RU2314588C1

RU2314588C1 - High-voltage vacuum switch

Info

Publication number: RU2314588C1
Application number: RU2006110689/09A
Authority: RU
Original assignee: Пензенская государственная технологическая академия
Priority date: 2006-04-03
Filing date: 2006-04-03
Publication date: 2008-01-10

Abstract

FIELD: heavy-power stationary, mobile, and airborne electrical and radio equipment characterized in low power requirement for controlling its components.

SUBSTANCE: proposed switch has electromagnetic control system incorporating polarizing permanent magnet that functions to hold movable contact in two extreme positions upon deenergizing electromagnet control coils. Flexible ribbon contact whose surface protrudes above contacting surface of rigid fixed contact by at least 1-2 of contact gap tolerance is installed in parallel with each of rigid fixed contacts of switch. Flexible ribbon contacts are disposed on side opposite to contacting surface of rigid fixed contacts and are tightly secured on their leads. Top part of flexible ribbon contacts is bent out at their contacting point in direction opposite to additional U-shaped movable contact. Flexible ribbon contacts are made of heat-resistance highly conductive nonmagnetic material characterized in low susceptibility to diffusion welding in high vacuum (for instance, molybdenum) and can be made in the form of stack of thin plates.

EFFECT: enhanced throughput capacity with respect to high-frequency currents and resistance to mechanical thrusts, as well as cyclic stability of membrane at same size and mass.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к высоковольтным вакуумным переключателям, в которых используется электромагнитная система управления с поляризующим постоянным магнитом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положениях после снятия напряжения питания с обмоток управления электромагнита.The invention relates to high-voltage vacuum switches, which use an electromagnetic control system with a polarizing permanent magnet, which ensures that the movable contact is held in two extreme positions after removing the supply voltage from the control windings of the electromagnet.

Предлагаемый переключатель предназначен для коммутации высоковольтных электрических и радиотехнических цепей и может найти применение в мощной стационарной, передвижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одним из важнейших требований к которой является малое потребление электрической энергии элементами на их управление.The proposed switch is designed for switching high-voltage electrical and radio circuits and can find application in powerful stationary, mobile and on-board electrical and radio equipment, one of the most important requirements of which is the low consumption of electric energy by the elements for their control.

Переключатель в аппаратуре может быть использован для переключения источников питания и нагрузок, антенных цепей, отводов катушки высокочастотного контура, конденсаторов высоковольтных высокочастотных цепей в антенно-согласующих устройствах и т.д.The switch in the equipment can be used to switch power supplies and loads, antenna circuits, high-frequency coil taps, capacitors of high-voltage high-frequency circuits in antenna matching devices, etc.

Известные вакуумные переключатели, выключатели и реле с поляризующим постоянным магнитом, используемые для этих целей, имеют ряд существенных недостатков.Known vacuum switches, switches and relays with a polarizing permanent magnet used for these purposes have a number of significant drawbacks.

Так, например, в вакуумном переключателе, описанном в [1], поляризующие постоянные магниты закреплены непосредственно на высоковольтных выводах, а обмотка управления расположена на оболочке из стекла, т.е. поляризующий магнитный поток в этом переключателе замыкается через «длинные воздушные» промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивания энергии магнитного поля. Большие потери энергии магнитного поля существенно снижают силу удержания подвижного контакта в двух его крайних положениях, что резко снижает устойчивость переключателя к воздействию механических нагрузок. Кроме того, снижение при этом контактного нажатия ведет к повышению контактного сопротивления, а следовательно, к повышению потерь на нем и увеличению нагрева переключателя.So, for example, in the vacuum switch described in [1], polarizing permanent magnets are mounted directly on the high voltage terminals, and the control winding is located on a glass shell, i.e. the polarizing magnetic flux in this switch closes through the "long air" gaps. The presence of large air gaps leads to significant magnetic resistance and large fluxes of energy dissipation of the magnetic field. Large energy losses of the magnetic field significantly reduce the retention force of the movable contact in its two extreme positions, which sharply reduces the resistance of the switch to mechanical stress. In addition, a decrease in contact pressure leads to an increase in contact resistance, and consequently, to an increase in losses on it and an increase in the heating of the switch.

Другим не менее существенным недостатком данного переключателя является его низкая пропускная способность по току на высокой частоте из-за малого сечения и большой длины подвижного контакта. Кроме того, расположение постоянных магнитов на выводах, выполнение выводов из ковара, а якоря электромагнитной системы управления из магнитомягкого металла (пермендюр) исключает возможность пропускания через данный переключатель даже малых токов высокой частоты.Another no less significant drawback of this switch is its low current throughput at a high frequency due to the small cross section and long movable contact. In addition, the location of permanent magnets at the terminals, the execution of conclusions from the carpet, and the armature of the electromagnetic control system made of soft magnetic metal (permendure) excludes the possibility of passing even small high-frequency currents through this switch.

В конструкции вакуумного реле на переключение [2] приняты меры по снижению потоков рассеивания магнитного поля постоянного магнита и обеспечению пропускания через замкнутые контакты тока высокой частоты.In the design of the switching vacuum relay [2], measures have been taken to reduce the flux of the magnetic field of the permanent magnet and to ensure that high-frequency current is transmitted through closed contacts.

