SU892505A1

SU892505A1 - High-voltage vacuum change-over switch

Info

Publication number: SU892505A1
Application number: SU802914921A
Authority: SU
Inventors: Владимир Семенович Бочкарев; Людмила Александровна Коновалова
Original assignee: Предприятие П/Я А-3816
Priority date: 1980-04-24
Filing date: 1980-04-24
Publication date: 1981-12-23

Description

(54) ВЫСОКОВОЛЬТНЫЙ ВАКУУМНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ(54) HIGH VOLTAGE VACUUM SWITCH

Изобретение относитс к высоковольтным вакуумным переключател м со встроенной электромагнитной системой управлени с пол ризующим посто нным магштом, обеспечивающим удержание подвижного контакта в двух крайних положени х после сн ти напр жени питани с обмоток управлени , пред назначено дл коммутации высоковольтных злектрических и радиотехш{ческих цепей, и может найти применение в мощной стационарной передаижной и бортовой электротехнической и радиотехнической аппаратуре, одшм из важнейших требований в которой а етс малое потребление электрической эверпш элементами на управление. Переключатель в аппаратуре может быть использован дл переключени источников пи тани и нагрузок, Дл переключени ameHtaix цепей, отводов катушки высокочастотного кон тура, конденсаторов высоковольтных цепей в аотенно-согласующих устройствах и т.д. Известные вакуумные вьпспючатели и вакуумные реле на переключение с пол ри ющим посто нным магнитом, используемые дл этих целей (1 и 2. Однако в вакуумном выключателе пол ризующие посто нные мапшты закреплены непосредственно на высоковольтных вьгаодах, а обмотка управлени расположена на оболочке из стекла, т.е. пол ризующий магнитный поток в выключателе замыкаетс через длинные воздушные промежутки. Наличие больших воздушных промежутков ведет к значительному магнитному сопротивлению и большим потокам рассеивани энергии магнитного пол , что сильно снижает величину энергии посто нного шгнита по удержанию подвижного кон- такта в двух крайних положени х, а следовательно ,, резко снижает устойчивость выключател к воздействию механических нагрузок. Вакуумное реле имеет малый срок службы , вследствие ограниченной механической стойкости мембраны, и низкую устсжчивость к воздействию механических нагрузок из-за наличи люфтов в передаточных элементах между электромагнитным приводом и подвижным контактом и упругих сил реакции мем3 браиы, стрем щихс вернуть подвижный контакт в нейтральное (среднее) положение. Наиболее близким к предлагаемому вл етс вакуумный переключатель, содержащий укрепленные в вакуумированной камере на вводах даа неподвижных контакта, расположенный между тми средний подвижный контакт , механически св занный через изол тор с вт жным сердечником, управл емь-м электромагнитной системой с пол ризующим посто нным магнитом. В нем передача движени подвижному контакту осуществл етс при продольном (осевом ) перемещении вт жного сердечника, расположенного непосредственно в вакуумном объеме, по цилиндрической направл ющей втул ке из диамагнитного металла. Такое техническое рещение позвол ет повысить срок службы по количеству переключений и исключить дюф ты, так как в данной конструкции отсутствуют передаточные элементы, что повышает наГ жность его работы (3. Однако вакуумный переключатель имеет существенный недостаток, который состоит в том, что из-за наличи допусков на детали и узлы, процесс получени одинакового или почти одинакового контактного нажати на оба неподвижных контакта неуправл ем. Вследствие зтого устройства могут получатьс либо с очень малым контактнь1М нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с очень больщим контактным нажатием на один или оба неподвижных контакта, либо с больщим контактным нажатием на один контакт и очен малым контактным нажатием на второй непод вижный контакт, или с обеспечением контакта только на один неподвижный контакт. Это ведет к ненадежной работе устройств с замкну тыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок. При малой величине контактного нажати размыкание цепи контактов происходит вследствие того, что контактное нажатие оказьшаетс недостаточным дл компенсации сил воздействи механических нагрузок. При большой величине контактного нажати , за счет прогиба контактной пластины под вижного контакта, возникает упруга сила реакции знавдтельной величины, котора направлена на размыкание контактов. При совпаде 1 - - НИИ силы реакции с направлением сил воздействи механических нагрузок, их суммарна величина имеет значение, соизмеренное или превышающее силу т ги электромагнитной системы . Это ведет к упругим колебани м всей подвижной системы реле при воздействии вибpaiQtoHHbix и ударных нагрузок, следствием чего Явл етс размыкание цепи замкнутых контактов. 5 Поэтому, дл обеспечени надежной работы вакуумного переключател с упругим подвижным контактом при замкнутых контактах в услови х воздействи механических нагрузок , очень важно обеспечить получение пере- ключателей с оптимальной величиной контактного нажати на оба неподвижных контакта. Цель изобрете1ш - повыщение надежности работы переключател с замкнутыми контактами при воздействии ускорений механических нагрузок, стабильности параметров срабатывани . Указанна цель достигаетс тем, что переключатель снабжен механизмом двойного регулировани контактного нажати подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности, выполненным в виде резьбовой регулировочной втулки из магнитом гкого металла, жестко закрепленной после регулировки в основании электромагнита и служащей одновре.менно ограничителем хода сердечника в верхнем его положении, и стержн из диамагнитного металла, жестко закрепленного одним концом соосно в сердечнике и имеющего резьбовое соединение вторым концом с держателем изол тора. Использование в переключателе механизма двойного регулировани контактного нажати подвижного контакта на каждый из неподвижных контактов в отдельности позвол ет обеспечить получение переключателей с оптимальной велишной контактного нажати , что повышает надежность работы переключателей с замкнутыми контактами в услови х воздействи ускорений механических нагрузок, стабильность параметров срабатьшани и процент выхода годных переключателей. При этом оптимальна величина контактного нажати на нижний неподвижный контакт обеспечиваетс при сборке регулировкой положени подвижного контакта путем осевого перемещени держател изол тора по резьбе диамагнитного стержн , а на верхний неподвижный контакт - регулировкой положени подвижного контакта с помощью изменени верхней границы расположени сердечника путем осевого перемещени резьбовой регулировочной втулки в основании электромагнита . На фиг. 1 изображен высоковольтный вакуумный переключатель, общий вид; на фиг. 2 сечение А-А на фиг. 1. Вакуумный переключатель состоит из металлокерамической оболочки и электромагнитной системы управле1ш пол ризованного тиги с вт жным сердечником, расположенным в вакууме. Металлокерамическа оболочка переключател состоит из трех одинаковых сообно расположенных керамических цилиндров 1-3. Между керамическими цилиндрами расположены