Высоковольтный вакуумный переключатель

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИКАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ щ 892505(22) Заявлено 24,04.80 (21) 291492124-07с присоединением заявки РЙ -яв делам изоаретеиий и открытийДата опубликования описания 23,12.81(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям со встроенной электромагнитной системой управления с по.ляризующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления, нредназначено для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей. и может найти применение в мощной стационар 10 ной передвижной и бортовой элвктротехничес. кой и радиотехнической аппаратуре, одним нз важнейших требований в которой является малое потребление электрической энергии эле. ментами на управление,Переключатель в аппаратуре может быть использован для переключения источников пи. тания и нагрузок, для переключения антенных цепей, отводов катушки высокочастотного ка- тура, конденсаторов высоковольтных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д.Известные вакуумные выключатели и ва. куумные реле на переключение с поляризу. ющим постоянным магнитом, используемые для этих. целей 11 и 121.Однако в вакуумном выключателе поля. ризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляриэующий магнитный поток в выключателе замыкается через "длинные воздушные" промежутки, Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля, что сильно снижает величину энергии постоян ного магнита по удержанию подвижного кон . такта в двух крайних положениях, а следова. тельно, резко снижает устойчивость выключателя к воздействию механических нагрузок,Вакуумное реле имеет малый срок служ. бы, вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устойчивость к воздействию механических нагрузок из-за наличия люфтов в передаточных элементах между электромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мем.892505 браны, стремящихся вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение.Наиболее близким к предлагаемому явля.ется вакуумный переключатель, содержащийукрепленные в вакуумированной камере иавводах два неподвижных контакта, располо.женный между ними средний подвижный кон.такт, механически связанный через изоляторс втяжным сердечником, управляемь м элект.ромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом.В нем передача движения подвижномуконтакту осуществляется при продольном (осе.вом) перемещении втяжного сердечника, расположенного непосредственно в вакуумномобъеме, по цилиндрической направляющей втул.ке из диамагнитного металла. Такое техническое решение позволяет повысить срок службыпо количеству переключений и исключить 1 тюфты, так как в данной конструкции отсутству-, ют передаточные элементы, что повышает на; "жность его работы 31.Однако вакуумный переключатель имеет существенный недостаток, который состоит в том, что из-за наличия допусков на детали и узлы, процесс получения одинакового или почти одинакового контактного нажатия на оба неподвижных контакта неуправляем. Вследствие этого устройства могут получаться либо с очень малым контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с очень большим контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с большим контактным нажатием на один контакт и очень малым контактным нажатием на второй иепод. вижный контакт, или с обеспечением контакта только на один неподвижный контакт. Это ведет к ненадежной работе устройств с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок.При малой величине контактного нажатия размыкание цепи контактов происходит вследствие того, что контактное нажатие оказывается недостаточным для компенсации сил воздействия механических нагрузок.При большой величине контактного нажатия, за счет прогиба контактной пластины подвижного контакта, возникает упругая сила реакции значительной величины, которая направ. лена иа размыкание контактов, При совпадении силь 1 реакции с направлением сил воздействия механических нагрузок, их суммарная величина имеет значение, соизмерениое или превышающее силу тяги электромагнитной си. стемы, Это ведет к упругим колебаниям всей подвижной системы реле при воздействии виб 5 рационных и ударных нагрузок, следствием чего является размыкание цепи замкнутых контактов. 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 4Поэтому, для обеспечения надежной рабо. пл вакуумного переключателя с упругим подвижным контактом при замкнутых контактах в условиях воздействия механических нагрузок, очень важно обеспечить получение переключателей с оптимальной величиной контактного нажатия на оба неподвижных контакта.Цель изобретения - повышение надежности работы переключателя с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывания.Указанная цель достигается тем, что переключатель снабжен механизмом двойного ре. гулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных кон. тактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитомягкого металла, жестко закрепленной после регулировки в основании электромагнита и служащей одновременно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стерж. ня иэ диамагнитного металла, жестко закреп. ленного одним концом соосно в сердечнике и имеющего резьбовое соединение вторым концом с держателем изолятора,Использование в переключателе механизма двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвиж ных контактов в отдельности позволяет обеспечить получение переключателей с оптимальной величиной контактного нажатия, что по. вышает надежность работы переключателей замкнутымн контактами в условиях воздей. ствия ускорений механических нагрузок, ста. бипьность параметров срабатывания и процент выхода годных переключателей.При этом оптимальная величина контактного нажатия на нижний неподвижный контакт обеспечивается при сборке регулировкой положения подвижного контакта путем осево. го перемещения держателя изолятора по резь. бе диамагнитного стержня, а на верхний неподвижный контакт - регулировкой положе. ния подвижного контакта с помощью изменения верхней границы расположения сердечника путем осевого перемещения резьбовой регулировочной втулки в основании электро.магнита.На фиг. 1 изображен высоковольтный ва.куумный переключатель, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.Вакуумный переключатель состоит из ме. таллокерамической оболочки и электромагнитной системы управления поляризованного ти.па с втяжным сердечником, расположенным в вакууме,Металлокерамическая оболочка переключателя состоит иэ трех одинаковых соосно расположенных керамических цилиндров- 3. Между керамическими цилиндрами расположенымедные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов,вакуумно.плотно припаянные к торцовым поверхностям керамических цилищров. Выводы4 и 5 неподвижных контактов выполнены заодно целое с неподвижными контактами дляуменьшения сопротивления токопрохождениюи снижения тем самым нагрева.Цилиндрические части неподвижных контак.тов составляют 1/4 диаметра цилиндра, направлены навстречу друг другу и установлены между собой с зазором, зависящим от величинырабочего напряжения, Выполнение неподвижныхконтактов равными 1/4 диаметра цилиндрапозволяет снизить межконтактную емкостьпрактически без ухудшения условий для токо.прохождения, так как ток растекается на вывод,подчиняясь параболической кривой, с вершинойпараболы в точке непосредственного контактирования подвижного и неподвижного контактов.В зазоре между неподвижными контактами(выводами) 4 и 5 расположен подвижный кон.такт 7, выполненный в виде набора тонкихпластин из молибдена лля обеспечения пропускания требуемых величин тока высокойчастоты. Пластины подвижного контакта 7электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 подвижного контакта, например с помощью пайки,К выводу 4 неподвижного контакта ик торцу керамического цилиндра 3 вакуумноплотно припаяны переходные кольца 8 и 9 измеди. Для снижения термических напряженийв зоне спая пайка колец производится с использованием компенсационных колец 10 и 11из молибдена или ковара. Переходное кольцо8 вакуумно-плотно сварено с заглулкой 12,вакуумпо-плотно спаянной с трубкой штенгеля 13, служащего для откачки газа из объемапереключателя при проведении вакуумно-термической обработки, по завершению которолшгенгель отпаивается методом холодной диффузионной сварки и закрывается защитнымколпачком 14. Переходное кольцо 9 вакуумноплотно сваривается с медным цилиндром 15корпуса электромагнита.Корпус электромагнита состоит из цилиндра 15, с которым вакуумно.плотно спаяно ос.нование 16 из магнитомягкого металла с образованием между их цилиндрическими поверх-ностями кольцевого зазора. В основании 16по центру выполнено реэьбовое отверстие;соосно с которым к основанию 16 вакуумно.плотно припаяна направляющая втулка 17 измеди, закрытая в нижней части припаяннымк ней вакуумно-плотно ограничителем (стопом) 18 из магнитомягкого металла. Ограни.читель 18 выступает над торцом втулки 17, 892505 4 Ф 1 Ф 1 20 25 30ЭЗ 40 4 50 И обеспечивая тем самым практически беэ зазорасоединение с основанием корпуса 19 из магнитомягкого металла, входящего в кольцевойзазор между цилиндром 15 и основанием 16.Такое исполнение магнитопровода снижает доминимума потери магнитного потока на рассеивание,На направляющей втулке 17 расположеныдва секторных магнита 20 с радиальным намагничиванием, По обе стороны от постоянныхмагнитов 20 расположены обмотки 21 и 22 уп.равнения на каркасах 23 и 24. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охраннымцилиндром 25 из изоляционного материала. Рас.