RU2076371C1

RU2076371C1 - High-voltage vacuum switch

Info

Publication number: RU2076371C1
Application number: RU94003943A
Authority: RU
Inventors: В.С. Бочкарев; А.Т. Коновалов; М.М. Кулаков; Н.А. Кузнецов
Original assignee: Научно-исследовательский институт электронно-механических приборов
Priority date: 1994-02-03
Filing date: 1994-02-03
Publication date: 1997-03-27
Also published as: RU94003943A

Abstract

FIELD: electric engineering, in particular, switching powerful high-frequency circuits without load. SUBSTANCE: electromagnet in switch is located in perpendicular to axis of its vacuum switching part so that electromagnet core modes in perpendicular to it in plane which contains direction of movement of movable contact when circuit is rendered conducting through fixed contacts. Mechanism for regulation of contact pressing is designed as two threaded sleeves, which are made from magnetically soft material, for example from low carbon steel. Said sleeves are located along same axis as center of bases of electromagnet housing and are mounted in coaxial to core on its opposite faces. EFFECT: increased functional capabilities. 4 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно, к высоковольтным вакуумным переключателям (выключателям, реле) с электромагнитной системой управления с поляризующими постоянными магнитами, предназначенным для коммутации мощных высоковольтных высокочастотных электрических и радиотехнических цепей. The invention relates to electrical engineering, namely, to high-voltage vacuum switches (switches, relays) with an electromagnetic control system with polarizing permanent magnets, intended for switching high-power high-voltage high-frequency electrical and radio circuits.

Вакуумный переключатель может быть использован в стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре для подключения источников питания и нагрузок; для переключения антенных цепей, резонансных контуров и отводов катушки высокочастотного контура; для коммутации между радиопередатчиками и радиоприемника; для подключения и отключения конденсаторов в высоковольтных цепях, антенно-согласующих устройствах, фильтрах подавления гармоник и т.д. The vacuum switch can be used in stationary, mobile and on-board electrical and radio equipment to connect power supplies and loads; for switching antenna circuits, resonant circuits and taps of the coil of a high-frequency circuit; for switching between radio transmitters and a radio receiver; for connecting and disconnecting capacitors in high voltage circuits, antenna matching devices, harmonic suppression filters, etc.

Известные вакуумные переключатели и вакуумные реле на переключение с электромагнитом поляризованного типа, предназначенные для указанных выше целей, имеют ряд существенных недостатков. Known vacuum switches and vacuum relays for switching with an electromagnet of a polarized type, designed for the above purposes, have a number of significant drawbacks.

В вакуумном переключателе, описанном в [1] поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления электромагнита расположена коаксиально на внешней поверхности цилиндрической части оболочки из стекла. Поэтому поляризующий магнитный поток его электромагнитной системы управления замыкается через длинные воздушные промежутки, наличие которых ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля. Это существенно снижает величину энергии постоянного магнита по удержанию подвижного контакта в каждом из крайних его положений. Вследствие отмеченного, переключатель имеет низкую надежность работы при воздействии механических нагрузок, что проявляется в размыкании цепи замкнутых контактов. Наряду с отмеченным недостатком, переключатель имеет большие габариты из-за расположения обмотки управления концентрично на оболочке, а постоянных магнитов непосредственно на высоковольтных выводах, т.е. за счет неоптимальной конструкции его электромагнитной системы управления. In the vacuum switch described in [1], polarizing permanent magnets are mounted directly on the high-voltage terminals, and the control magnet coil is located coaxially on the outer surface of the cylindrical part of the glass shell. Therefore, the polarizing magnetic flux of its electromagnetic control system closes through long air gaps, the presence of which leads to significant magnetic resistance and large fluxes of energy dissipation of the magnetic field. This significantly reduces the magnitude of the energy of the permanent magnet to keep the movable contact in each of its extreme positions. Due to the aforesaid, the switch has low reliability under the influence of mechanical loads, which is manifested in the opening of the circuit of closed contacts. Along with the noted drawback, the switch has large dimensions due to the location of the control winding concentrically on the shell, and permanent magnets directly on the high-voltage terminals, i.e. due to the suboptimal design of its electromagnetic control system.

Снижение потоков рассеивания магнитного поля и уменьшение массогабаритных характеристик обеспечено в конструкциях вакуумных реле на переключение, предложенных в [2, 3] Достигнуто это выполнением их поляризованных электромагнитов в виде самоэкранирующейся (броневой) конструкции. Однако и в этих вакуумных реле проблема существенного повышения надежности работы в условиях воздействия механических нагрузок не была решена. A decrease in the fluxes of dispersion of the magnetic field and a decrease in the overall dimensions is ensured in the designs of the vacuum switching relays proposed in [2, 3]. This was achieved by the implementation of their polarized electromagnets in the form of a self-shielding (armor) design. However, even in these vacuum relays, the problem of a significant increase in reliability under conditions of exposure to mechanical loads has not been solved.

В вакуумном реле, описанном в [2] обусловлено это большими силами трения в паре вращения ось якорь (сердечник) электромагнита, из-за соприкосновения их под большим давлением от непрерывного воздействия силы притяжения постоянного магнита, что существенно снижает передаваемое усилие подвижному контакту. В результате снижается контактное нажатие, а следовательно, и токопропускная способность данного реле в условиях воздействия механических нагрузок. Снижению контактного нажатия способствует всегда имеющее место отклонение плоскости перемещения (вращения) якоря электромагнита от плоскости перемещения подвижного контакта при замыкании его на неподвижные контакты, а также гарантированные лифты в подвижных сочленениях: ось якорь, якорь подвижный контакт. In the vacuum relay described in [2], this is due to the large friction forces in the rotation pair, the axis of the armature (core) of the electromagnet, due to their contact under high pressure from the continuous action of the attractive force of the permanent magnet, which significantly reduces the transmitted force to the movable contact. As a result, contact pressing is reduced, and consequently, the current transmission capacity of this relay under conditions of mechanical stress. The contact pressure is always reduced by the deviation of the plane of movement (rotation) of the armature of the electromagnet from the plane of movement of the movable contact when it is closed to the fixed contacts, as well as guaranteed lifts in the movable joints: axis anchor, anchor movable contact.

