыми .выводами-контактами 2 и переходным кольцом 3 из ковара, с которым вакуумноплотно с помощью сварки соединен диамагнитный цилиндр 4, вакуумноплотно спаянный с сердечником

5 иэ магнитомягкого металла и механически прочно с кольцом 6 иэ магнитомягкого металла, являкщимся частью корпуса электромагнита, расположенной в вакууме.

Вторым элементом корпуса электромагнита является корпус 7 из магнитомягкого металла, расположенный вне вакуумной оболочки и состыкованный с кольцом 6 через дно диамагнитного цилиндра 4. К внутренней ло866602 верхности кольца 6 через никелевую пластину 8 жестко прикреплен нераспыляемый газопоглотитель 9. В кольце

6 с помощью резьбы и накладок 10, приваренных к кольцу, жестко закреплены две винтовые полуоси 11 с коническими концами и соосно расположенные друг отнсФительно друга, на которых вращается якорь 12 электромагнита иэ магнитомягкого металла. Свобода поворота якоря 12 беэ радиального и продольного люфтов обеспечивается до закрепления регулировкой зазора между поверхностями отверстий в якоре и коническими поверхностями полуосей 11 путем ввйнчиваиия или вывинчивания их в кольцо б.

На якоре 12 элеКтромагнита через изолятор 13 жестко закреплен подвижный контакт 14 и дополнительная пластина 15. РбзоМкиутое положение . контактов обеспечивается пружиной

16 возврата, а требущий зазор между неподвижными контактами 2 и подвижным контактом 14 обеспечивается уступом, выполненным на кольце 6. для управления подвижным. контактом

14, закрепленным иа якоре, имеется катушка 17 управления.

При подаче напряжения питания на эту катушку под воздействием созданного ею магнитного потока якорь 12 притягивается к сердечнику 5 и кольцу корпуса электромагнита 6, сжимая возвратную пружину 16. Контактная пластина подвижного контакта 14, жестко связанная через изолятор с якорем 12, завлекает контакты 2 несколько раньше, чем якорь приткнется к кольцу 6.

При снятии напряжения питания якорь электромагнита отжимается возвратной пружиной 16, а подвижный контакт 14 размыкает электрическую цепь между контактами 2.

Выключатель может быть выполнен н в металлокерамическом исполнении.

Использование подвески якоря на двух винтовых полуосях повышает стабильность работы, увеличивает процент выхода годных, снижает расход металла, уменьшает трудоемкость изготовления и экономит электроэнергию.

Формула изобретения

1. Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий вакуумированную камеру, неподвижные контакты, 1 установленные на вводах подвижный

Ф

5 контакт, жестко закрепленный на вращающемся якоре электромагнита, который расположен в корпусе, состыкованном с кольцом, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышеЩ ния стабильности срабатывания, надежности работы и снижения трудоемкости, подвеска якоря электромагнита выполнена в ниде двух винтовых полуосей с коническими концами, которые жестко закреплены в кольце корпуса электромагнита и расположены соосно между собой, причем конические концы полуосей входят в отверстия, которые выполнены в якоре.

2. Выключатель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что конические концы полуосей выполнены из твердого материала.

3. Выключатель по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что отверстия в якоре выполнены с цилиндрической поверхностью.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

46 9305517, кл. Н 01 Н 33/66, 1965 °

2 ° Авторское свидетельство СССР

9517720, кл. Н 01 Н 33/66, 1977.

866602

Фиа2

4>са.!

Фиа.

Составитель B.Попова техред М.Рейвес КорректорА. Ференц

Редактор A.Øàíäoð филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Закаэ 8085/73 тираж 787 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель 

www.findpatent.ru

высоковольтный вакуумный выключатель - патент РФ 2474905

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, в которых используется электромагнитная система управления нейтрального типа. В высоковольтном вакуумном выключателе закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими в виде тонких пластин. Параллельно упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно первая (контактирующая) часть у них выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем на половину ее толщины. Технический результат - повышение устойчивости к воздействию механических нагрузок при одновременном повышении пропускаемого тока высокой частоты без увеличения массы и габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил. высоковольтный вакуумный выключатель, патент № 2474905

Рисунки к патенту РФ 2474905

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации электрических и радиотехнических цепей. Данный вакуумный выключатель может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электро- и радиотехнической аппаратуре для подключения источников питания и нагрузок, переключения антенных цепей, отводов катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных высокочастотных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д.

Известен вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной камере неподвижные контакты, укрепленные на вводах, и средний подвижный контакт, выполненный в виде L-образной контактной пластины, механически жестко связанной с помощью изолятора с якорем электромагнита [1].

Однако в этом устройстве L-образная контактная пластина не обеспечивает надежной работы при воздействии вибрационных и ударных нагрузок как при замкнутом, так и при разомкнутом положении контактов, если ускорение механических нагрузок направлено перпендикулярно продольной оси выключателя и плоскости контактирования.

Известна конструкция вакуумного выключателя, в которой электромагнитная система управления выполнена клапанного типа с двумя якорями и сердечником одного полюса, причем якоря, с закрепленными на них подвижными контактами, расположены с одинаковым рабочим промежутком относительно полюса сердечника по обе стороны от неподвижных контактов и выполнены в форме полукруглых пластин с радиусом, равным внешнему радиусу корпуса электромагнита, причем оси вращения якорей параллельны плоскостям контактирования [2].