медные тонкостенные выводы 4 и 5 неподвижных и вывод 6 подвижного контактов, вакуумно-плотно припа нные к торцовым псу верхност м керамических циливдров. Вьтоды 4 и 5 неподвижных контактов выполнены за одно целое с неподвижными контактами дл уменьшени сопротивле}ш токопрохождению и снижени тем самым нагрева.The invention relates to high-voltage vacuum switches with an integrated electromagnetic control system with a polarizing constant mast that maintains the moving contact in two extreme positions after removing the supply voltage from the control windings, intended for switching high-voltage electrical and radio technical circuits, and can be used in powerful fixed transmission and onboard electrical and radio equipment, one of the most important requirements in which th everpsh consumption of electrical elements to control. A switch in the apparatus can be used to switch power sources and loads, to switch ameHtaix circuits, to tap the high-frequency coil, to conductors for high-voltage circuits in aone-matching devices, etc. Known vacuum switches and vacuum relays for switching with a polarizing permanent magnet used for this purpose (1 and 2. However, in the vacuum switch the polarizing permanent masts are attached directly to the high-voltage wires, and the control winding is located on a shell made of glass, t .e. polarizing magnetic flux in the switch closes through long air gaps. The presence of large air gaps leads to significant magnetic resistance and large currents of magnesium energy dissipation. which greatly reduces the amount of energy of a constant pin to hold the movable contact in two extreme positions, and therefore, dramatically reduces the resistance of the switch to mechanical loads. The vacuum relay has a short service life due to the limited mechanical resistance of the membrane, and low rigidity to the effects of mechanical loads due to the presence of backlash in the transmission elements between the electromagnetic drive and the moving contact and the elastic reaction forces of MeMBRAi, which seek to return under izhny contact in the neutral (middle) position. Closest to the present invention, there is a vacuum switch containing a fortified in an evacuated chamber at the inlet of a fixed contact located between the middle movable contact mechanically connected through an insulator to the retracting core controlled by an electromagnetic permanent magnet . In it, the movement of the movable contact is carried out with the longitudinal (axial) movement of the retractable core, located directly in the vacuum volume, along a cylindrical guide sleeve of a diamagnetic metal. Such a technical solution allows to increase the service life by the number of switchings and to exclude discounts, since in this construction there are no transfer elements, which increases the strength of its operation (3. However, the vacuum switch has a significant drawback, which is that tolerances on parts and assemblies, the process of obtaining the same or almost the same contact pressing on both fixed contacts is out of control. As a result of this device can be obtained either with a very small contact pressure on one or both motionless contacts, either with a very large contact pressure on one or both motionless contacts, or with a large contact pressure on one contact and very small contact pressure on the second stationary contact, or in contacting only one stationary contact. to unreliable operation of devices with closed contacts under the influence of mechanical loads acceleration. With a small amount of contact pressure, the opening of the contact circuit occurs due to the fact that the contact pressing takes a week sufficiently characteristic to compensate for the effects of mechanical loading forces. With a large amount of contact pressure, due to the deflection of the contact plate under the sliding contact, there arises an elastic reaction force of a small value, which is aimed at opening the contacts. When 1 - - the scientific research institute of the reaction force coincides with the direction of the forces acting on mechanical loads, their total value has a value that is comparable to or exceeds the draw force of the electromagnetic system. This leads to elastic oscillations of the entire mobile relay system when subjected to vibpaiQtoHHbix and shock loads, resulting in the opening of a circuit of closed contacts. 5 Therefore, in order to ensure reliable operation of a vacuum switch with an elastic moving contact with closed contacts under conditions of mechanical loads, it is very important to ensure that switches are obtained with the optimum value of contact pressing both fixed contacts. The purpose of the invention is to increase the reliability of the switch with closed contacts under the influence of mechanical load accelerations, and the stability of the response parameters. This goal is achieved by the fact that the switch is equipped with a dual control mechanism for a contact press of a moving contact on each of the fixed contacts separately, made in the form of a threaded adjusting sleeve made of a soft metal magnet rigidly fixed after adjustment at the base of the electromagnet and simultaneously serving as the core stroke limiter its upper position, and the rod of a diamagnetic metal rigidly fixed at one end coaxially in the core and having a threaded connection of the second m end with insulator holder. The use in the switch of the double control of the contact pressing of the moving contact on each of the fixed contacts separately ensures the availability of switches with an optimal contact pressure, which increases the reliability of the switches with closed contacts under conditions of acceleration of mechanical loads, stability of working parameters and the percentage of output suitable switches. In this case, the optimum magnitude of the contact pressing on the lower fixed contact is ensured during assembly by adjusting the position of the movable contact by axial movement of the insulator holder along the threads of the diamagnetic rod, and on the upper fixed contact by adjusting the position of the movable contact by changing the upper limit of the core position by axial movement of the threaded adjustment bushings at the base of the electromagnet. FIG. 1 shows a high-voltage vacuum switch, general view; in fig. 2 section A-A in FIG. 1. A vacuum switch consists of a metal-ceramic shell and an electromagnetic control system of a polarized tee with a retractable core located in a vacuum. The metal-ceramic shell of the switch consists of three identical ceramic cylinders 1–3 arranged together. Between the ceramic cylinders there are copper thin-walled terminals 4 and 5 of fixed and terminal 6 of movable contacts, which are vacuum-tightly attached to the end face of the ceramic cylinder. The 4 and 5 fixed contacts are made in one piece with the fixed contacts to reduce the resistance to current passage and thereby reduce heating.