В отличие от вакуумного реле [2] в вакуумном переключателе [3] сердечник совершает линейное перемещение по его продольной оси, а преобразование осевого перемещения сердечника во вращательное перемещение подвижного контакта происходит за счет многоступенчатого подвижного соединения упругого поводка сложной формы с взаимодействующими с ним при срабатывании элементами. При этом подвижность в соединениях обеспечивается наличием гарантированных зазоров (люфтов) между сопрягаемыми поверхностями в местах сочленения поводка со скобой, поводка с выступом на корпусе и зажимом, кольцевой части поводка с изолятором подвижного контакта. Это, в совокупности с увеличением зазоров в подвижных соединениях за счет паразитных люфтов, из-за допусков при изготовлении деталей и узлов и износа сопрягаемых поверхностей деталей при срабатывании из-за трения, и исключительной сложности обеспечения повторяемости размеров поводка такой конструкции, снижает контактное нажатие. Unlike the vacuum relay [2] in the vacuum switch [3], the core linearly moves along its longitudinal axis, and the axial movement of the core is converted into rotational movement of the movable contact due to the multistage movable connection of an elastic lead of complex shape with elements interacting with it when triggered . In this case, mobility in the joints is ensured by the presence of guaranteed gaps (backlashes) between the mating surfaces at the joints of the leash with the bracket, the leash with a protrusion on the body and the clamp, the annular part of the leash with the movable contact insulator. This, together with an increase in the gaps in the movable joints due to spurious backlash, due to tolerances in the manufacture of parts and assemblies and wear of the mating surfaces of the parts when triggered due to friction, and the exceptional difficulty of ensuring the repeatability of the sizes of the leash of this design, reduces contact pressing.

Общим недостатком рассмотренных выше конструкций вакуумного реле и вакуумного переключателя является невозможность компенсации "паразитных" люфтов в подвижных соединениях и неуправляемого изменения длин межконтактного зазора и рабочего хода якоря (сердечника) электромагнита, обусловленных допусками на изготовление деталей и узлов вакуумной переключающей части (вакуумного блока) и электромагнита, из-за отсутствия в их конструкциях регулировочных элементов для установления оптимального контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов. Следствием изложенного является снижение токопропускной способности и надежности работы таких приборов в условиях воздействия механических нагрузок и низкая стабильность их срабатывания при длительной коммутации. A common drawback of the above designs of the vacuum relay and vacuum switch is the impossibility of compensating for “spurious” backlash in moving joints and uncontrolled changes in the length of the contact gap and the working stroke of the armature (core) of the electromagnet due to tolerances for the manufacture of parts and assemblies of the vacuum switching part (vacuum unit) and electromagnet, due to the lack of adjustment elements in their designs to establish optimal contact pressing on each of the stationary ontact. A consequence of the foregoing is a decrease in the current-carrying capacity and the reliability of the operation of such devices under the influence of mechanical loads and the low stability of their operation during long-term switching.

Ближайшим техническим решением является конструкция вакуумного переключателя, описанная в [4] Сущность предложенного в [4] решения состоит в том, что повышение надежности работы переключателя с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок и стабильности его параметров срабатывания достигнуто за счет снабжения переключателя механизмом двойного регулирования контактного нажатия подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности. Выполнен он в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитомягкого металла, которая после регулировки контактного нажатия жестко крепится в основании корпуса электромагнита и одновременно служит ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стержня из диамагнитного металла, который жестко крепится одним концом соосно в сердечнике, а вторым концом соединен с помощью резьбы с держателем изолятора и жестко крепится к держателю после завершения регулировки контактного нажатия у второй пары контактов. Оптимальная величина контактного нажатия обеспечивается при сборке: на нижний неподвижный контакт регулировкой положения подвижного контакта путем осевого перемещения держателя изолятора по резьбовой части диамагнитного стержня; а на верхний неподвижный контакт регулировкой положения подвижного контакта с помощью изменения верхней границы расположения сердечника путем осевого перемещения резьбовой регулировочной втулки в основании электромагнита. Однако и эта конструкция, наряду с рассмотренными выше, имеет присущий им общий существенный недостаток, который состоит в следующем. Известно, что после механической обработки, пайки и сварки в деталях и узлах приборов есть остаточные механические напряжения. При вакуумно-термической обработке они вызывают неуправляемое изменение межконтактного и рабочего магнитного зазоров у вакуумных переключателей (выключателей, реле). Наблюдается это также и при сварке узлов в прибор. В результате имеет место уход установленного при сборке контактного нажатия у рассмотренных выше приборов, а следовательно, снижается надежность их работы в условиях воздействия механических нагрузок и стабильность их характеристик. Компенсировать изменения контактного нажатия в указанных приборах после их сборки, заварки (герметизации и вакуумно-термической обработки) не представляется возможным, поскольку отсутствует доступ к контактам и подвижным элементам электромагнита. The closest technical solution is the design of the vacuum switch described in [4]. The essence of the solution proposed in [4] is that the reliability of operation of the switch with closed contacts under the influence of accelerations of mechanical loads and the stability of its response parameters is achieved by providing the switch with a double regulation mechanism contact pressing a movable contact on each of the fixed contacts separately. It is made in the form of a threaded adjustment sleeve made of soft magnetic metal, which, after adjusting the contact pressing, is rigidly fixed to the base of the electromagnet housing and at the same time serves as a limiter of the core stroke in its upper position, and a rod of diamagnetic metal, which is rigidly fixed at one end coaxially in the core and the other the end is connected by means of a thread to the holder of the insulator and is rigidly attached to the holder after completing the adjustment of the contact pressing of the second pair of contacts. The optimal contact pressure is ensured during assembly: on the lower fixed contact by adjusting the position of the movable contact by axial movement of the insulator holder along the threaded part of the diamagnetic rod; and on the upper fixed contact by adjusting the position of the movable contact by changing the upper boundary of the core by axial movement of the threaded adjusting sleeve at the base of the electromagnet. However, this design, along with the ones considered above, has an inherent common significant drawback, which consists in the following. It is known that after machining, soldering and welding, there are residual mechanical stresses in the parts and components of devices. During vacuum-thermal treatment, they cause an uncontrolled change in the contact and working magnetic gaps of the vacuum switches (switches, relays). This is also observed when welding nodes into the device. As a result, there is a departure of the contact pressing set during assembly of the devices discussed above, and therefore, their reliability under conditions of exposure to mechanical loads and the stability of their characteristics are reduced. It is not possible to compensate for changes in contact pressing in these devices after their assembly, welding (sealing and vacuum-heat treatment), since there is no access to the contacts and moving elements of the electromagnet.

Таким образом, в рассмотренных выше конструкциях вакуумных переключателей (вакуумных реле на переключение) с электромагнитом поляризованного типа не решена радикально проблема стабилизации параметров и обеспечения надежной их работы в условиях воздействия механических нагрузок. Thus, in the constructions of vacuum switches (vacuum relays for switching) discussed above with a polarized type electromagnet, the problem of stabilizing the parameters and ensuring their reliable operation under mechanical loads is not radically solved.

Сущность изобретения заключается в том, что вакуумный переключатель, содержащий укрепленные в вакуумированной камере на вводах два неподвижных контакта, расположенный в зазоре между ними средний подвижный контакт, укрепленный на гибком элементе, в совокупности образующие вакуумную переключающую часть, механически связанную через изолятор подвижно с втяжным сердечником из магнитомягкого металла, управляемым электромагнитом поляризованного типа со встроенным механизмом регулирования контактного нажатия, отличается тем, что электромагнит в нем расположен перпендикулярно продольной оси вакуумной переключающей части с возможностью перемещения сердечника перпендикулярно к продольной оси вакуумной переключающей части в плоскости, совпадающей с направлением перемещения подвижного контакта при замыкании им цепи на неподвижные контакты, а механизм регулирования контактного нажатия выполнен в виде двух резьбовых втулок из магнитомягкого металла, например, из низкоуглеродистой стали, расположенных аксиально по центру оснований корпуса электромагнита и жестко закрепленных в них соосно с сердечником с двух его противоположных торцов, при этом подвижное соединение сердечника с вакуумной переключающей частью выполнено с помощью поводка в форме прямого стержня, ось которого расположена в плоскости перемещения подвижного контакта перпендикулярно оси сердечника и соосно с продольной осью вакуумной переключающей части, причем поводок одним концом жестко закреплен в сердечнике на равном расстоянии от его торцов, а свободный конец поводка подвижно сочленен с держателем изолятора через втулку из твердого металла, отверстие в которой выполнено по диаметру поводка и сферически скруглено по всему контуру. The essence of the invention lies in the fact that the vacuum switch containing two fixed contacts fixed in the vacuum chamber at the inlets, a middle movable contact located in the gap between them, mounted on a flexible element, together forming a vacuum switching part, mechanically connected through the insulator movably with the retraction core made of soft magnetic metal controlled by an electromagnet of polarized type with a built-in mechanism for regulating contact pressing, differs in that electro the agnit in it is located perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching part with the possibility of moving the core perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching part in a plane coinciding with the direction of movement of the movable contact when it closes the circuit to the fixed contacts, and the contact pressing control mechanism is made in the form of two threaded bushings of soft metal, for example, of low carbon steel, located axially in the center of the base of the body of the electromagnet and tightly closed located in them coaxially with the core from its two opposite ends, while the movable connection of the core with the vacuum switching part is made using a lead in the form of a straight rod, the axis of which is located in the plane of movement of the moving contact perpendicular to the axis of the core and coaxially with the longitudinal axis of the vacuum switching part, moreover, the lead at one end is rigidly fixed in the core at an equal distance from its ends, and the free end of the lead is movably articulated with the insulator holder through a sleeve made of solid o metal, the hole in which is made along the diameter of the leash and spherically rounded along the entire contour.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями [1-3] в том числе и с наиболее близким аналогом [4] позволяют сделать вывод, что заявляемый высоковольтный вакуумный переключатель отличается тем, что у него электромагнит расположен перпендикулярно продольной оси вакуумной переключающей части с возможностью перемещения сердечника перпендикулярно к продольной оси вакуумной переключающей части в плоскости, совпадающей с направлением перемещения подвижного контакта при замыкании им цепи на неподвижные контакты, а механизм регулирования контактного нажатия выполнен в виде двух резьбовых втулок из магнитомягкого металла, например из низкоуглеродистой стали, расположенных аксиально по центру оснований корпуса электромагнита и жестко закрепленных в них соосно с сердечником с двух его противоположных торцов, пир этом подвижное соединение сердечника с вакуумной переключающей частью выполнено с помощью поводка в форме прямого стержня, ось которого расположена в плоскости перемещения подвижного контакта перпендикулярно оси сердечника и соосно с продольной осью вакуумной переключающей части, причем поводок одним концом жестко закреплен в сердечнике на равном расстоянии от его торцов, а свободный конец поводка подвижно сочленен с держателем изолятора через втулку из твердого металла, отверстие в которой выполнено по диаметру поводка и сферически скруглено по всему контуру. Таким образом, заявляемый высоковольтный вакуумный переключатель соответствует критерию изобретения "новизна". Анализ известных технических решений в исследуемой области электротехники [1-4] позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявляемом высоковольтном вакуумном переключателе, и признать заявляемое техническое решение соответствующим изобретательскому уровню. Comparative analysis with known technical solutions [1-3] including the closest analogue [4] allows us to conclude that the inventive high-voltage vacuum switch is characterized in that its electromagnet is located perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching part with the ability to move the core perpendicularly to the longitudinal axis of the vacuum switching part in a plane coinciding with the direction of movement of the movable contact when it closes the circuit to fixed contacts, and the Contact pressing is made in the form of two threaded sleeves made of soft magnetic metal, for example, low-carbon steel, located axially in the center of the base of the electromagnet body and rigidly fixed therein coaxially with the core from its two opposite ends, while the movable connection of the core with the vacuum switching part is made with using a leash in the form of a straight rod, the axis of which is located in the plane of movement of the moving contact perpendicular to the axis of the core and coaxially with the longitudinal axis Vacuum switching part, wherein one end of the leash is rigidly fixed to the core at an equal distance from its ends, and the free end of the leash is movably articulated to a holder through an insulator bushing of hard metal, wherein the opening formed by the diameter of a lead and is rounded spherically around the loop. Thus, the claimed high-voltage vacuum switch meets the criteria of the invention of "novelty." Analysis of the known technical solutions in the studied field of electrical engineering [1-4] allows us to conclude that they lack features similar to the essential distinguishing features in the claimed high-voltage vacuum switch, and to recognize the claimed technical solution to the appropriate inventive step.