Однако и это вакуумное реле на переключение имеет существенный недостаток, состоящий в том, что вследствие малого рабочего сечения подвижного контакта на высокой частоте и особенно гибкой его мембраны из-за «скин-эффекта» в сравнении с сечением выводов реле имеет низкую пропускную способность по току на высокой частоте. Вследствие малого рабочего сечения мембраны, особенно в месте ее спая с подвижным контактом, имеет место большое сопротивление высокочастотному току, что в итоге ведет к значительным потерям энергии высокой частоты на нагрев мембраны в месте ее спая с подвижным контактом (до температур порядка 250-350°С). В совокупности с механической на нее нагрузкой от атмосферного давления и циклического изгиба в момент переключения подвижного контакта это ведет к резкому снижению циклической износостойкости мембраны, а следовательно, к снижению надежности работы данного реле.However, this vacuum switching relay also has a significant drawback, namely, due to the small working cross section of the movable contact at a high frequency and its especially flexible membrane, due to the skin effect, compared to the cross section of the relay leads, it has a low current throughput at high frequency. Due to the small working cross section of the membrane, especially in the place of its junction with a movable contact, there is a high resistance to high-frequency current, which ultimately leads to significant losses of high-frequency energy for heating the membrane in the place of its junction with a movable contact (to temperatures of the order of 250-350 ° FROM). Together with the mechanical load on it from atmospheric pressure and cyclic bending at the moment of switching the movable contact, this leads to a sharp decrease in the cyclic wear resistance of the membrane and, consequently, to a decrease in the reliability of this relay.

Ближайшим техническим решением является конструкция вакуумного переключателя, предложенная в [3]. Устранение отмеченных выше недостатков в его конструкции достигнуто тем, что закрепленный в нем на гибкой мембране подвижный контакт стержневого типа снабжен дополнительным упругим ленточным контактом П- или ∧-образной формы, боковые части которого расположены по обе стороны от подвижного контакта в образованном между подвижным и каждым из неподвижных контактов зазоре и закреплены нижними концами непосредственно на выводе подвижного контакта. Кроме того, дополнительный ленточный контакт выполнен с возможностью перемещения его верхней части вдоль подвижного контакта при прогибе его боковых частей после замыкания цепи для создания контактного нажатия. Причем боковые части дополнительного контакта установлены относительно подвижного контакта с зазором, величина которого определяется требуемым контактным нажатием и выбирается равной или превышающей величину прогиба боковых частей дополнительного контакта. Благодаря отмеченному обеспечено существенное увеличение пропускаемого через замкнутые контакты тока высокой частоты и циклической прочности мембраны.The closest technical solution is the design of the vacuum switch, proposed in [3]. Elimination of the drawbacks noted above in its design is achieved by the fact that the rod-type movable contact fixed to it on a flexible membrane is provided with an additional elastic tape contact of a U- or образ-shape, the lateral parts of which are located on both sides of the movable contact formed between the movable and each from the fixed contacts the gap and are fixed by the lower ends directly on the output of the movable contact. In addition, an additional tape contact is made with the possibility of moving its upper part along the movable contact when the deflection of its side parts after circuit closure to create contact pressing. Moreover, the side parts of the additional contact are set relative to the movable contact with the gap, the value of which is determined by the required contact pressure and is chosen equal to or greater than the deflection of the side parts of the additional contact. Thanks to the aforesaid, a substantial increase in the high frequency current transmitted through closed contacts and the cyclic membrane strength is ensured.

Однако и этот вакуумный переключатель [3], наряду с упомянутым выше вакуумным реле, имеет общие с ним существенные недостатки. Один из них состоит в том, что в нем контактирование каждого жесткого неподвижного контакта с подвижным контактом происходит в одной точке малого сечения вследствие достаточно высокой твердости используемых материалов контактов для исключения их диффузионного сваривания в высоком вакууме и ограниченной по той же причине величины контактного нажатия. Малое сечение контактного перехода на высокой частоте является причиной сравнительно большого сопротивления замкнутых контактов, а следовательно, значительных потерь мощности высокой частоты на нагрев контактов. В результате это естественно ограничивает допустимую величину пропускаемого через эти переключатели тока высокой частоты. Вследствие того, что в этом переключателе неподвижный контакт выполнен жестким, он не имеет возможности перемещаться вместе с подвижным контактом при воздействием механических нагрузок, что является причиной размыкания цепи замкнутых контактов при воздействии вибрационных и ударных нагрузок, особенно в том случае, когда ускорение механических нагрузок направлено перпендикулярно продольной оси переключателя и совпадает с плоскостью перемещения подвижного контакта. Кроме того, в момент замыкания таких контактов мембрана, кроме ее естественного изгиба, испытывает дополнительно воздействие ударного импульса, действующего на сдвиг, что снижает циклопрочность мембраны.However, this vacuum switch [3], along with the aforementioned vacuum relay, has significant disadvantages in common with it. One of them is that in it the contacting of each rigid fixed contact with the movable contact occurs at one point of small cross section due to the sufficiently high hardness of the contact materials used to exclude diffusion welding in high vacuum and the contact pressure limited for the same reason. The small cross section of the contact transition at a high frequency is the reason for the relatively high resistance of the closed contacts, and therefore, significant losses of high-frequency power for heating the contacts. As a result, this naturally limits the allowable amount of high-frequency current passed through these switches. Due to the fact that the fixed contact is rigid in this switch, it is not able to move together with the moving contact under the influence of mechanical loads, which causes the circuit of closed contacts to open under the influence of vibration and shock loads, especially when the acceleration of mechanical loads is directed perpendicular to the longitudinal axis of the switch and coincides with the plane of movement of the movable contact. In addition, at the moment of closing such contacts, the membrane, in addition to its natural bending, also experiences the influence of a shock pulse acting on shear, which reduces the cyclical strength of the membrane.

Таким образом, в рассмотренных выше конструкциях вакуумных переключателей проблема существенного повышения пропускаемого тока высокой частоты при одновременном повышении устойчивости к воздействию механических нагрузок и циклопрочности мембраны без увеличения массы и габаритов не нашла эффективного решения.Thus, in the above designs of vacuum switches, the problem of a significant increase in the transmitted high-frequency current while increasing the resistance to mechanical stress and cyclopressure of the membrane without increasing the mass and dimensions did not find an effective solution.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что в отличие от известных, в предлагаемом вакуумном переключателе параллельно каждому из жестких неподвижных контактов установлен упругий ленточный контакт, контактирующая поверхность которого выполнена выступающей над контактирующей поверхностью жесткого неподвижного контакта, по крайней мере, на 1-2 допуска на межконтактный зазор, причем упругие ленточные контакты расположены с противоположной стороны от контактирующей поверхности жестких неподвижных контактов и электрически плотно закреплены на их выводах, верхняя часть упругих контактов в месте их контактирования отогнута в противоположном направлении от П-образного дополнительного подвижного контакта, а сами упругие ленточные контакты изготовлены из термостойкого высокопроводящего немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена. Кроме того, упругие ленточные контакты могут быть выполнены в виде пакета тонких пластин.The essence of the invention lies in the fact that, in contrast to the known ones, in the proposed vacuum switch, an elastic tape contact is installed parallel to each of the rigid fixed contacts, the contact surface of which is protruding above the contact surface of the rigid fixed contact for at least 1-2 tolerances contact gap, moreover, elastic tape contacts are located on the opposite side from the contact surface of the rigid fixed contacts and electrical and are tightly fixed to their terminals, the upper part of the elastic contacts at their contact point is bent in the opposite direction from the U-shaped additional movable contact, and the elastic tape contacts themselves are made of heat-resistant high-conductivity non-magnetic material with a low tendency to diffusion welding in high vacuum, for example, molybdenum. In addition, elastic tape contacts can be made in the form of a package of thin plates.

Сопоставительный анализ с известными техническими решениями позволяет сделать вывод о том, что заявляемый вакуумный переключатель отличается тем, что в нем параллельно каждому из жестких неподвижных контактов установлен упругий ленточный контакт, контактирующая поверхность которого выполнена выступающей над контактирующей поверхностью жесткого неподвижного контакта, по крайней мере, на 1-2 допуска на межконтактный зазор, причем упругие ленточные контакты расположены с противоположной стороны от контактирующей поверхности жестких неподвижных контактов и электрически плотно закреплены на их выводах, верхняя часть упругих контактов, в месте их контактирования отогнута в противоположном направлении от П-образного дополнительного подвижного контакта, а сами упругие ленточные контакты изготовлены из термостойкого высокопроводящего немагнитного материала с малой склонностью к диффузионному свариванию в высоком вакууме, например из молибдена. Кроме того, упругие ленточные контакты могут быть выполнены в виде пакета тонких пластин.A comparative analysis with known technical solutions allows us to conclude that the inventive vacuum switch is characterized in that an elastic tape contact is installed in parallel with each of the rigid fixed contacts, the contact surface of which is protruding above the contact surface of the hard fixed contact, at least 1-2 tolerances on the contact gap, and the elastic tape contacts are located on the opposite side from the contact surface of the rigid fixed contacts and are electrically tightly fixed to their terminals, the upper part of the elastic contacts, at the point of contact, is bent in the opposite direction from the U-shaped additional movable contact, and the elastic tape contacts themselves are made of heat-resistant highly conductive non-magnetic material with a low tendency to diffusion welding in high vacuum, for example from molybdenum. In addition, elastic tape contacts can be made in the form of a package of thin plates.

Таким образом, заявляемый вакуумный переключатель соответствует критерию изобретения «новизна». Анализ известных технических решений [1-3] позволяет сделать вывод об отсутствии у них признаков, сходных с отличительными признаками в заявляемом вакуумном переключателе и признать заявляемое техническое решение соответствующим изобретательскому уровню.Thus, the claimed vacuum switch meets the criteria of the invention of "novelty." Analysis of the known technical solutions [1-3] allows us to conclude that they have no features similar to the distinctive features in the inventive vacuum switch and recognize the claimed technical solution in accordance with the inventive step.

Реализация в предлагаемом вакуумном переключателе указанных выше технических решений устраняет существенные недостатки, присущие известным конструкциям вакуумных переключателей [1-3], без увеличения при этом его массы и габаритов.The implementation in the proposed vacuum switch of the above technical solutions eliminates the significant drawbacks inherent in the known designs of vacuum switches [1-3], without increasing its mass and dimensions.

Установка в предлагаемом вакуумном переключателе параллельно каждому из жестких неподвижных контактов дополнительных упругих контактов, контактирующая поверхность которых выполнена выступающей над контактирующей поверхностью неподвижных контактов, по крайней мере, на 1-2 допуска на межконтактный зазор, обеспечивает контактирование дополнительного П-образного контакта одновременно как с жестким неподвижным контактом, так и с параллельно ему установленным упругим ленточным контактом. Поэтому общее переходное (контактное) сопротивление замкнутых контактов в предлагаемом вакуумном переключателе определяется двумя параллельно соединенными между собой контактными сопротивлениями: контактным сопротивлением между дополнительным П-образным контактом и жестким неподвижным контактом и контактным сопротивлением между дополнительным П-образным контактом и упругим ленточным контактом. Упомянутые сопротивления контактных переходов практически равны друг другу, так как неподвижный жесткий и упругий ленточный контакты находятся в высоком вакууме почти под одинаковым контактным нажатием, а поэтому общая величина переходного контактного сопротивления у предлагаемого вакуумного выключателя почти в 2 раза меньше даже в сравнении с прототипом. В результате это способствует повышению пропускаемого тока высокой частоты при сохранении массы и габаритных размеров.The installation in the proposed vacuum switch parallel to each of the rigid fixed contacts of additional elastic contacts, the contact surface of which is protruding above the contact surface of the fixed contacts, at least 1-2 tolerances on the contact gap, provides contacting of the additional U-shaped contact simultaneously with hard fixed contact, and with parallel mounted elastic tape contact. Therefore, the total transient (contact) resistance of the closed contacts in the proposed vacuum switch is determined by two contact resistances connected in parallel: the contact resistance between the additional U-shaped contact and the rigid fixed contact and the contact resistance between the additional U-shaped contact and the elastic tape contact. The mentioned resistance of the contact transitions are almost equal to each other, since the fixed rigid and elastic tape contacts are in high vacuum almost under the same contact pressure, and therefore the total contact resistance of the proposed vacuum circuit breaker is almost 2 times less, even in comparison with the prototype. As a result, this helps to increase the transmitted high-frequency current while maintaining weight and overall dimensions.