пайка провода обмоток выполнена на выводы26 изолятора 27. Сердечник 28, выполнешыйиз магнитомягкого металла и расположенныйв направляющей втулке 17, механически прочно спаян со стержнем 29, выполненным из немагнитного металла дпя исключения шунтирования магнитного зазора. Для обеспечения надежного замыкания подвижного контакта 7на верхний неподвижный контакт 4 и обеспечения надежной работы при воздействии ускорений механических нагрузок производится ре.гулировка контактного нажатия изменениемверхнего положения подвижного контакта 7посредством изменения хола сердечника 28с помощью регупировочной нтупки 30 измагнитомягкого металла путем ввинчивапияипи вывинчивапия се в основании 16,Для обеспечения падежного замыкания под.вижного контакта 7 на нижний неподвижпыйконтакт 5 и обсспсчсния налсжной работыэтой пары контактов при воздействии механических нагрузок, регулировка контактного нажатия произволится изменением нижнего положения подвижного контакта 7 переме пениемно резьбе стержни 29 путем ввинчивания иливывинчивания псржатепя 31, спаянного черезкерамический изолятор 32 с коптактодержате-лем (поводком) 33, 11 о обеспечению оптимальных величии контактного нажатия на оба неподвижных контакта, резьбовая втулка 30жестко скрепляется с основанием 16, а стержень 29 с держателем 31, например с помощьюсварки. Для обеспечения выхода подвода. 33из зацепления с подвижным контактом 7, по.водок 33 закрепляют сверху на пластине подвижного контакта 7 с помощью штифта 34.С целью сохранения и поддержания требуемо.го давления в вакуумнрованной оболочке наосновании 16 закрепляют нераспыляемыйгазопоглотитель 35.Предлагаемый переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е, он потребляет энергию на управление только в моментпереключения. В исходном положении подвижный контакт 7 замкнут на один (любой) иэнеподвижных контактов, например на нижний8925057неподвижный контакт 5, В этом случае ток высокой частоты проходит с лепестка вывода 6 подвижного контакта на подвижный кон. такт 7 по цилиндрической части неподвижного контакта 5 и далее на лепесток вывода5 неподвижного контакта. В исходномположении для этого случая магнитный поток посто. янного магнита замкнут по слещчощему пути: постоянные магниты 20, часть серде 1.лика 28, прилегающая к ограничителю 18, ограничитель 18, основание корпуса 19, цилиндрическая часть корпуса 19 и далее постоянные магниты 20.Для обеспечения переключения подвижно. го контакта 7 на верхний неподвижньш кон. такт 4, на нижнюю обмотку 22 управления подается импульс напряжения ннтания с полярностью, создающей в обмотке управления . магнитный поток, противоположно направленный магнитному потоку постоянного магнита в данной ветви. При достижении в магнитной цепи данной ветви равенства поляризующего и управляющих магнитных потоков, за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного пере распределения основного магнитного. потока на вторую ветвь, сердечник 28 перебрасывается во второе устойчивое состояние - к резьбо. вой втулке 30, При этом подвижный контакт 7, связанный через поводок ЗЗ, изолятор 32, держатель 31 и стержень 29 с сердечником 28, перебрасывается на верхний неподвижный кон. такт 4 и замыкается на него несколько рань. ше, чем сердечник 28 коснется втулки 30. При дальнейшем движении сердечника 28 до упора на втулку 30, за счет прогиба контактной пластины контакта 7 и упругих свойств з 5 ее материала, создается контактное давление, Для возвращения подвижного контакта 7 к 8нижнему неподвижному контакту 5, напряже.ние питания соответствующей полярности ивеличины подается на обмотку 21.Формула изобретенияВысоковольтный вакуумный переключатель,содержаьяй укрепленные в вакуумирэваннойкамере на .вводах два неподвижных контакта,расположенный в зазоре между ними среднийподвижный контакт, механически связанныйчерез изолятор с втяжным сердечником, управляемым электромагнитной системой с поляризующим постоянным магнитом, о т л к.чаю щийся тем,что,сцельюповышения надежности работы при воздействииускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывания, переключательснабжен механизмом регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждыйиз неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочнойвтулки из магнитомягкого металла, котораяжестко закреплена в основании электромагни.та и служит одновременно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, истержня из диамагнитного металла, которыйжестко закреплен одним концом соосно всердечнике и вторым концом соединен резьбои с изолятором,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США Ио 332443, кл. 335 в , 1967.2, Патент Англии И 2996621сл. Н 01 Н 33/66, 1972.3. Патент США Р 3312803, кл. 200 в ,1964.892505 Составитель В. Попова ишкина Техред Е. Харитончикор Л. Шеньо ак Подписное 11267/75 Тираж 787 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб