Магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель

СОЮЗ.СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ БОРЕСПУБЛИН 09) И 9 Н 01 Н 29 фщлхмл НИЯ " И К АВТОРСН ИДКО- ержа- вердоГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИИ НИЕ ИЗОБР МУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Куйбьааевский ордена ТрудовогоКрасного Знамени политехническийинститут им. В.В. Куйбышева(54)(57) ИАГНИТОУПРАВЛЯЕИЫЙ ЖМЕТАЛЛИЧЕСКИЙ ВЫКЛЮЧАТЕЛЬ, содщий герметизированный баллон,т металлические электроды, намагничивающиеся шарики, расположенные в жидком металле, и источник магнитодвижущей силы, расположенный вне герметизированного баллона, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности, он снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердометаллические электроды выполнены подковообразными и установлены так, что образуют межэлектродные зазоры в форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами, намагничивающиеся шарики и жидкий металл размЕщены в направляющих трубках, э которые установлены соосно с межэлектродными зазорами.40 Цель изобретения - повышение быстродействия, коммутационной и нагрузочной способности магнитоуправляемого выключателя60Указанная цель достигается тем, что магнитоуправляемый жидкометаллический выключатель, содержащий герметизированный баллон, твердометаллические электроды, намагничивающи Изобретение относится к техникекоммутирования сильноточных электрических цепей постоянного тока, аименно к коммутационной аппаратуре сжидким металлом,Известны магнитоуправляемые переключатели, в которых в качествеконтакта используется электропроводяцая жидкость, в которой взвешенымагнитные частицы, При наличии магнитного поля происходит перемещениежидкости и замыкание контактов, апри исчезновении поля жидкость занимает свое первоначальное состояниеза счет силы поверхностного натяжения (1) и 21 .15Данные магнитоуправляемые переключатели слаботочные и предназначены для бездуговой коммутации.Известен магнитоуправляемый ртутный выключатель, который содержит20частично заполненный ртутью корпус,а также плавающий на поверхности ртути намагничивающий шарик, покрытыйртутной пленкой. Под действием магнитного поля шарик перемещается внут ри корпуса в продольном направлении,что приводит к замыканию или размыканиюдвух неподвижно закрепленных в корпусеконтактов.Для образованиямагнитногополя используется постоянный магнит,а для изменения магнитного потока взоне перемещения шарика - перемещаемый намагничивающий управляющийэлемент (3).указанный выключатель имеет невысокое быстродействие из-за инертности подвижной электромагнитнойсистемы управляющего элемента. К тому же у выключателя низкие коммутационная и нагрузочная способности.Это объясняется тем, что один изэлектродов контактирует с шарикоммалой поверхностью (по суцеству одной точкой), вследствие чего подходящие к точке соприкосновения и отходяцие от нее токи, взаимодействуя 45между собой, отталкивают шарик отповерхности электрода, лричем силаотталкивания увеличивается с увеличением нагрузочного тока через выключатель, Поэтому возможен дребезг 50контактов. Выключатель не имеет устройства, способствующего дугогашению, поэтому он может применятьсятолько для бездуговой коммутации вслаботочных цепях низкого напряжения порядка 10 В. еся шарики, расположенные в жидкомметалле, и источник магнитодвижущейсилы, .расположенный вне герметизированного баллона, снабжен электромагнитом и направляющими трубками, твердометаллические электроды выполненыподковообразными и установлены так,что образуют межэлектродные зазорыв форме усеченных конусов, электромагнит расположен между электродами,намагничивающиеся шарики и жидкийметалл размецены в направляющих трубках, которые установлены соосно смежэлектродными зазорами.При подаче напряжения на катушкуэлектромагнита, расположенного между электродами, намагничивающие шарики, смоченные жидким металлом,под действием электромагнитных силвтягиваются в конусообразный зазор(межэлектродный) и замыкают электроды. При этом силы взаимодействиядвух проводников с током, направленных в одинаковом направлении, способствуют лучшему вхождению шариковв межэлектродные зазоры с увеличением нагрузочного тока и увеличиваются, что повышает надежность контакта. Отсутствие подвижной электромагнитной системы повышает быстродействие аппарата, а надежный контакт способствует повышению нагрузочной способности. Кроме того, электроды можно выполнить таким образом,что межэлектродных конусообразных зазоров может быть П количество. Дляотключения цепи напряжение подается .