Недостаток этого выключателя состоит в том, что из-за всего имеющегося отклонения плоскостей неподвижных контактов и подвижного контакта от общей прилегающей плоскости, а также отклонения от параллельности осей вращения якоря и плоскости контактирования в нем имеет место разность в величинах межконтактного зазора между каждой частью L-образной контактной пластины и соответствующими им неподвижными выводами-контактами. Это ведет к тому, что при подаче напряжения питания на обмотку электромагнита часть L-образной контактной пластины с меньшим зазором замыкается на соответствующий ей вывод-контакт, в то время как между второй частью L-образной контактной пластины и соответствующим ей выводом в ряде случаев остается некомпенсированный прогибом первой части L-образной контактной пластины зазор.

Следствием этого является нестабильное замыкание цепи между неподвижными выводами-контактами подвижной L-образной контактной пластиной при подаче напряжения питания на обмотку управления. Вероятность нестабильного замыкания цепи еще более увеличивается при повышенной температуре окружающей среды, когда мощность обмотки управления значительно снижается из-за увеличения ее сопротивления и она оказывается недостаточной для замыкания цепи обоими частями L-образной контактной пластины даже в тех образцах выключателей, которые при нормальной температуре окружающей среды имели стабильное замыкание цепи. В конечном итоге это ведет к снижению надежности работы и процента выхода годных выключателей.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция высоковольтного вакуумного выключателя, в которой подвижные L-образные контактные пластины выполнены связанными между собой плоской токопроводящей пластиной, имеющей в средней части прогиб колоколообразной, высоковольтный вакуумный выключатель, патент № 2474905 -образной или полусинусоидальной формы [3]. Выполнение расположенных по обе стороны от неподвижных выводов-контактов, подвижных L-образных контактов связанными между собой токопроводящей пластиной позволяет снизить вероятность незамыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, так как в этом случае при незамыкании частей L-образных контактных пластин, расположенных друг относительно друга по диагонали, замыкание цепи будет обеспечено через контактирующие части (по второй диагонали) и соединяющую их токопроводящую пластину.

Однако консольное закрепление подвижных упругих контактов через изоляторы на якорях электромагнита не позволяет повысить собственную частоту механического резонанса всей подвижной системы элементов выключателя (якорь - изолятор - L-образный контакт), особенно при разомкнутом положении подвижных контактов, когда нет опоры на неподвижные выводы-контакты. При разомкнутом положении контактов, из-за низкой собственной частоты механического резонанса, происходят пробои межконтактного зазора или даже самопроизвольные замыкания цепи контактов. При замкнутом положении контактов, из-за низкой собственной частоты механического резонанса, происходят самопроизвольные размыкания цепи контактов. В итоге это ведет к ненадежной работе выключателя при воздействии вибрационных и ударных механических нагрузок как при разомкнутых, так и при замкнутых контактах.

Кроме того, этот вакуумный выключатель, как и ранее рассмотренные, не обеспечивает существенного повышения пропускаемого тока высокой частоты, поскольку тонкий подвижный контакт имеет значительную длину. Поэтому он имеет большое сопротивление току на высокой частоте при его малом сечении для отвода тепла на высоковольтные выводы-контакты.

Таким образом, в рассмотренных выше конструкциях высоковольтных вакуумных выключателей проблема существенного повышения устойчивости к воздействию механических нагрузок при одновременном повышении пропускаемого тока высокой частоты без увеличения массы и габаритов не нашла эффективного решения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных в предлагаемом высоковольтном вакуумном выключателе закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими в виде тонких пластин. Причем параллельно упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны относительно подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно контактирующая поверхность (первая часть) у них выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем половины его толщины.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о том, что заявляемый вакуумный выключатель отличается от известных тем, что у него закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими из тонких пластин. Причем параллельно упругим контактам в виде тонких пласти на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны относительно подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно контактирующая поверхность (первая часть) у них изготовлена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем половины их толщины.

Реализация в предлагаемом высоковольтном вакуумном выключателе указанных выше технических решений устраняет существенные недостатки, присущие известным конструкциям вакуумных выключателей [1-3], без увеличения при этом его массы и габаритов.

Выполнение закрепленных на изоляторах подвижных контактов жесткими, а неподвижных контактов упругими, за счет исключения консольного закрепления на якорях электромагнита упругих контактных пластин, повышает собственную частоту механического резонанса вакуумного выключателя и тем самым повышает надежность его работы при воздействии вибрационных и ударных нагрузок. Установление параллельно упругим пластинам на неподвижных контактах (выводах) жестких пластин со стороны подвижных контактов исключает самопроизвольное замыкание или замыкание цепи контактов выключателя в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок. Кроме того, наличие жестких пластин на неподвижных контактах одновременно исключает уменьшение зазора между жесткими подвижными контактами и упругими неподвижными контактами, так как наличие жестких пластин предотвращает изгиб упругих контактов под воздействием электростатических сил при работе вакуумного выключателя с разомкнутыми контактами под высоким напряжением. В результате уменьшается вероятность возникновения пробоев между контактами при работе вакуумного выключателя под высоким напряжением в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Выполнение жестких подвижных контактов составными обеспечивает следующие преимущества. Во-первых, выполнение контактирующей части у жестких подвижных контактов из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, снижает вероятность появления сваривания подвижных и неподвижных контактов при работе вакуумного выключателя с замкнутыми контактами в условиях воздействия внешних механических нагрузок, т.е. когда имеется вероятность увеличения сопротивления замкнутых контактов и повышения из-за этого нагрева контактирующей точки контактов. Во-вторых, расположение второй части жестких подвижных контактов в глубине толщины первой части более чем половины ее толщины, выполнение второй части жестких подвижных контактов из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установление вовнутрь тела первой части подвижных контактов обеспечивает эффективный отвод тепла от наиболее нагретой контактирующей поверхности первой части жесткого подвижного контакта, что позволяет увеличить пропускаемый ток высокой частоты через вакуумный выключатель без его массы и габаритов.