Выполнение упругого контакта, расположенного параллельно неподвижному контакту, в виде ленты увеличивает эффективное рабочее сечение на высокой частоте токопроводника от вывода до точки контактирования за счет параллельного соединения двух токопроводящих элементов: жесткого токопроводника (контакта) от точки контактирования жесткого неподвижного контакта с дополнительным подвижным П-образным контактом до его вывода и упругого ленточного контакта от точки его контактирования с дополнительным подвижным П-образным контактом до места крепления на выводе. Кроме того, наличие ленточного упругого контакта обеспечивает дополнительный отвод тепла через него от точки контактирования, что улучшает условия охлаждения зоны контактирования, т.е. снижает ее нагрев.Performing an elastic contact parallel to the stationary contact in the form of a tape increases the effective working cross section at a high frequency of the current-carrying conductor from the output to the contact point due to the parallel connection of two conductive elements: a hard current-conducting conductor (contact) from the contact point of the fixed motionless contact with an additional movable U-shaped contact to its output and elastic tape contact from the point of contact with an additional movable U-shaped contact to places and fastenings on a conclusion. In addition, the presence of a tape elastic contact provides additional heat removal through it from the contact point, which improves the cooling conditions of the contact zone, i.e. reduces its heating.

В совокупности, снижение почти в два раза переходного контактного сопротивления, повышение почти в два раза эффективного рабочего сечения токопроводника между выводами и зоной контактирования контактов и улучшение условий охлаждения обеспечивает существенное повышение величины пропускаемого тока высокой частоты без увеличения габаритов переключателя.In total, a reduction of the contact resistance by almost two times, an increase of almost two times the effective working cross-section of the conductor between the terminals and the contacting zone of the contacts and improvement of the cooling conditions provides a significant increase in the transmitted high-frequency current without increasing the size of the switch.

Выполнение контактирующей поверхности ленточных упругих контактов выступающей над контактирующей поверхностью жестких неподвижных контактов на 1-2 допуска на межконтактный зазор повышает надежность контактирования при работе переключателя с замкнутыми контактами в условиях воздействия ускорения механических нагрузок, так как упругий ленточный контакт будет непрерывно следовать за дополнительным П-образным подвижным контактом без разрыва при этом электрической цепи между ними. Кроме того, такое пространственное расположение упругого ленточного контакта обеспечивает демпфирование контактов в момент их контактирования при замыкании цепи, что исключает возникновение ударного импульса, действующего на сдвиг мембраны, и тем самым повышает ее циклопрочность, а следовательно и количество циклов переключений. За счет демпфирования также снижается и дребезг контактов в момент замыкания их цепи, что снижает время сформирования надежного контакта, а следовательно сокращает время перестройки аппаратуры на другую рабочую частоту.The execution of the contact surface of the tape elastic contacts protruding above the contact surface of the rigid fixed contacts for 1-2 tolerances on the contact gap increases the reliability of contacting when the switch is operated with closed contacts under the influence of acceleration of mechanical loads, since the elastic tape contact will continuously follow the additional U-shaped moving contact without breaking while the electrical circuit between them. In addition, such a spatial arrangement of the elastic tape contact provides damping of the contacts at the moment of their contact when the circuit is closed, which eliminates the occurrence of a shock pulse acting on the shear of the membrane, and thereby increases its cyclical strength, and hence the number of switching cycles. Due to the damping, the chatter of contacts at the moment of closing their circuit is also reduced, which reduces the time of formation of a reliable contact, and therefore reduces the time of tuning the equipment to a different operating frequency.

Необходимость расположения контактирующей поверхности ленточных упругих контактов выступающей над контактирующей поверхностью неподвижных контактов именно на 1-2 допуска на межконтактный зазор обусловлена следующими причинами. При расположении контактирующей поверхности ленточных упругих контактов выступающей над контактирующей поверхностью жестких неподвижных контактов меньше допуска на межконтактный зазор величина перемещения упругого ленточного контакта будет недостаточной для обеспечения непрерывного контактирования между упругим ленточным контактом и дополнительным подвижным П-образным контактом в условиях воздействия ускорения механических нагрузок. При расположении контактирующей поверхности ленточных упругих контактов выступающей над контактирующей поверхностью жестких неподвижных контактов больше двух допусков на межконтактный зазор уменьшается межконтактый зазор, что приводит к снижению электрической прочности. Отмеченное выше исключается, если контактирующая поверхность упругих ленточных контактов выступает над контактирующей поверхностью жестких неподвижных контактов только на 1-2 допуска на межконтактный зазор, поскольку эта величина фактически включает в себя только сумму допуска (±) на межконтактный зазор.The need for the location of the contacting surface of the tape elastic contacts protruding above the contacting surface of the fixed contacts is exactly 1-2 tolerances for the contact gap due to the following reasons. If the contact surface of the tape elastic contacts protruding above the contact surface of the rigid fixed contacts is less than the tolerance on the contact gap, the displacement of the elastic tape contact will be insufficient to ensure continuous contact between the elastic tape contact and the additional movable U-shaped contact under the influence of acceleration of mechanical loads. When the contact surface of the tape elastic contacts protruding above the contact surface of the rigid fixed contacts is more than two tolerances on the contact gap, the contact gap decreases, which leads to a decrease in electrical strength. The aforementioned is excluded if the contacting surface of the elastic tape contacts protrudes above the contacting surface of the rigid fixed contacts for only 1-2 tolerances for the contact gap, since this value actually includes only the sum of the tolerance (±) for the contact gap.

Расположение упругих ленточных контактов с противоположной стороны от контактирующей поверхности жестких неподвижных контактов и жесткое их крепление на выводах исключает замыкание упругого ленточного контакта на дополнительный подвижный П-образный контакт при разомкнутом их положении от действия сил электростатического притяжения, имеющих большую величину в момент возникновения пробоев, особенно при одновременном воздействии ускорения от механических нагрузок, так как неподвижный жесткий контакт одновременно с пропусканием тока высокой частоты выполняет функцию ограничителя перемещения упругого ленточного контакта под воздействием электростатических сил притяжения. Это в результате повышает надежность работы предлагаемого вакуумного переключателя при воздействии ускорений механических нагрузок.The location of the elastic tape contacts on the opposite side of the contact surface of the rigid fixed contacts and their rigid mounting on the terminals eliminates the closure of the elastic tape contact on an additional movable U-shaped contact when their position is open from the action of electrostatic attraction forces, which are large at the time of breakdowns, especially with the simultaneous action of acceleration from mechanical loads, since a fixed rigid contact simultaneously with transmission then and high-frequency acts as a limiter moving elastic tape contact by electrostatic forces of attraction. This as a result increases the reliability of the proposed vacuum switch when exposed to accelerations of mechanical loads.

Выполнение верхней части упругих ленточных контактов в месте их контактирования отогнутой в противоположном от П-образного дополнительного подвижного контакта направлении снижает напряженность электрического поля между ними при разомкнутом положении, что ведет к снижению вероятности пробоя между этими контактами.The execution of the upper part of the elastic tape contacts in the place of their contact bent in the opposite direction from the U-shaped additional movable contact reduces the electric field strength between them in the open position, which reduces the probability of breakdown between these contacts.

Изготовление упругого ленточного контакта из термостойкого высокопроводящего немагнитного металла с малой склонностью к свариванию в высоком вакууме, например из молибдена, снижает вероятность сваривания контактов при пропускании через них тока высокой частоты в замкнутом положении с подвижным дополнительным П-образным контактом. В свою очередь выполнение ленточного упругого контакта в виде пакета тонких пластин позволят повысить пропускаемый ток высокой частоты при том же общем сечении упругого ленточного контакта и одновременно уменьшить требуемое усилие для его деформации в сравнении со сплошным ленточным контактом того же поперечного сечения.The manufacture of an elastic tape contact from a heat-resistant highly conductive non-magnetic metal with a low tendency to weld in high vacuum, for example, from molybdenum, reduces the likelihood of welding of the contacts when a high-frequency current is passed through them in a closed position with a movable additional U-shaped contact. In turn, the implementation of the tape elastic contact in the form of a package of thin plates will increase the transmitted high-frequency current with the same total cross section of the elastic tape contact and at the same time reduce the required force for its deformation in comparison with a continuous tape contact of the same cross section.

Таким образом, совокупность отмеченных выше существенных признаков предлагаемого изобретения позволяет получить значительный технический эффект, заключающийся в снижении почти в два раза переходного сопротивления замкнутых контактов; в повышении почти в два раза рабочего сечения токопроводника на высокой частоте от вывода до точки контактирования; в улучшении условий охлаждения зоны контактирования; в повышении величины пропускаемого тока высокой частоты без увеличения габаритов; в исключении ударного импульса на сдвиг мембраны в момент замыкания цепи контактов и повышения тем самым циклопрочности мембраны и количества циклов переключений; в снижении вероятности сваривания контактов; в снижении дребезга контактов в момент замыкания контактов и снижения тем самым времени сформирования надежного контакта; в снижении вероятности пробоев межконтактного зазора при воздействии ускорений механических нагрузок.Thus, the combination of the above essential features of the invention allows to obtain a significant technical effect, which consists in reducing almost half the transition resistance of the closed contacts; in increasing almost twice the working cross section of the current conductor at a high frequency from the output to the point of contact; in improving the cooling conditions of the contact zone; to increase the magnitude of the transmitted current of high frequency without increasing the size; in the exclusion of a shock pulse on the membrane shift at the moment of contact circuit closure and thereby increasing the membrane cyclopress and the number of switching cycles; in reducing the likelihood of welding contacts; in reducing contact bounce at the moment of contact closure and thereby reducing the formation of a reliable contact; in reducing the likelihood of breakdowns of the contact gap under the influence of accelerations of mechanical loads.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен общий вид конструкции предлагаемого вакуумного переключателя, на фиг.2 - сечение по А-А на фиг.1.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a General view of the design of the proposed vacuum switch, figure 2 is a section along aa in figure 1.

Возможность осуществления изобретения подтверждается представлением конструкции вакуумного переключателя во взаимосвязи входящих в него элементов. Вакуумный переключатель состоит из вакуумной переключающей части и электромагнитной системы управления поляризованного типа с втяжным сердечником.The possibility of carrying out the invention is confirmed by the representation of the design of the vacuum switch in the relationship of its constituent elements. The vacuum switch consists of a vacuum switching part and an electromagnetic control system of a polarized type with a retractable core.

Вакуумная переключающая часть состоит из трех одинаковых соосно расположенных цилиндров 1, 2 и 3. Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуум-плотно припаянные к торцовым поверхностям керамических цилиндров. Выводы 4 и 5 выполнены за одно целое с неподвижными контактами 7 и 8 для уменьшения сопротивления токопрохождению и снижения тем самым нагрева. Параллельно каждому неподвижному контакту 7 и 8 с противоположной от их контактирующей поверхности установлены ленточные упругие контакты 9 из молибдена или другого немагнитного упругого высокопроводящего металла. Нижней частью упругие ленточные контакты 9 жестко закреплены на плоской части жестких выводов 4 и 5, например с помощью сварки или пайки. Верхняя часть упругих ленточных контактов 9 отогнута в противоположную сторону от дополнительного П-образного подвижного контакта 11 и выступает над плоскостью контактирования неподвижных контактов на 1-2 допуска на межконтактный зазор. В зазоре между неподвижными контактами 7 и 8 и упругими ленточными контактами 9 расположены дополнительный П-образный контакт 11 и подвижный контакт 10, выполненный в форме круглого стержня из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего механически прочного и термостойкого материала. Подвижный контакт 10 верхним концом входит в отверстие верхней части дополнительного упругого ленточного контакта 11 П-образной формы из молибдена или другого немагнитного высокопроводящего упругого и термически стойкого металла. Нижним концом подвижный контакт 10 вакуум-плотно спаян с мембраной 12 из молибдена или немагнитного высокопроводящего сплава, обладающего высокой циклической прочностью при изгибе, вакуумной плотностью и термической стойкостью, например из сплава молибдена с рением. К выступающей из мембраны 12 части подвижного контакта 10 механически прочно прикреплен, например с помощью пайки, изоляционный стержень 13 из керамики, который служит для изоляции подвижного контакта 10 от электромагнитной системы управления. На конце керамического стержня (изолятора) 13 механически прочно закреплена дополнительная втулка 14, служащая для исключения абразивного износа поводка 22 о керамический изолятор 13. Втулка 14 может быть выполнена из диэлектрика, например из твердой пластмассы с наполнением из стекла, или из металла, например из латуни или другого металла или сплава с малым коэффициентом трения скольжения в паре с материалом поводка 22. Втулка 14 может быть выполнена и комбинированной, т.е. из диэлектрика и металла, при этом металлическая трубка напрессовывается на внешнюю поверхность дополнительной втулки 14. Дополнительный подвижный ленточный контакт 11 нижними концами боковых частей жестко механически и электрически прочно прикреплен (с помощью пайки, клепки, сварки и др.) непосредственно к выводу 6 подвижного контакта 10. К нижнему торцу керамического цилиндра 3 механически прочно с помощью пайки прикреплено переходное кольцо 15, служащее для скрепления вакуумной переключающей части с электромагнитной системой управления подвижным контактом. К торцу вывода 4 припаяна вакуумно-плотно шайба 16 из немагнитного металла, пайка которой для снижения термомеханических напряжений в зоне спая производится с применением компенсационного кольца 17 из молибдена или ковара с высокопроводящим покрытием. Для сохранения и поддержания в объеме переключателя рабочего давления (вакуума не хуже 10^-5 мм рт.ст.) в течение заданного срока службы служит нераспыляемый газопоглотитель 18, закрепленный через никелевую пластину 19 на выводе подвижного контакта 6. Рассмотренный выше вариант конструкции вакуумной переключающей части переключателя предусматривает бесштенгельную откачку и запайку. В случае использования штенгельного способа откачки в центре шайбы 16 припаивается вакуум-плотно трубка штенгеля 38, которая после ее вакуум-плотного отпая от откачного поста защищается колпачком 39.The vacuum switching part consists of three identical coaxially arranged cylinders 1, 2 and 3. Between the ceramic cylinders there are copper thin-walled terminals 4 and 5 of the fixed and terminal 6 of the movable contacts, vacuum-tightly soldered to the end surfaces of the ceramic cylinders. Conclusions 4 and 5 are made in one piece with the fixed contacts 7 and 8 to reduce the resistance to current transmission and thereby reduce heating. Parallel to each fixed contact 7 and 8 from the opposite from their contacting surface mounted tape elastic contacts 9 of molybdenum or other non-magnetic elastic highly conductive metal. The lower part of the elastic tape contacts 9 are rigidly fixed to the flat part of the hard terminals 4 and 5, for example by welding or soldering. The upper part of the elastic tape contacts 9 is bent to the opposite side from the additional U-shaped movable contact 11 and protrudes above the contact plane of the fixed contacts for 1-2 tolerances on the contact gap. In the gap between the fixed contacts 7 and 8 and the elastic tape contacts 9 are an additional U-shaped contact 11 and a movable contact 10, made in the form of a round rod of molybdenum or other non-magnetic highly conductive mechanically strong and heat-resistant material. The movable contact 10 with its upper end enters the hole in the upper part of the additional elastic tape contact 11 of the U-shaped form from molybdenum or other non-magnetic highly conductive elastic and thermally stable metal. The lower end of the movable contact 10 is vacuum-tightly soldered to the membrane 12 of molybdenum or a non-magnetic highly conductive alloy having high cyclic bending strength, vacuum density and thermal resistance, for example, of a molybdenum alloy with rhenium. The protruding part of the movable contact 10 protruding from the membrane 12 is mechanically firmly attached, for example by soldering, to a ceramic insulating rod 13, which serves to isolate the movable contact 10 from the electromagnetic control system. At the end of the ceramic rod (insulator) 13, an additional sleeve 14 is mechanically firmly fixed, which serves to eliminate the abrasive wear of the lead 22 on the ceramic insulator 13. The sleeve 14 can be made of a dielectric, for example, of solid plastic filled with glass, or of metal, for example, brass or other metal or alloy with a low coefficient of sliding friction paired with the material of the lead 22. The sleeve 14 can be made and combined, i.e. of a dielectric and metal, while the metal tube is pressed onto the outer surface of the additional sleeve 14. An additional movable tape contact with the 11 lower ends of the side parts is rigidly mechanically and electrically firmly attached (by soldering, riveting, welding, etc.) directly to the terminal 6 of the movable contact 10. An adapter ring 15 is fastened mechanically to the lower end of the ceramic cylinder 3 by soldering, which serves to fasten the vacuum switching part with an electromagnetic control system movable contact. A vacuum-tight washer 16 of non-magnetic metal is soldered to the end face of terminal 4, which is soldered to reduce thermomechanical stresses in the joint zone using a compensation ring 17 made of molybdenum or Kovar with a highly conductive coating. To maintain and maintain the working pressure in the volume of the switch (vacuum is not worse than 10 ^-5 mm Hg) for a specified service life, a non-sprayable getter 18 is used, mounted through a nickel plate 19 at the output of the movable contact 6. The design of the vacuum switching part considered above The switch provides for tubeless pumping and sealing. In the case of using the plug-in pumping method, a vacuum-tight tube of the plug 38 is soldered in the center of the washer 16, which, after its vacuum-tight falling off from the pumping station, is protected by a cap 39.

Электромагнитная система управления заключена в корпус 20 и включает в себя корпус электромагнита 21 из магнитомягкого металла, в верхней части основания которого выполнен выступ, служащий местом опоры поводка 22 из упругого металла. Поводок 22 закреплен на корпусе электромагнита с помощью пружинной накладки 23, жестко с помощью сварки прикрепленной к корпусу электромагнита 21. Поводок 22 подвижно соединен с накладкой 24, скрепленной жестко со стержнем 25 из немагнитного металла, который в свою очередь жестко закреплен в сердечнике 26 из магнитомягкого металла. Снизу ход сердечника 26 ограничен основанием 27 из магнитомягкого металла. Для обеспечения перемещения сердечника 26 в осевом направлении он помещен в направляющую втулку 28 из немагнитного металла, например из латуни. На внешней поверхности втулки 28 строго посередине и диаметрально противоположно закреплены два постоянных магнита 29 и 30, выполненных в виде секторов и имеющих радиальное направление силовых линий магнитного поля (с радиальным намагничиванием). По обе стороны от постоянных магнитов 29 и 30 расположены обмотки управления 31 и 32, намотанные на каркасы 33 и 34. Система обмоток и постоянные магниты закрыты охранным цилиндром 35 из изоляционного материала. Распайка провода обмоток выполнена на выводы 36 изолятора 37.The electromagnetic control system is enclosed in a housing 20 and includes an electromagnet casing 21 of soft magnetic metal, in the upper part of the base of which a protrusion is made, which serves as a support point for the lead 22 of elastic metal. The lead 22 is fixed to the electromagnet body using a spring plate 23, rigidly by welding attached to the electromagnet body 21. The lead 22 is movably connected to the plate 24, which is rigidly fixed to the non-magnetic metal rod 25, which in turn is rigidly fixed to the soft magnetic core 26 metal. From below, the stroke of the core 26 is limited by a base 27 of magnetically soft metal. To ensure the movement of the core 26 in the axial direction, it is placed in the guide sleeve 28 of non-magnetic metal, for example of brass. Two permanent magnets 29 and 30, made in the form of sectors and having a radial direction of the magnetic field lines (with radial magnetization), are fixed on the outer surface of the sleeve 28 exactly in the middle and diametrically opposed. On both sides of the permanent magnets 29 and 30, control windings 31 and 32 are located, wound around the frames 33 and 34. The winding system and the permanent magnets are closed by a guard cylinder 35 made of insulating material. The wiring of the winding wires is made to the conclusions 36 of the insulator 37.

При сочленении вакуумной переключающей части с электромагнитной системой управления дополнительная втулка 14 входит в кольцевое отверстие поводка 22 с гарантированным зазором, обеспечивающим подвижность сочленения с минимальным паразитным люфтом. Затем переходное кольцо 15 и корпус 20 жестко скрепляют между собой, например с помощью сварки.When articulating the vacuum switching part with the electromagnetic control system, an additional sleeve 14 enters the annular hole of the leash 22 with a guaranteed clearance that ensures articulation mobility with minimal parasitic play. Then the adapter ring 15 and the housing 20 are rigidly fastened together, for example by welding.

Описанный выше вакуумный переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е. он потребляет электрическую энергию на управление только в момент переключения. В исходном состоянии подвижный контакт 10 и дополнительный контакт 11 замкнуты на один (любой) из неподвижных контактов, например на верхний неподвижный контакт 8 и упругий ленточный контакт 9. В этом случае ток высокой частоты проходит через вывод 5, а затем разветвляется на жесткий неподвижный контакт 8 и упругий ленточный контакт 9, а далее на дополнительный контакт 11 и на неподвижный контакт 10. При этом большая часть тока идет через боковые части дополнительного П-образного контакта 11 непосредственно на вывод 6, минуя мембрану 12, а меньшая его часть на вывод 6 идет через подвижный контакт 10 и мембрану 12.The vacuum switch described above has a remote pulse control, i.e. it consumes electrical energy for control only at the time of switching. In the initial state, the movable contact 10 and the auxiliary contact 11 are closed to one (any) of the fixed contacts, for example, to the upper fixed contact 8 and the elastic tape contact 9. In this case, the high-frequency current passes through terminal 5, and then branches out to the hard fixed contact 8 and an elastic tape contact 9, and then to an additional contact 11 and to a fixed contact 10. In this case, most of the current goes through the sides of the additional U-shaped contact 11 directly to terminal 6, bypassing the membrane 12, and the smaller one about the part to the terminal 6 goes through the movable contact 10 and the membrane 12.

В исходном положении для рассматриваемого случая магнитный поток постоянных магнитов замкнут по следующему пути: постоянные магниты 29 и 30, часть сердечника 26, прилегающую к основанию 27, основание 27, цилиндрическая часть корпуса электромагнита 21 и далее постоянные магниты 29 и 30.In the initial position for the case under consideration, the magnetic flux of permanent magnets is closed in the following way: permanent magnets 29 and 30, part of the core 26 adjacent to the base 27, base 27, the cylindrical part of the body of the electromagnet 21 and then the permanent magnets 29 and 30.