Совокупность перечисленных выше существенных признаков заявляемого изобретения обеспечивает достижение технического результата, который состоит в следующем. Расположение в предлагаемом вакуумном переключателе электромагнита перпендикулярно продольной оси вакуумной переключающей части с возможностью перемещения сердечника перпендикулярно к продольной оси вакуумной переключающей части в плоскости, совпадающей с направлением перемещения подвижного контакта при замыкании им цепи на неподвижные контакты, устранило недостатки, имеющиеся при соосном расположении электромагнита и вакуумной переключающей части [2 4] Достигается это за счет устранения расхода энергии магнитного поля на преодоление сил трения в подвижных сочленениях (ось сердечник и многоступенчатой передачи движения подвижному контакту, в случае наличия поводка сложной конфигурации), и потерь магнитного потока на рассеивание в "паразитных" магнитных зазорах, изменяющихся в сторону увеличения после вакуумно-термической обработки из-за остаточных напряжений в деталях, паяных и сварных швах. В совокупности отмеченное повышает надежность работы переключателя в условиях воздействия ускорения механических нагрузок. Этому способствует и устранение в предложенной конструкции заклинивания в подвижных сочленениях, поскольку в ней отсутствует подвеска сердечника на оси и передача движения подвижному контакту с помощью многоступенчатой передачи и поводка сложной конфигурации, а сердечник по направляющей втулке перемещается не в вакууме, где трение скольжения чрезвычайно велико, а при атмосферном давлении. Отметим также, что благодаря изложенному снижен ход сердечника для обеспечения надежного замыкания подвижного контакта на неподвижные. В результате повышено быстродействие переключателя без увеличения массы, габаритов и мощности его электромагнита. The combination of the above essential features of the claimed invention ensures the achievement of a technical result, which consists in the following. The location in the proposed vacuum switch of the electromagnet perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching part with the ability to move the core perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching part in a plane that coincides with the direction of movement of the movable contact when it closes the circuit to the fixed contacts, eliminated the disadvantages that are associated with the coaxial arrangement of the electromagnet and vacuum switching part [2 4] This is achieved by eliminating the energy consumption of the magnetic field to overcome the friction forces in the movable joints (the axis of the core and multi-stage motion transmission to the movable contact, in the case of a leash of complex configuration), and the loss of magnetic flux due to dispersion in the "spurious" magnetic gaps, which change upwards after vacuum-heat treatment due to residual stresses in parts, soldered and welded seams. Together, the above increases the reliability of the switch under the influence of acceleration of mechanical loads. This is also facilitated by the elimination of jamming in the movable joints in the proposed design, since it does not have a core suspension on the axis and motion transmission to the movable contact by means of a multi-stage gear and a complex lead, and the core does not move along the guide sleeve in a vacuum, where the sliding friction is extremely high, but at atmospheric pressure. We also note that, due to the above, the stroke of the core is reduced to ensure reliable closure of the movable contact to fixed ones. As a result, the speed of the switch is increased without increasing the mass, dimensions and power of its electromagnet.

Снабжение электромагнита переключателя двумя резьбовыми втулками из магнитомягкого металла и расположение их с двух противоположных сторон относительно торцов сердечника обеспечивает получение при регулировке оптимальной и одинаковой величины контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов у всех изготавливаемых в производстве переключателей. Важно, что достигается это в собранном вакуумном переключателе, т.е. когда вакуумный блок жестко состыкован с электромагнитом и отрицательное влияние на величину отклонения контактного нажатия от оптимального значения оказывает вся совокупность допусков изготовления деталей и узлов. Устранение отрицательного влияния этих допусков и установление оптимального контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов обеспечивается регулировкой местоположения каждой из втулок относительно сопредельных торцов сердечника, так как за счет этого ход сердечника от его среднего положения до каждой втулки увеличивается или уменьшается. Достигнуть этого же в конструкции переключателя при расположении регулировочных элементов в вакууме [4] не представляется возможным, поскольку после вакуумно-термической обработки в ней нет доступа к регулировочным элементам. Обеспечение оптимального и одинакового контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов способствует повышению надежности работы вакуумного пеpеключателя в условиях воздействия ускорения механических нагрузок, стабилизирует контактное сопротивление, параметры срабатывания и температуру перегрева контактов при пропускании через них тока высокой частоты. The supply of the electromagnet of the switch with two threaded sleeves of soft magnetic metal and their location on two opposite sides relative to the ends of the core ensures that, when adjusting the optimum and the same magnitude of the contact pressure on each of the fixed contacts of all switches manufactured in the production. It is important that this is achieved in the assembled vacuum switch, i.e. when the vacuum unit is rigidly docked with an electromagnet and the entire set of manufacturing tolerances of parts and assemblies adversely affects the magnitude of the contact depression deviation from the optimum value. The negative influence of these tolerances and the establishment of optimal contact pressing on each of the fixed contacts are eliminated by adjusting the location of each of the bushings relative to the adjacent ends of the core, since due to this, the stroke of the core from its middle position to each sleeve increases or decreases. It is not possible to achieve the same in the design of the switch when the adjustment elements are in vacuum [4], because after vacuum-heat treatment it does not have access to the adjustment elements. Ensuring optimal and uniform contact pressing on each of the fixed contacts helps to increase the reliability of the vacuum switch under the influence of acceleration of mechanical loads, stabilizes contact resistance, response parameters and contact overheating temperature when a high frequency current is passed through them.