Таким образом, совокупность отмеченных выше признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении собственной резонансной частоты, снижении сваривания контактов при воздействии внешних вибрационных и ударных нагрузок, улучшении теплопередачи между жесткими подвижными контактами, упругими неподвижными контактами и высоковольтными выводами и снижении нагрева контактирующей поверхности контактов. В результате повышается стабильность характеристик выключателя при воздействии вибрационных и ударных нагрузок эксплуатации, а также повышаются ток высокой частоты при работе вакуумного выключателя с замкнутыми контактами и надежность его работы без увеличения его массы и габаритов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого высоковольтного вакуумного выключателя при разомкнутом положении контактов; а на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. Возможность осуществления изобретения подтверждается представлением конструкции вакуумного выключателя во взаимосвязи входящих в него элементов. Вакуумный выключатель состоит из следующих узлов: вакуумплотной металлокерамической оболочки с упругими тонкими неподвижными контактами и параллельно расположенных с ними жестких пластин на высоковольтных выводах, узла электромагнитной системы управления с подвижными контактами и катушки электромагнита.

Металлокерамическая оболочка включает в себя вакуумплотный керамический корпус цилиндрической формы 1, в боковую поверхность которого диаметрально противоположно и на одном уровне вакуумплотно впаяны медные высоковольтные выводы 4 в виде цилиндрических стержней. Для исключения разрушения керамики в месте пайки, из-за разности коэффициентов термического линейного расширения керамики и меди, выводы 4 более чем наполовину выполнены полыми. Пайку выводов 4 к металлизированным поверхностям керамического корпуса 1 производят по боковым поверхностям с помощью твердого медно-серебряного припоя, поскольку конструкция охватывающих спаев обеспечивает получение надежных вакуум-плотных швов с высокой механической прочностью. Входящие внутрь металлокерамической оболочки концы выводов 4 с двух сторон имеют плоские поверхности, на которых электрически и механически прочно с помощью заклепок 5 закреплены упругие тонкие неподвижные контакты 6, например, из молибдена, и ограничительные жесткие пластины 7, служащие для предотвращения уменьшения зазора между жесткими подвижными контактами 15 и неподвижными упругими контактами 6 при вибрации в момент воздействия от механических нагрузок и от сил воздействия электростатических сил при приложении к разомкнутым контактам высокого напряжения. К верхнему торцу керамического корпуса 1 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя по торцу припаяно переходное кольцо 3 из меди или медно-никелевого сплава, которое сварено вакуумплотно с заглушкой 22 из меди или медно-никелевого сплава. По центру заглушки 22 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаяна трубка штенгеля 21 из меди. К нижнему торцу керамического корпуса 1 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаяно по торцу переходное кольцо 2 из меди или медно-никелевого сплава.

Узел электромагнитной системы управления включает диамагнитное основание 8, которое сварено вакуумплотно с переходным кольцом 2 металлокерамической оболочки. По центру основания 8 вакуум плотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаян сердечник 9 из магнитомягкого металла или сплава. Корпус электромагнита состоит из кольца 10 из магнитомягкого материала, которое по торцу припаяно механически прочно и концентрично на основании 11. Кольцо 10 является частью корпуса электромагнита, расположенной в вакуумной металлокерамической оболочке. Второй частью корпуса электромагнита, расположенной вне вакуумной металлокерамической оболочки, является корпус 11 из магнитомягкого материала, который механически прочно припаян к основанию 8 и соосно с кольцом 10. Основание 8 является разделителем сред вакуум-атмосфера, поскольку детали корпуса электромагнита кольцо 10 и корпус 11 из магнитомягкого материала проницаемы по водороду из атмосферы. В корпусе 10 закреплены оси 12, на которых вращаются два якоря 13 полукруглой формы из магнитомягкого материала. На якорях 13 механически прочно соединены изоляторы 14 из керамики, на верху которых механически прочно припаяны два жестких подвижных контакта 15 дисковой или другой формы, которые выполнены составными из двух частей: контактирующая часть 15а выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а часть 15б выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди. Жесткие подвижные контакты 15 (15а, 15б) электрически соединены между собой токопроводящей пластиной 16, имеющей прогиб в средней части. Для обеспечения требуемого зазора между жесткими подвижными контактами 15 и неподвижными упругими контактами 6 на торце кольца 10 диаметрально противоположно выполнены уступы, на которые при разомкнутом положении контактов опираются якоря 13. Для опоры якорей 13 на уступы в кольце 10 под якоря 13 установлена пружина 17 из термостойкого упругого немагнитного металла.

В корпусе 11 размещена катушка управления электромагнита, включающая в себя каркас 18, на котором намотана обмотка управления 19, и изолирующий цилиндр 20. Катушка управления закрепляется на сердечнике 9 с помощью винта 27.

Откачка газов в процессе вакуумно-термической обработки из внутреннего объема вакуумного выключателя производится через штенгель 21. По завершении вакуумно-термической обработки трубка штенгеля 21 вакуумплотно пережимается с обеспечением при этом диффузионной сварки места пережима, а затем на штегель 21 для защиты от механических повреждений устанавливается на клею 25 колпачок 24. Крепление выключателя на рабочем месте в аппаратуре обеспечено с помощью фланца 23, жестко припаяно к основанию 8.

Принцип работы выключателя заключается в следующем. Контактная система выключателя состоит из двух неподвижных упругих тонких контактов и двух жестких подвижных контактов, размещенных с определенным зазором относительно друг друга в вакууме внутри вакуумированной металлокерамической оболочки. Замыкание и размыкание цепи между упругими неподвижными контактами 6 и жесткими подвижными контактами 15 обеспечивается благодаря применению в конструкции электромагнитной системы управления нейтрального типа. При отсутствии напряжения на обмотке управления 19 пружина 17 отжимает якоря 13 от сердечника 9, при этом подвижные жесткие контакты 15 размыкают цепь между неподвижными упругими контактами 6. При подаче напряжения на выводы 26 обмотки управления 19, под действием создаваемого ею магнитного потока, якоря 13 притягиваются к сердечнику 9 и кольцу 10 и сжимают пружину 17. При этом жесткие подвижные контакты 15, жестко связанные с якорями 13 через изоляторы 14, замыкают упругие неподвижные контакты 6 несколько раньше, чем якоря 13 притянутся к сердечнику 9 и кольцу 10, чем и обеспечивается необходимое контактное давление при полностью притянутых якорях 13. При подаче высоковольного напряжения на разомкнутые контакты вакуумного выключателя и (или) при воздействии вибрационных механических нагрузок дополнительные жесткие пластины 7, расположенные на выводах 4, препятствуют изгибу упругих неподвижных контактов 6 в направлении с жесткими подвижными контактами 15. При замкнутом положении контактов вакуумного выключателя ток высокой частоты проходит по пути: первый вывод 4 - упругие тонкие неподвижные контакты 6 и параллельно с ними дополнительные жесткие пластины 7, закрепленные на первом выводе 4, - жесткие неподвижные контакты 15 и параллельно через токопроводящую пластину 16 - и далее через упругие неподвижные контакты 6 и параллельно через дополнительные жесткие пластины 7, закрепленные на втором выводе 4, - и, наконец, через второй вывод 4.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 305517, кл. H01H 33/66, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР № 693453, кл. H01H 33/66, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР № 866601, кл. H01H 33/66, 1981.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной оболочке выводы, неподвижные контакты, двухякорную электромагнитную систему управления клапанного типа и два подвижных контакта, соединенных между собой параллельно токопроводящей пластиной и закрепленных через изоляторы на каждом из якорей и расположенных по обе стороны от неподвижных контактов, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к воздействию механических нагрузок и пропускаемого тока высокой частоты, подвижные контакты выполнены жесткими, а укрепленные на высоковольтных выводах неподвижные контакты выполнены упругими в виде тонких пластин, причем параллельно неподвижным упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны подвижных жестких контактов.

2. Высоковольтный вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что жесткие подвижные контакты выполнены составными, а именно первая часть - контактирующая поверхность выполнена у них из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части жестких подвижных контактов более чем на половину ее толщины.

www.freepatent.ru

Высоковольтный вакуумный выключатель

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, в которых используется электромагнитная система управления нейтрального типа. В высоковольтном вакуумном выключателе закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими в виде тонких пластин. Параллельно упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно первая (контактирующая) часть у них выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем на половину ее толщины. Технический результат - повышение устойчивости к воздействию механических нагрузок при одновременном повышении пропускаемого тока высокой частоты без увеличения массы и габаритов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации электрических и радиотехнических цепей. Данный вакуумный выключатель может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электро- и радиотехнической аппаратуре для подключения источников питания и нагрузок, переключения антенных цепей, отводов катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных высокочастотных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д.

Известен вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной камере неподвижные контакты, укрепленные на вводах, и средний подвижный контакт, выполненный в виде L-образной контактной пластины, механически жестко связанной с помощью изолятора с якорем электромагнита [1].

Однако в этом устройстве L-образная контактная пластина не обеспечивает надежной работы при воздействии вибрационных и ударных нагрузок как при замкнутом, так и при разомкнутом положении контактов, если ускорение механических нагрузок направлено перпендикулярно продольной оси выключателя и плоскости контактирования.

Известна конструкция вакуумного выключателя, в которой электромагнитная система управления выполнена клапанного типа с двумя якорями и сердечником одного полюса, причем якоря, с закрепленными на них подвижными контактами, расположены с одинаковым рабочим промежутком относительно полюса сердечника по обе стороны от неподвижных контактов и выполнены в форме полукруглых пластин с радиусом, равным внешнему радиусу корпуса электромагнита, причем оси вращения якорей параллельны плоскостям контактирования [2].

Недостаток этого выключателя состоит в том, что из-за всего имеющегося отклонения плоскостей неподвижных контактов и подвижного контакта от общей прилегающей плоскости, а также отклонения от параллельности осей вращения якоря и плоскости контактирования в нем имеет место разность в величинах межконтактного зазора между каждой частью L-образной контактной пластины и соответствующими им неподвижными выводами-контактами. Это ведет к тому, что при подаче напряжения питания на обмотку электромагнита часть L-образной контактной пластины с меньшим зазором замыкается на соответствующий ей вывод-контакт, в то время как между второй частью L-образной контактной пластины и соответствующим ей выводом в ряде случаев остается некомпенсированный прогибом первой части L-образной контактной пластины зазор.

Следствием этого является нестабильное замыкание цепи между неподвижными выводами-контактами подвижной L-образной контактной пластиной при подаче напряжения питания на обмотку управления. Вероятность нестабильного замыкания цепи еще более увеличивается при повышенной температуре окружающей среды, когда мощность обмотки управления значительно снижается из-за увеличения ее сопротивления и она оказывается недостаточной для замыкания цепи обоими частями L-образной контактной пластины даже в тех образцах выключателей, которые при нормальной температуре окружающей среды имели стабильное замыкание цепи. В конечном итоге это ведет к снижению надежности работы и процента выхода годных выключателей.