Для переключения подвижного контакта 10 и дополнительного контакта 11 на нижний неподвижный контакт 7 и установленный параллельно ему упругий ленточный контакт 9 на нижнюю обмотку управления 32 подается импульс напряжения с полярностью, создающей в обмотке управления магнитный поток управления, противоположно направленный поляризующему магнитному потоку постоянного магнита в данной ветви магнитопровода. При достижении в магнитной цепи данной ветви равенства поляризующего и управляющего магнитных потоков за счет магнитного потока второй ветви и мгновенного перераспределения основного магнитного потока на вторую ветвь сердечник 26 перебрасывается во второе устойчивое состояние - к основанию корпуса электромагнита 21. При этом поступательное осевое перемещение сердечника 26 за счет подвижных связей поводка 22 преобразуется во вращательное движение поводка 22 и связанного с ним подвижного контакта 10 и дополнительного П-образного контакта 11, которые перебрасываются на неподвижный контакт 7 и установленный параллельно ему второй упругий ленточный контакт 9. Кинематическая схема подбирается таким образом, чтобы замыкание контактов происходило несколько раньше, чем сердечник 26 достигнет основания корпуса электромагнита 21. При этом дополнительный подвижный П-образный контакт 11 сначала замыкается на упругий ленточный контакт 9, а затем уже на жесткие неподвижные контакты 7 и 8, так как упругие контакты 9 располагаются ближе к дополнительному подвижному П-образному контакту 11 на 1-2 допуска на межконтактный зазор в сравнении с жесткими неподвижными контактами 7 и 8. После замыкания цепи при дальнейшем движении сердечника 26 до упора на основание корпуса электромагнита 27 за счет прогиба боковой части дополнительного упругого контакта 11 и поводка 22 и упругих свойств их материала создается требуемое контактное нажатие. Для возвращения подвижного контакта 10 и дополнительного П-образного контакта 11 к верхнему неподвижному контакту 8 и упругому ленточному контакту 9 напряжение питания соответствующей полярности и величины подается на обмотку 31. Процессы переключения и создания контактного нажатия на неподвижный контакт 8 аналогичны вышеописанным при переключении подвижного контакта 10 и дополнительного подвижного П-образного контакта 11 на неподвижный контакт 7.To switch the movable contact 10 and the additional contact 11 to the lower fixed contact 7 and the elastic tape contact 9 installed parallel to it, a voltage pulse with a polarity is generated on the lower control winding 32, creating a control magnetic flux in the control winding that is oppositely directed to the polarizing magnetic flux of the permanent magnet in this branches of the magnetic circuit. When the polarizing and controlling magnetic fluxes are equal in the magnetic circuit of this branch due to the magnetic flux of the second branch and the instant redistribution of the main magnetic flux to the second branch, the core 26 is transferred to the second stable state - to the base of the electromagnet 21. In this case, the translational axial movement of the core 26 the account of the movable connections of the lead 22 is converted into rotational movement of the lead 22 and the associated movable contact 10 and the additional U-shaped contact 11 which are transferred to the fixed contact 7 and the second elastic tape contact 9 installed parallel to it. The kinematic scheme is selected so that the contact closure occurs somewhat earlier than the core 26 reaches the base of the electromagnet housing 21. In this case, the additional movable U-shaped contact 11 first closes to the elastic tape contact 9, and then to the rigid fixed contacts 7 and 8, since the elastic contacts 9 are located closer to the additional movable U-shaped contact 11 on 1-2 tolerances for the contact gap in comparison with the rigid fixed contacts 7 and 8. After the circuit is closed with further movement of the core 26 to the stop on the base of the body of the electromagnet 27 due to the deflection of the side of the additional elastic contact 11 and the leash 22 and the elastic properties of their material required contact press. To return the movable contact 10 and the additional U-shaped contact 11 to the upper fixed contact 8 and the elastic tape contact 9, the supply voltage of the corresponding polarity and magnitude is supplied to the winding 31. The processes of switching and creating contact pressing on the fixed contact 8 are similar to those described above when switching the movable contact 10 and an additional movable U-shaped contact 11 to the fixed contact 7.

С целью повышения электрической прочности между высоковольтными выводами по внешней поверхности вся поверхность металлокерамической оболочки может быть покрыта слоем высокочастотного диэлектрика 40, например виксинта или кремнийорганического лака.In order to increase the electric strength between the high-voltage leads on the outer surface, the entire surface of the cermet can be coated with a layer of high-frequency dielectric 40, for example, viscinte or organosilicon varnish.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3324430, кл. 335-83, 1967.1. US patent No. 3344430, CL 335-83, 1967.

2. Патент Англии №2996621, кл. Н01Н 33/66, 1972.2. England patent No. 2996621, cl. H01H 33/66, 1972.

3. Авт. свид. СССР №938327, кл. Н01Н 33/66, 1982.3. Auth. testimonial. USSR No. 938327, class H01H 33/66, 1982.

Claims

A high-voltage vacuum switch containing two rigid fixed contacts mounted in the vacuum chamber at the terminals, an additional U-shaped movable elastic tape contact located between them and a movable rod contact mounted on the membrane and connected through an insulator and a lead with a core controlled by an electromagnetic control system with polarizing permanent magnets, characterized in that in it parallel to each of the rigid fixed contacts is installed elastic tape contact, the contact surface of which is protruding above the contact surface of the rigid fixed contact for at least 1-2 tolerances on the contact gap, moreover, the elastic tape contacts are located on the opposite side from the contact surface of the rigid fixed contacts and are electrically tightly fixed to their terminals, the upper part of the elastic contacts in the place of their contact is bent in the opposite direction from the U-shaped additional movable contact, and the elastic bands themselves The contacts are made of heat-resistant highly conductive non-magnetic material with a low tendency to diffusion welding in high vacuum, for example, molybdenum, and can be made in the form of a package of thin plates.