Выполнение механизма регулировки в виде двух резьбовых втулок из магнитомягкого металла, расположенных вне вакуумированной оболочки, обеспечивает плавную регулировку хода сердечника и заданную точность выставления оптимального контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов после вакуумно-термической обработки, т.е. с компенсацией изменений межконтактного и рабочего магнитного зазоров из-за остаточных механических напряжений в деталях и узлах. В результате повышается надежность работы переключателя при сохранении тяговых хаpактеристик его электромагнита. Кроме того, упрощается процесс установления и контроля непосредственно при сборке величины контактного нажатия каждого переключателя после его вакуумно-термической обработки. Жесткое закрепление резьбовых втулок в основании из магнитомягкого металла соосно с сердечником с двух его противоположных тоpцов исключает возможность изменения установленного пpи pегулиpовке контактного нажатия, что сохpаняет стабильными паpаметры сpабатывания и повышает тем самым надежность pаботы переключателя в условиях воздействия механических нагрузок и при длительной коммутации. Этому же способствует и выполнение втулок из магнитомягкого металла, поскольку благодаря этому обеспечивается замкнутая цепь магнитопровода электромагнита. The implementation of the adjustment mechanism in the form of two threaded sleeves of soft magnetic metal located outside the evacuated shell provides a smooth adjustment of the core stroke and the specified accuracy of setting the optimal contact pressure for each of the fixed contacts after vacuum-heat treatment, i.e. with compensation for changes in the contact and working magnetic gaps due to residual mechanical stresses in parts and assemblies. As a result, the reliability of the switch increases while maintaining the traction characteristics of its electromagnet. In addition, the process of establishing and monitoring directly during assembly of the contact pressure of each switch after its vacuum-heat treatment is simplified. Rigid fastening of the threaded bushings in the base of soft magnetic metal coaxially with the core from its two opposite ends eliminates the possibility of changing the contact pressure during adjustment, which keeps the operation parameters stable and thereby increases the reliability of the switch operation under mechanical stress and long-term switching. The implementation of bushings made of soft magnetic metal also contributes to this, since this ensures a closed circuit of the electromagnet magnetic circuit.

Сочленение электромагнита с вакуумной переключающей частью (блоком) поводком в форме круглого стержня и расположение оси поводка в плоскости перемещения подвижного контакта перпендикулярно оси сердечника и соосно с продольной осью вакуумного переключающего блока (при среднем положении подвижного контакта) существенно упростило конструкцию и процесс сочленения вакуумного переключающего блока с электромагнитом. В совокупности с жестким закреплением поводка в сердечнике на равном расстоянии от его торцов это обеспечило симметричность хода сердечника относительно продольной оси переключателя и минимальную величину его, необходимую для компенсации гарантированного зазора между поверхностью поводка и отверстия во втулке держателя изолятора. Выполнение сферической поверхности по контуру отверстия во втулке держателя изолятора или на конце поводка обеспечило высокую подвижность соединения при минимальном гарантированном зазоре между соприкасающимися поверхностями поводка и втулки. Малый износ этих поверхностей вследствие обеспечения между ними при указанном исполнении трения качения вместо трения скольжения и выполнения поводка и втулки из твердого металла, обеспечило стабильность характеристик срабатывания и контактного сопротивления при длительной коммутации. The articulation of the electromagnet with the vacuum switching part (block) of the leash in the form of a round rod and the location of the axis of the leash in the plane of movement of the movable contact perpendicular to the axis of the core and coaxial with the longitudinal axis of the vacuum switching block (with the middle position of the moving contact) greatly simplified the design and process of coupling the vacuum switching block with an electromagnet. Together with rigid fastening of the lead in the core at an equal distance from its ends, this ensured the symmetry of the core travel relative to the longitudinal axis of the switch and its minimum value necessary to compensate for the guaranteed clearance between the surface of the lead and the hole in the sleeve of the insulator holder. The execution of a spherical surface along the contour of the hole in the sleeve of the insulator holder or at the end of the lead provided high mobility of the connection with a minimum guaranteed gap between the contacting surfaces of the lead and the sleeve. The low wear of these surfaces due to the provision of rolling friction between them for the specified design instead of sliding friction and the execution of a lead and sleeve made of hard metal, ensured the stability of the response characteristics and contact resistance during long-term switching.

Таким образом, совокупность отмеченных выше признаков позволяет получить технический эффект, состоящий в устранении: расхода энергии магнитного поля на преодоление сил трения в подвижных сочленениях, потерь магнитного потока на рассеивание в "паразитных" магнитных зазорах и заклинивания в подвижных сочленениях; в снижении хода сердечника и повышении быстродействия; в устранении отрицательного влияния на надежность работы допусков изготовления деталей и узлов, а так же в компенсации изменения межконтактного и рабочего магнитного зазоров после вакуумно-термической обработки. В итоге повышена надежность работы переключателя в условиях воздействия ускорений механических нагрузок и при длительной коммутации, стабилизированы параметры срабатывания, контактное сопротивление и температура перегрева контактов без увеличения его массы и габаритов. Thus, the combination of the above signs allows you to get a technical effect, consisting in eliminating: the consumption of magnetic field energy to overcome friction in moving joints, loss of magnetic flux due to dispersion in "spurious" magnetic gaps and jamming in moving joints; in reducing the stroke of the core and increasing speed; in eliminating the negative impact on the reliability of the tolerances for the manufacture of parts and assemblies, as well as in compensating for changes in the contact and working magnetic gaps after vacuum-heat treatment. As a result, the reliability of the switch is increased under the influence of accelerations of mechanical loads and during long-term switching, the response parameters, contact resistance and contact temperature are overheated without increasing its mass and dimensions.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого высоковольтного вакуумного переключателя; на фиг. 2 то же, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the proposed high-voltage vacuum switch; in FIG. 2 same, section AA in FIG. one; in FIG. 3 section BB in FIG. one.