Наиболее близкой к предлагаемой является конструкция высоковольтного вакуумного выключателя, в которой подвижные L-образные контактные пластины выполнены связанными между собой плоской токопроводящей пластиной, имеющей в средней части прогиб колоколообразной, Ω-образной или полусинусоидальной формы [3]. Выполнение расположенных по обе стороны от неподвижных выводов-контактов, подвижных L-образных контактов связанными между собой токопроводящей пластиной позволяет снизить вероятность незамыкания цепи при подаче напряжения питания на обмотку управления, так как в этом случае при незамыкании частей L-образных контактных пластин, расположенных друг относительно друга по диагонали, замыкание цепи будет обеспечено через контактирующие части (по второй диагонали) и соединяющую их токопроводящую пластину.

Однако консольное закрепление подвижных упругих контактов через изоляторы на якорях электромагнита не позволяет повысить собственную частоту механического резонанса всей подвижной системы элементов выключателя (якорь - изолятор - L-образный контакт), особенно при разомкнутом положении подвижных контактов, когда нет опоры на неподвижные выводы-контакты. При разомкнутом положении контактов, из-за низкой собственной частоты механического резонанса, происходят пробои межконтактного зазора или даже самопроизвольные замыкания цепи контактов. При замкнутом положении контактов, из-за низкой собственной частоты механического резонанса, происходят самопроизвольные размыкания цепи контактов. В итоге это ведет к ненадежной работе выключателя при воздействии вибрационных и ударных механических нагрузок как при разомкнутых, так и при замкнутых контактах.

Кроме того, этот вакуумный выключатель, как и ранее рассмотренные, не обеспечивает существенного повышения пропускаемого тока высокой частоты, поскольку тонкий подвижный контакт имеет значительную длину. Поэтому он имеет большое сопротивление току на высокой частоте при его малом сечении для отвода тепла на высоковольтные выводы-контакты.

Таким образом, в рассмотренных выше конструкциях высоковольтных вакуумных выключателей проблема существенного повышения устойчивости к воздействию механических нагрузок при одновременном повышении пропускаемого тока высокой частоты без увеличения массы и габаритов не нашла эффективного решения.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных в предлагаемом высоковольтном вакуумном выключателе закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими в виде тонких пластин. Причем параллельно упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны относительно подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно контактирующая поверхность (первая часть) у них выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем половины его толщины.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о том, что заявляемый вакуумный выключатель отличается от известных тем, что у него закрепленные через изолятор на якорях электромагнита подвижные контакты выполнены жесткими, а контакты, укрепленные на высоковольтных выводах, выполнены упругими из тонких пластин. Причем параллельно упругим контактам в виде тонких пласти на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны относительно подвижных жестких контактов. Кроме того, подвижные жесткие контакты выполнены составными, а именно контактирующая поверхность (первая часть) у них изготовлена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части подвижных контактов более чем половины их толщины.

Реализация в предлагаемом высоковольтном вакуумном выключателе указанных выше технических решений устраняет существенные недостатки, присущие известным конструкциям вакуумных выключателей [1-3], без увеличения при этом его массы и габаритов.

Выполнение закрепленных на изоляторах подвижных контактов жесткими, а неподвижных контактов упругими, за счет исключения консольного закрепления на якорях электромагнита упругих контактных пластин, повышает собственную частоту механического резонанса вакуумного выключателя и тем самым повышает надежность его работы при воздействии вибрационных и ударных нагрузок. Установление параллельно упругим пластинам на неподвижных контактах (выводах) жестких пластин со стороны подвижных контактов исключает самопроизвольное замыкание или замыкание цепи контактов выключателя в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок. Кроме того, наличие жестких пластин на неподвижных контактах одновременно исключает уменьшение зазора между жесткими подвижными контактами и упругими неподвижными контактами, так как наличие жестких пластин предотвращает изгиб упругих контактов под воздействием электростатических сил при работе вакуумного выключателя с разомкнутыми контактами под высоким напряжением. В результате уменьшается вероятность возникновения пробоев между контактами при работе вакуумного выключателя под высоким напряжением в условиях воздействия вибрационных и ударных нагрузок.

Выполнение жестких подвижных контактов составными обеспечивает следующие преимущества. Во-первых, выполнение контактирующей части у жестких подвижных контактов из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, снижает вероятность появления сваривания подвижных и неподвижных контактов при работе вакуумного выключателя с замкнутыми контактами в условиях воздействия внешних механических нагрузок, т.е. когда имеется вероятность увеличения сопротивления замкнутых контактов и повышения из-за этого нагрева контактирующей точки контактов. Во-вторых, расположение второй части жестких подвижных контактов в глубине толщины первой части более чем половины ее толщины, выполнение второй части жестких подвижных контактов из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установление вовнутрь тела первой части подвижных контактов обеспечивает эффективный отвод тепла от наиболее нагретой контактирующей поверхности первой части жесткого подвижного контакта, что позволяет увеличить пропускаемый ток высокой частоты через вакуумный выключатель без его массы и габаритов.

Таким образом, совокупность отмеченных выше признаков позволяет получить технический результат, заключающийся в повышении собственной резонансной частоты, снижении сваривания контактов при воздействии внешних вибрационных и ударных нагрузок, улучшении теплопередачи между жесткими подвижными контактами, упругими неподвижными контактами и высоковольтными выводами и снижении нагрева контактирующей поверхности контактов. В результате повышается стабильность характеристик выключателя при воздействии вибрационных и ударных нагрузок эксплуатации, а также повышаются ток высокой частоты при работе вакуумного выключателя с замкнутыми контактами и надежность его работы без увеличения его массы и габаритов.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид предлагаемого высоковольтного вакуумного выключателя при разомкнутом положении контактов; а на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1. Возможность осуществления изобретения подтверждается представлением конструкции вакуумного выключателя во взаимосвязи входящих в него элементов. Вакуумный выключатель состоит из следующих узлов: вакуумплотной металлокерамической оболочки с упругими тонкими неподвижными контактами и параллельно расположенных с ними жестких пластин на высоковольтных выводах, узла электромагнитной системы управления с подвижными контактами и катушки электромагнита.