на внешнюю электромагнитную систему,под действием электромагнитных силшарики выбираются из межэлектродныхзазоров, возникающая дуга отключения гасится в трансформаторном.масле,На фиг. 1 показан магцитоуправляемый жидкометаллический выключатель, вид спереди (разрез А-А на фиг. 2); на фиг. 2 - то же(разрез В-В на фиг. 1).Конструкция выключателя состоит из твердометаллических электродов 1 и 2, установленных в герметизированном корпусе (баллоне) 3, катушки 4 электромагнита включения, расположенной между электродами 1 и 2, трубок 5 и 6, установлрных в баллоне 3 с углублениями, заполненными жидким металлом.7 и 8 и намагничивающимися шариками 9 и 10, а также имеется внешняя электромагнитная система (не показана), Трубки 5 и б установлены соосно с межэлектродными зазорами, имеющими форму усеченных конусовКорпус 3 заполнен трансформаторным маслом 11,Выключатель работает следующим образом.-с-д- -- : 0 0 б мс 50 ф 10 Зф 10-Ь ф Таким образом, предлагаемый выключатель позволяет повысить быстродействие, коммутационную и нагрузочную способность аппарата. При подаче электрического импульса на внутреннюю катушку 4 электромагнита включения создается электромагнитное поле и шарики 9 и 10, находящиеся в трубках 5 и б, притягиваются к электродам 1 и 2 и перекры. -вают собой межэлектродный зазор, темсамым замыкая электрическую цепь(включенное состояние выключателя).Сила притяжения электромагнитногополя, создаваемого катушкой 4 электромагнита включения, должна бытьопределенной,а именно необходимойдля притяжения только крайних шариков 9 и 10, При увеличении нагрузочного тока исключается дребезг шариков в трубках 5 и б, наоборот ониплотней притянутся к электродам 1 и2 под действием кондукционных сил.Отключение электрической цепи производится путем подачи напряжения 20на внешнюю электромагнитную системуотключения. Создавшееся электромагнитное поле выбивает шарики 9 и 10из углублений в межэлектродном за- .зоре и они падают на дно баллона 3(отключенное состояние выключателя),Возникающая при этом дуга отключениягасится в трансформаторном масле.Так как в трубках 5 и 6 имеется ещенекоторое количество шариков (целесообразно заполнить трубки 5 и б парами шариков, число которых равночислу циклов работы выключателя), товыключатель готов к следующему циклуработы. При отработке заданного цикла коммутаций выключатель можно вновьподготовить к работе, заполнив трубки намагничивающимися шариками и жидким металлом.Быстродействие данного типа аппарата характеризуется отношением 40силы еопротивления, оказываемой средой 11. движению шарика, и электромагнитной силы. Электромагнитная сила возникает за счет возникновениятока цепи и внешнего Магнитного поля. 45Чем больше превьааение электромагнит ной силы над силой сопротивления,тем быстрее быстродействие аппарата.Время отключения может быть рассчитано из следующих соображений.Для отключения электрической цепи должно выполняться условиеО:дЬю+,Ер Ю(1), т где О,- напряжение цепи,ЬО - прикатодное падение напряженияЕ - напряженность электрического поля е-ой дуги;Р - длина в-ой дуги,В предложенной конструкции можно считать, что возникающие дуги находятся в одинаковых условиях, В связи с этим выражение (1) запишется Таким образом, величина Р, на которую растягивается дуга, должна быть Или для напряжения О равного 100 Вполучим, учитывая, что дпя (1 сб)медь, ьО=20 В, а Е дуги в масле100 В/см,100-2 20р --- = 0 3 (см). 2100 Запишем уравнение дуги(движение равномерное)1-сдпрсоврч =а 4.,где с - время движения шарика пометаллическим направляющимэлектродов 1 и 2 без сопротивления контакта.Контакт в данном случае не испытывает сопротивления трению за счетобразования пленки жидкого металламежду шариками и поверхностями электродов,Таким образом, время отключениядля данного случая может быть определено из выраженияоек 1.Ь-Ус +Н.Время срабатывания зависит от диаметра шарика. Максимальное время будет при стремлении диаметра шарикак нулюДля случая протекания тока равного 1 п = 50 кА, времени скольжения помежэлектродному промежутку с =110с,И =.0,01 и В = 1 Т имеем1008810 Составитель Е.Техред М.Костик оноваКоррект Редактор Ю. Ков Макарен аказ 2349/ Филиал ППП "Патент", г, Ужгород,ул, Проектная, 4 3 Тираж 701ВНИИПИ Государстпо делам изобр 113035, Москва, Женного комтений и оРаушска Подписнотета СССРрытий,наб., д, 4/