Возможность осуществления изобретения подтверждается представлением конструкции переключателя во взаимосвязи входящих в него элементов. Вакуумный переключатель состоит из вакуумного переключающего блока и электромагнитной системы управления поляризованного типа (с магнитной "защелкой") с втяжным сердечником. The possibility of carrying out the invention is confirmed by the representation of the design of the switch in relation to its constituent elements. The vacuum switch consists of a vacuum switching unit and an electromagnetic control system of a polarized type (with a magnetic “latch”) with a retractor core.

Вакуумный переключающий блок состоит из трех одинаковых соосно расположенных керамических цилиндров 1 3, между которыми расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумплотно припаянные к торцовым поверхностям керамических цилиндров. Выводы 4 и 5 неподвижных контактов выполнены за одно целое с неподвижными контактами 7 и 8 для уменьшения сопротивления токопрохождению и снижения нагрева. С этой же целью они выполнены из немагнитного высокопроводящего металла. В случае необходимости дополнительного демпфирования, неподвижные контакты 7 и 8 могут быть выполнены отдельно от вывода из термоупругого немагнитного металла (например молибдена) и механически прочно и электрически надежно соединены с выводами 4 и 5 с помощью пайки, сварки и др. В зазоре между неподвижными контактами 7 и 8 расположен цилиндрический подвижный контакт 9 из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего металла, который вакуумплотно спаян с мембраной 10 из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего термоупругого металла. Вместо мембраны может быть использован и сильфон, особенно в случае необходимости повышения количества коммутационных операций. Выходящий из мембраны конец подвижного контакта 9 механически прочно спаян с изоляционным стержнем 11 из керамики, с которым также механически прочно спаян держатель 12 изоляционного стержня 11. В отверстии его свободного конца с помощью пайки жестко закреплена втулка 13 из твердого металла, внутренняя поверхность отверстия в которой выполнена сферической. The vacuum switching unit consists of three identical coaxially arranged ceramic cylinders 1 3, between which there are copper thin-walled conclusions 4 and 5 of the fixed and output 6 of the movable contacts, vacuum-tightly soldered to the end surfaces of the ceramic cylinders. The conclusions 4 and 5 of the fixed contacts are made in one piece with the fixed contacts 7 and 8 to reduce the resistance to current transmission and reduce heat. For the same purpose, they are made of non-magnetic highly conductive metal. If additional damping is necessary, the fixed contacts 7 and 8 can be made separately from the terminal of thermoelastic non-magnetic metal (for example, molybdenum) and mechanically firmly and electrically reliably connected to terminals 4 and 5 by soldering, welding, etc. In the gap between the fixed contacts 7 and 8, a cylindrical movable contact 9 of molybdenum or other non-magnetic highly conductive metal is located, which is vacuum tightly soldered to the membrane 10 of molybdenum or other non-magnetic highly conductive thermo-elastic GoGo metal. Instead of a membrane, a bellows can also be used, especially if it is necessary to increase the number of switching operations. The end of the movable contact 9 leaving the membrane is mechanically firmly soldered to the ceramic insulating rod 11, with which the holder 12 of the insulating rod 11 is also mechanically firmly soldered. A sleeve 13 made of solid metal is rigidly fixed by soldering to the opening of the hole, the inner surface of the hole in which made spherical.

К нижнему торцу керамического цилиндра 3 механически прочно прикреплено переходное кольцо 14, которое служит для скрепления вакуумного переключающего блока (вакуумной переключающей части) с электромагнитной системой управления. На кольце 14 с помощью пайки механически прочно закреплен фланец 15, служащий для крепления переключателя на рабочем месте в аппаратуре. К торцу вывода 4 вакуумплотно припаяна заглушка 16, пайка которой для снижения термических напряжений в зоне спая производится либо с применением компенсационного кольца 17 из молибдена или керамики, либо с утончением вывода в зоне спая. Для сохранения и поддержания в объеме переключателя рабочего давления в течении заданного срока службы и хранения переключатель снабжен нераспыляемым газопоглотителем 18. Он крепится либо на заглушке 16, либо на неподвижных контактах. Последнее предпочтительнее, ибо его поглотительная способность повышается с увеличением температуры, из-за нагрева контактов пропускаемым током высокой частоты. При использовании штенгельной откачки в центре заглушки 16 припаивается вакуумплотно штенгель 19, который по завершению вакуумно-технологической обработки вакуумплотно пережимается, а затем закрывается защитным колпачком 20. An adapter ring 14 is mechanically firmly attached to the lower end of the ceramic cylinder 3, which serves to fasten the vacuum switching unit (vacuum switching part) with an electromagnetic control system. On the ring 14, by means of soldering, a flange 15 is mechanically firmly fixed, which serves to mount the switch at the workplace in the equipment. A plug 16 is soldered to the end face of terminal 4, the brazing of which is done to reduce thermal stresses in the joint zone either by using a compensation ring 17 made of molybdenum or ceramic or by thinning the terminal in the joint zone. To maintain and maintain the working pressure in the volume of the switch for a given life and storage, the switch is equipped with a non-sprayable getter 18. It is mounted either on plug 16 or on fixed contacts. The latter is preferable, because its absorption capacity increases with increasing temperature, due to the heating of the contacts by a transmitted high-frequency current. When using plug-in pumping, a vacuum-tight plug 19 is soldered in the center of the plug 16, which, upon completion of the vacuum-technological treatment, is vacuum-tightened and then closed with a protective cap 20.

Электромагнитная система управления включает цилиндр 21, с которым механически прочно (сваркой, пайкой и др.) скреплен цилиндрический корпус 22 электромагнита из магнитомягкого металла, например, из низкоуглеродистой стали, ось которого расположена в плоскости перемещения подвижного контакта, причем сам корпус 23 расположен симметрично относительно продольной оси вакуумной переключающей части. Соединенный подвижно верхним концом с минимальным гарантированным зазорам со втулкой 13, поводок 23 жестко скреплен (пайкой, сваркой и т.д.) с сердечником 24 из магнитомягкого металла и расположен симметрично относительно его торцов. При этом, в среднем (нейтральном) положении сердечника 24, поводок 23 расположен соосно с продольной осью вакуумного переключающего блока. Ограничение хода сердечника 24 с каждой из сторон обеспечено резьбовыми втулками 25 и 26 из магнитомягкого металла. Регулировка хода сердечника 24 в каждую из сторон, а следовательно, и величины контактного нажатия в каждой из пар замкнутых контактов, обеспечивается ввинчиванием или вывинчиванием втулок 25 и 26 по центру оснований 27 и 28 из магнитомягкого металла. Основания 27 и 28 жестко скреплены (пайкой, сваркой и др.) с корпусом электромагнита 22. После регулировки местоположения втулок 25 и 2, для обеспечения оптимального контактного нажатия на каждый из неподвижных контактов, они жестко (сваркой и др.) закрепляются в основаниях 27 и 28. Для обеспечения перемещения сердечника 24 строго перпендикулярно продольной оси вакуумного переключающего блока и в плоскости перемещения подвижного контакта, сердечник 24 помещен в направляющую втулку 29 из немагнитного металла (латунь и др.). На внешней поверхности втулки 29 строго посередине и диаметрально противоположно закреплены два постоянных магнита 30 и 31 в форме секторов с радиальным направлением силовых линий магнитного поля) с радиальным намагничиванием). По обе стороны от постоянных магнитов 30 и 31 расположены обмотки управления 32 и 33, намотанные на каркасы 34 и 35 таким образом, что при подаче напряжения питания в них создается управляющий магнитный поток, противоположно направленный поляризующему магнитному потоку постоянных магнитов 30 и 31. Каждая из обмоток (или совместно) закрыта охранным цилиндром 36 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на вывода 37 изолятора 38. Для обеспечения перемещения поводка 23 совместно с сердечником 24 в плоскости перемещения подвижного контакта, в корпусе 22, втулке 29 и цилиндре 36 выполнен продольный паз в плоскости перемещения подвижного контакта, длина которого больше максимального перемещения поводка 23 с сердечником 24 в каждую из сторон, а ширина его больше диаметра поводка 23 или держателя 12. The electromagnetic control system includes a cylinder 21, with which the cylindrical body 22 of an electromagnet of magnetically soft metal, for example, of low carbon steel, whose axis is located in the plane of movement of the movable contact, is mechanically firmly fixed (by welding, soldering, etc.), and the case 23 itself is located symmetrically with longitudinal axis of the vacuum switching part. Movably connected by its upper end with a minimum guaranteed gaps with the sleeve 13, the leash 23 is rigidly fastened (by soldering, welding, etc.) to the core 24 of soft magnetic metal and is located symmetrically relative to its ends. At the same time, in the middle (neutral) position of the core 24, the leash 23 is located coaxially with the longitudinal axis of the vacuum switching unit. The stroke limit of the core 24 on each side is provided by threaded bushings 25 and 26 of soft magnetic metal. Adjusting the stroke of the core 24 to each side, and therefore the magnitude of the contact pressure in each of the pairs of closed contacts, is provided by screwing or unscrewing the bushings 25 and 26 in the center of the bases 27 and 28 of soft magnetic metal. The bases 27 and 28 are rigidly fastened (by soldering, welding, etc.) with the body of the electromagnet 22. After adjusting the location of the bushings 25 and 2, to ensure optimal contact pressing on each of the fixed contacts, they are firmly (by welding, etc.) fixed in the bases 27 and 28. To ensure the movement of the core 24 strictly perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switching unit and in the plane of movement of the movable contact, the core 24 is placed in a guide sleeve 29 of non-magnetic metal (brass, etc.). Two permanent magnets 30 and 31 in the form of sectors with a radial direction of magnetic field lines (with radial magnetization) are fixed on the outer surface of the sleeve 29 exactly in the middle and diametrically opposed. On both sides of the permanent magnets 30 and 31, control windings 32 and 33 are located, wound on the frames 34 and 35 so that when a supply voltage is applied to them, a control magnetic flux is created, oppositely directed to the polarizing magnetic flux of the permanent magnets 30 and 31. Each of the windings (or together) is closed by a guard cylinder 36 of insulating material. The wiring of the winding wire is made at the output 37 of the insulator 38. To ensure the movement of the lead 23 together with the core 24 in the plane of movement of the movable contact, in the housing 22, the sleeve 29 and the cylinder 36, a longitudinal groove is made in the plane of movement of the movable contact, the length of which is longer than the maximum movement of the lead 23 with a core 24 on each side, and its width is greater than the diameter of the leash 23 or holder 12.

При сочленении вакуумного переключающего блока с электромагнитной системой управления поводок 23 входит в отверстие втулки 14 с минимальным гарантированным зазором, что в совокупности с выполнением сферической поверхности в отверстии втулки 14 или на конце поводка 23, обеспечивает высокую степень подвижности соединения с минимальным "паразитным" люфтом и незначительным износом сопрягаемых поверхностей при длительной коммутации, поскольку при этом имеет место трение качения (а не скольжения) поверхностей из твердых металлов упомянутых элементов. После сочленения вакуумной переключающей части и электромагнитной системы управления переходное кольцо 23 и цилиндр 21 жестко скрепляют между собой, например, с помощью сварки, а затем с помощью регулировки положения втулок 25 и 26 устанавливают требуемое контактное нажатие последовательно сначала на один, а затем на другой неподвижный контакты. По завершении регулировки втулки 25 и 26 жестко (например, с помощью сварки) скрепляют с основаниями электромагнита 27 и 28. When articulating a vacuum switching unit with an electromagnetic control system, the lead 23 enters the hole of the sleeve 14 with a minimum guaranteed clearance, which, combined with the spherical surface in the hole of the sleeve 14 or at the end of the lead 23, provides a high degree of mobility of the connection with a minimum "spurious" play and insignificant wear of the mating surfaces during long-term switching, since there is rolling friction (and not sliding) of the hard metal surfaces of the above-mentioned ementov. After the vacuum switching part and the electromagnetic control system are connected, the adapter ring 23 and the cylinder 21 are rigidly fastened together, for example, by welding, and then, by adjusting the position of the bushings 25 and 26, the required contact pressure is set sequentially first on one and then on the other stationary contacts. Upon completion of the adjustment, the bushings 25 and 26 are firmly fastened (for example, by welding) to the bases of the electromagnet 27 and 28.