Металлокерамическая оболочка включает в себя вакуумплотный керамический корпус цилиндрической формы 1, в боковую поверхность которого диаметрально противоположно и на одном уровне вакуумплотно впаяны медные высоковольтные выводы 4 в виде цилиндрических стержней. Для исключения разрушения керамики в месте пайки, из-за разности коэффициентов термического линейного расширения керамики и меди, выводы 4 более чем наполовину выполнены полыми. Пайку выводов 4 к металлизированным поверхностям керамического корпуса 1 производят по боковым поверхностям с помощью твердого медно-серебряного припоя, поскольку конструкция охватывающих спаев обеспечивает получение надежных вакуум-плотных швов с высокой механической прочностью. Входящие внутрь металлокерамической оболочки концы выводов 4 с двух сторон имеют плоские поверхности, на которых электрически и механически прочно с помощью заклепок 5 закреплены упругие тонкие неподвижные контакты 6, например, из молибдена, и ограничительные жесткие пластины 7, служащие для предотвращения уменьшения зазора между жесткими подвижными контактами 15 и неподвижными упругими контактами 6 при вибрации в момент воздействия от механических нагрузок и от сил воздействия электростатических сил при приложении к разомкнутым контактам высокого напряжения. К верхнему торцу керамического корпуса 1 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя по торцу припаяно переходное кольцо 3 из меди или медно-никелевого сплава, которое сварено вакуумплотно с заглушкой 22 из меди или медно-никелевого сплава. По центру заглушки 22 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаяна трубка штенгеля 21 из меди. К нижнему торцу керамического корпуса 1 вакуумплотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаяно по торцу переходное кольцо 2 из меди или медно-никелевого сплава.

Узел электромагнитной системы управления включает диамагнитное основание 8, которое сварено вакуумплотно с переходным кольцом 2 металлокерамической оболочки. По центру основания 8 вакуум плотно с помощью твердого медно-серебряного припоя припаян сердечник 9 из магнитомягкого металла или сплава. Корпус электромагнита состоит из кольца 10 из магнитомягкого материала, которое по торцу припаяно механически прочно и концентрично на основании 11. Кольцо 10 является частью корпуса электромагнита, расположенной в вакуумной металлокерамической оболочке. Второй частью корпуса электромагнита, расположенной вне вакуумной металлокерамической оболочки, является корпус 11 из магнитомягкого материала, который механически прочно припаян к основанию 8 и соосно с кольцом 10. Основание 8 является разделителем сред вакуум-атмосфера, поскольку детали корпуса электромагнита кольцо 10 и корпус 11 из магнитомягкого материала проницаемы по водороду из атмосферы. В корпусе 10 закреплены оси 12, на которых вращаются два якоря 13 полукруглой формы из магнитомягкого материала. На якорях 13 механически прочно соединены изоляторы 14 из керамики, на верху которых механически прочно припаяны два жестких подвижных контакта 15 дисковой или другой формы, которые выполнены составными из двух частей: контактирующая часть 15а выполнена из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а часть 15б выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди. Жесткие подвижные контакты 15 (15а, 15б) электрически соединены между собой токопроводящей пластиной 16, имеющей прогиб в средней части. Для обеспечения требуемого зазора между жесткими подвижными контактами 15 и неподвижными упругими контактами 6 на торце кольца 10 диаметрально противоположно выполнены уступы, на которые при разомкнутом положении контактов опираются якоря 13. Для опоры якорей 13 на уступы в кольце 10 под якоря 13 установлена пружина 17 из термостойкого упругого немагнитного металла.

В корпусе 11 размещена катушка управления электромагнита, включающая в себя каркас 18, на котором намотана обмотка управления 19, и изолирующий цилиндр 20. Катушка управления закрепляется на сердечнике 9 с помощью винта 27.

Откачка газов в процессе вакуумно-термической обработки из внутреннего объема вакуумного выключателя производится через штенгель 21. По завершении вакуумно-термической обработки трубка штенгеля 21 вакуумплотно пережимается с обеспечением при этом диффузионной сварки места пережима, а затем на штегель 21 для защиты от механических повреждений устанавливается на клею 25 колпачок 24. Крепление выключателя на рабочем месте в аппаратуре обеспечено с помощью фланца 23, жестко припаяно к основанию 8.

Принцип работы выключателя заключается в следующем. Контактная система выключателя состоит из двух неподвижных упругих тонких контактов и двух жестких подвижных контактов, размещенных с определенным зазором относительно друг друга в вакууме внутри вакуумированной металлокерамической оболочки. Замыкание и размыкание цепи между упругими неподвижными контактами 6 и жесткими подвижными контактами 15 обеспечивается благодаря применению в конструкции электромагнитной системы управления нейтрального типа. При отсутствии напряжения на обмотке управления 19 пружина 17 отжимает якоря 13 от сердечника 9, при этом подвижные жесткие контакты 15 размыкают цепь между неподвижными упругими контактами 6. При подаче напряжения на выводы 26 обмотки управления 19, под действием создаваемого ею магнитного потока, якоря 13 притягиваются к сердечнику 9 и кольцу 10 и сжимают пружину 17. При этом жесткие подвижные контакты 15, жестко связанные с якорями 13 через изоляторы 14, замыкают упругие неподвижные контакты 6 несколько раньше, чем якоря 13 притянутся к сердечнику 9 и кольцу 10, чем и обеспечивается необходимое контактное давление при полностью притянутых якорях 13. При подаче высоковольного напряжения на разомкнутые контакты вакуумного выключателя и (или) при воздействии вибрационных механических нагрузок дополнительные жесткие пластины 7, расположенные на выводах 4, препятствуют изгибу упругих неподвижных контактов 6 в направлении с жесткими подвижными контактами 15. При замкнутом положении контактов вакуумного выключателя ток высокой частоты проходит по пути: первый вывод 4 - упругие тонкие неподвижные контакты 6 и параллельно с ними дополнительные жесткие пластины 7, закрепленные на первом выводе 4, - жесткие неподвижные контакты 15 и параллельно через токопроводящую пластину 16 - и далее через упругие неподвижные контакты 6 и параллельно через дополнительные жесткие пластины 7, закрепленные на втором выводе 4, - и, наконец, через второй вывод 4.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №305517, кл. H01H 33/66, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР №693453, кл. H01H 33/66, 1975.

3. Авторское свидетельство СССР №866601, кл. H01H 33/66, 1981.

1. Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумированной оболочке выводы, неподвижные контакты, двухякорную электромагнитную систему управления клапанного типа и два подвижных контакта, соединенных между собой параллельно токопроводящей пластиной и закрепленных через изоляторы на каждом из якорей и расположенных по обе стороны от неподвижных контактов, отличающийся тем, что, с целью повышения устойчивости к воздействию механических нагрузок и пропускаемого тока высокой частоты, подвижные контакты выполнены жесткими, а укрепленные на высоковольтных выводах неподвижные контакты выполнены упругими в виде тонких пластин, причем параллельно неподвижным упругим контактам в виде тонких пластин на высоковольтных выводах установлены жесткие пластины со стороны подвижных жестких контактов.

2. Высоковольтный вакуумный выключатель по п.1, отличающийся тем, что жесткие подвижные контакты выполнены составными, а именно первая часть - контактирующая поверхность выполнена у них из немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена или вольфрама, а вторая часть у них выполнена из материала, обладающего высокой теплопроводностью, например из меди, и установлена вовнутрь тела первой части жестких подвижных контактов более чем на половину ее толщины.

www.findpatent.ru

Высоковольтный вакуумный выключатель

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И C А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 17.01.73 (21) 1871782/07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.03,77. Бюллетень № 11 (45) Дата опубликования опнсання11.05.77 (51) М. Кл.е Н01НЗЗ/66

Государственный комитет

Совете Министров СССР по делам изобретений . и открытий (5З) УД(621.316.542.064.,26.027.3 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. С, Бочкарев, Э, В. Трущенко и P П. Голова (71) Заявитель (54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным выключателям, предназначенным для коммутации электрических и радиотехнических цепей.

Предлагаемый вакуумный выключатель может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре для подключения источников питания и нагрузок, для переключения антенных цепей, отводов катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных цепей в согласующих устройствах и т.д.

Известен высокочастотный вакуумный выключатель, содержащий установленные в дугогасительной камере неподвижные контакты материала, жестко соединенные с выводами, и подпружиненные подвижные контакты (1).

Наиболее близким к предложенному выключателю является высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумной камере неподвижные контакты, установленные на вводах, и подвижный мостиковый контакт, жестко связанный через изолятор с вращающимся якорем (2).

Однако из-за всегда имеющейся несоосности отверстий в якоре и корпусе (или его элементе) под ось, а также непосредственного контакта магнитомягкого материала с материалом оси при вращеб нии якоря между поверхностями оси и отверстий в вакууме возникает очень большая сила трения, которая также ведет к появлению микросварок и заклиниванию якоря на оси, При этом заклинивание (микросварка) про10 исходит не при первых циклах вращения якоря, а по мере механического переноса при трении магнитомягкого материала якоря на поверхность оси, изготовленной из материала с большой твердостью, например вольфрама или молибдена. Это опасно, так как отказы вследствие заклинивания (микросварок) могут быть обнаружены только при работе в аппаратуре и неизвестно на каком цикле включений.

Кроме того, в высоком вакууме ряд металлов, gp к которым относятся и магнитные материалы, из которых выполняют якорь, сердечник и корпус электромагнита, имеют склонность к холодному диффузионному свариванию соприкасающихся поверхностей деталей, находящихся под небольшим давлением. Поэтому в описанном вакуумном вы551720

60 ключателе при протянутом якоре происходит "холодная" сварка соприкасающихся поверхностей якоря, корпуса (или его элемента) и сердечника из магнитомягкого материала. Это ведет к потере работоспособности, так как вследствие микросварки поверхностей после снятия напряжения питания с обмотки управления якорь электромагнита не отжимается возвратной пружиной, а остается в притянутом положении.

Цель изобретения — повышение надежности работы и исключение "холодного" сваривания в вакууме соприкасающихся поверхностей.

Это достигается тем, что предложеньй выключатель снабжен двумя свободно вращающимися на оси втулками, вьволненными из твердого материала, на. которых укреплен вращающийся якорь.

Кроме того, соприкасающиеся поверхности якоря, сердечника и корпуса электромагнита покрыты слоем хрома, окисленного в атмосфере влажного водорода при 800-900 С.

Применение в предлагаемом вакуумном выключателе двух втулок из материала с большой твердостью, свободно вращающихся на оси из того же материала, на которых свободно вращается якорь электромагнита, позволяет значительно повысить надежность работы подвижной системы в ыключателя за счет дополнительной степени свободы вращения якоря и уменьшения сил трения.

На фиг. 1 изображен предложенный выключатель при разомкнутом положении контактов; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг, 1; на фиг. 3 — узел I на фиг, 2; на фиг. 4 — вид по стрелке Б на фиг. 1; на фиг. 5 — сечение  — В на фиг. 1.

Вакуумный выключатель. выполнен в виде цилиндрической стеклянной оболочки 1, вакуумноплотно спаяшюй с молибденовыми выводами— контактами 2 и переходным кольцом 3 из меди или ковара, с которым вакуумно-плотно с помощью сварки соединен диамагнитньй цилиндр 4, вакуумно-плотно спаянный с сердечником 5 из магнитомягкого материала и механически прочно с крепежным фланцем 6 ограничителем 7 и кольцом 8 из магнитомягкого материала, являющимся частью корпуса электромагнита и расположенном в вакууме. Вторым элементом корпуса электромагнита является корпус 9 из магнитомягкого материала, расположенньй вне вакуумной оболочки и cocjblкованньй с кольцом 8 через дно диамагнитного цилиндра 4. Выполнение корпуса электромагнита составным из кольца 8 и корпуса 9 связано с введением в конструкцию диамагнитного цилиндра 4 из меди для исключения натекания газов по волокнам и через тонкую стенку корпуса из магнитомягкого материала, имеющего высокую проницаемость по водороду. Без учета проникновения газа через корпус электромагнита кольцо 8 и корпус 9 могут быть выполнены как одно целое. К кольцу 8 припаяны планки10 со штифтами1. и две накладки 12, выполненные из магнитомягкого металла, направляющие упоры 13 возвратной U -образной пружины 14, а к внутренней поверхности кольца 8 точечной сваркой через никелевую пластину 15 жестко прикреплен нераспыляемьй газопоглотитель 16.

Якорь 17, выполненный из магнитомягкого металла, спаян с накладкой 18 и вращается на молибденовых втулках 19, которые свободно вращаются на оси 20, жестко закрепленной с помощью гаек 21 в кольце 8. Для исключения самоотвинчивания при воздействии вибрационных нагрузок гайки 21 с помощью сварки жестко прикреплены к кольцу 8.

Регулирование хода якоря 17 производится путем навинчивания гайки 22 на ограничитель 7, а после установки требуемого хода они жестко скрепляются друг с другом с помощью сварки. Перед спаиванием соприкасающиеся поверхности сердечника 5, кольца 8 корпуса электромагнита и якоря 17 покрывают слоем хрома с последующим его окислением в атмосфере влажного водорода при

800- 900 С. К якорю 17 через держатель 23, керамический изолятор 24 и контактодержатель 25 прикреплен контактный мостик, набранный на упругой контактной пластине 26 с пуклевками и ряде упругих пластин 27, выполненных из немагнитного металла и покрытых для повышения электропроводности слоем высокопроводящего металла, например серебра. Пластины 26 и 27 расположены вплотную друг к другу, а крепление их к контактодержателю 25 производится с помощью жесткой пластины 28 и заклепок 29. Откачка газов, выделяющихся в процессе проведения вакуумно-технологической обработки производится через штен1 гель 30, вакуумно-плотно спаянньй с оболочкой 1.

Для управления подвижным контактом, укрепленным на якоре, служит катушка управления, включающая в себя каркас 31, на котором намотана обмотка 32;изолятор 33 с закрепленными в нем выводами 34 обмотки и цилиндр 35. Изолятор 33 и цилиндр 35 служат для изоляции обмотки 32 и вьводов 34 от корпуса 9, Корпус 9 с установленной в него катушкой электромагнита прикреплен винтом 36 к сердечнику 5.

При подаче напряжения питания на вьводы 34 обмотки 32 под действием созданной ею магнитного потока якорь 17 электромагнита сжимает возвратную пружину 14 и притягивается к сердечнику 5 и части корпуса электромагнита — кольцу 8.

При этом IIRK0 THpoBBHHblH контактньй мостик, жестко связанньй через изолятор 24 с якорем 17, замыкает неподвижные выводы- контакты 2 несколько раньше, чем якорь 17 притянется к сердечнику 5 и кольцу 8 корпуса электромагнита. Возникающие в момент замыкания упрутие колебания контактного мостика гасятся за счет сил трения большой величины, возникающих в вакууме между расположенными вплотную друг к другу пластинами в пакете.

При снятии напряжения питания якорь 17 электромагнита отжимается возвратной пружиной 14, а контактный мостик размыкает электрическуюю цепь между вьв одами 2.

551720

Фиг. 2

Использование вращения якоря на двух втулках из твердого материала и покрытия слоем хрома соприкасающихся в вакууме поверхностей деталей магнитопровода резко снижает вероятность заклинивания якоря на оси за счет дополнительной свободы вращения его на втулках и исключает вероятность холодного сваривания в вакууме деталей магнитопровода, что в совокупности значительно повышает надежность работы предложенного выключателя по сравнению с известными.

Формула изобретения

1. Высоковольтный вакуумный выключатель, содержащий расположенные в вакуумной камере неподвижные контакты, установленные на вводах, и подвижный мостиковый контакт, жестко связанный через изолятор с вращающимся якорем электромагнита, помещенного в корпус, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, он снабжен двумя свободновращающимися на оси втулками, выполненными из твердого материала, на которых укреплен указанный якорь.

2. Выключатель по п. 1, о тли чающий ся тем, что, с целью исключения "холодного" сваривания в вакууме соприкасающихся поверхностей, указанные поверхности якоря, сердечника и корпуса электромагнита покрыты слоем хрома, окисленного в атмосфере влажного водорода при

800-900 С.

Исто пики информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР N 324665, М.Кл. Н 01 Н 33/66, 06.07.70.

2. Авторское свидетельство СССР N 324665, М.Кл. Н 01 Н 33/66, 29.10.69 (прототип).

55172О

Узелка

8-В

Составитель E. Бочкова

Техред М, Ликович

Редактор Т. Загребельная

Корректор- A. Алатырев

Заказ 131/29

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4

Тираж 1002 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель Высоковольтный вакуумный выключатель 

www.findpatent.ru


Каталог товаров
    .