Переключатель имеет дистанционное импульсное управление, с фиксацией подвижного контакта в каждом из крайних положений постоянными магнитами. Благодаря этому он потребляет электроэнергию на управление кратковременно только в момент срабатывания. В исходном состоянии подвижный контакт 9 замкнут на один (любой) из неподвижных контактов, например верхний неподвижный контакт 8. В этом случае ток высокой частоты проходит с вывода 4 на неподвижный контакт 8 и далее на подвижный контакт 9, а затем на вывод 6. В этом исходном положении основной поляризующий магнитный поток постоянных магнитов замкнут по следующему пути: постоянные магниты 30 и 31, часть сердечника 24, прилегающая к втулке 26, втулка 26, основание 28, корпус 22 и далее постоянные магниты 30 и 31. The switch has a remote pulse control, with the fixation of the movable contact in each of the extreme positions by permanent magnets. Due to this, it consumes electricity for control for a short time only at the moment of operation. In the initial state, the movable contact 9 is closed to one (any) of the fixed contacts, for example, the upper fixed contact 8. In this case, the high-frequency current passes from terminal 4 to the fixed contact 8 and then to the movable contact 9, and then to terminal 6. B In this initial position, the main polarizing magnetic flux of permanent magnets is closed in the following way: permanent magnets 30 and 31, a part of the core 24 adjacent to the sleeve 26, the sleeve 26, the base 28, the housing 22 and then the permanent magnets 30 and 31.

Переключатель работает следующим образом. Для переключения подвижного контакта 9 на нижний неподвижный контакт 7 на обмотку управления 33 подается управляющий импульс напряжения 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 управляющего потоков, за счет магнитного потока постоянных магнитов во второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного потока постоянных магнитов на вторую ветвь, сердечник 24 перебрасывается во второе устойчивое состояние ко второй втулке 25 и в ту же сторону перемещается жестко связанный с сердечником 24 поводок 23. При своем движении конец поводка 23, перекатываясь по сферической поверхности втулки 13, заставляет перемещаться держатель 12 в той же плоскости. За счет прогиба при этом мембраны 10 движение от держателя 13 через изолятор 11 передается подвижному контакту 9 до замыкания его на неподвижный контакт 7. Кинематическая схема взаимодействующих при коммутации подвижных элементов подбирается таким образом, что замыкание контактов происходит несколько раньше, чем сердечник 24 достигает торцовой поверхности втулки 25. При дальнейшем движении сердечника 24 до упора на втулку 25 создается нужное контактное нажатие. Для возвращения подвижного контакта 9 к верхнему неподвижному контакту 8, напряжение соответствующей полярности и величины падают на обмотку 32. The switch operates as follows. To switch the movable contact 9 to the lower fixed contact 7, a control pulse of voltage with a polarity is supplied to the control winding 33, creating a magnetic flux in the control winding that is opposite to the magnetic flux of the permanent magnet in this branch. When the polarizing and control fluxes are equal in the magnetic circuit of this branch, due to the magnetic flux of permanent magnets in the second branch and the instant redistribution of the main magnetic flux of permanent magnets to the second branch, core 24 is transferred to the second stable state to the second sleeve 25 and in the same direction the lead 23 is moved rigidly connected to the core 24. During its movement, the end of the lead 23, rolling along the spherical surface of the sleeve 13, makes the holder 12 move in the same plane bones. Due to the deflection of the membrane 10, the movement from the holder 13 through the insulator 11 is transmitted to the movable contact 9 until it is closed to the fixed contact 7. The kinematic scheme of the moving elements interacting during switching is selected so that the contact closes somewhat earlier than the core 24 reaches the end surface the sleeve 25. With the further movement of the core 24 to the stop on the sleeve 25 creates the desired contact pressing. To return the movable contact 9 to the upper fixed contact 8, the voltage of the corresponding polarity and magnitude fall on the winding 32.

Claims

1. A high-voltage vacuum switch containing two fixed contacts in the reinforced chamber at the inputs, an intermediate movable contact located between them, mounted on a flexible element, which together form a vacuum switching part (block), mechanically connected through an insulator movably with a retractable core made of soft magnetic metal, controlled by an electromagnet of polarized type with an integrated mechanism for regulating contact pressing, characterized in that the electromagnet is perpendicular to the longitudinal axis of the vacuum switch portion is movable core perpendicular to its longitudinal axis in a plane coinciding with the direction of movement of the movable contact when the circuit closing them on the fixed contacts.

2. The switch according to claim 1, characterized in that the contact pressing control mechanism is made in the form of two threaded sleeves of soft magnetic metal, for example, low-carbon steel, located axially in the center of the base of the electromagnet body and rigidly fixed therein coaxially with the core from its two opposite end faces.

3. The switch according to claim 1, characterized in that the movable joint of the core with the vacuum switching part is made using a lead in the form of a straight rod, the axis of which is located in the plane of movement of the moving contact perpendicular to the axis of the core and coaxially with the longitudinal axis of the vacuum switching part.

4. The switch according to claims 1 and 2, characterized in that the lead at one end is rigidly fixed in the core at an equal distance from its ends, and its free end is movably articulated with the insulator holder through a metal sleeve, the hole in which is made along the diameter of the lead and rounded spherically around the contour.