Цилиндрические части неподвижных контактов составл ют 1/4 диаметра цилиндра, направлены навстречу друг другу и установлены между собой с зазором, завис щим от величины рабочего напр жени . Выполнение неподвижных контактов равными 1/4 диаметра цилиндра позвол ет снизить межконтактную емкость практически без ухудшени условий дл токопрохождени , так как ток растекаетс на вывод, подчин сь параболической кривой, с вершиной параболы в точке непосредственного контактировани подвижного и неподвижного контактов. В зазоре между неподвижными контактами (выводами) 4 и 5 расположен подвижный контакт 7, выполненный в виде набора тонких пластин из молибдена дл обеспечени пропускани требуемых величин тока высокой частоты. Пластины подвижного контакта 7 электрически и механически прочно скреплены с выводом 6 подвижного контакта, например с помощью пайки.The cylindrical parts of the fixed contacts are 1/4 of the diameter of the cylinder, are directed towards each other, and are installed among themselves with a gap depending on the magnitude of the operating voltage. Making stationary contacts equal to 1/4 of the cylinder diameter reduces the contact capacity with little or no deterioration in the conditions for current flow, since the current spreads to the output, following a parabolic curve, with the tip of the parabola at the point of direct contact of the moving and stationary contacts. In the gap between the fixed contacts (terminals) 4 and 5 there is a movable contact 7, made in the form of a set of thin molybdenum plates to ensure the passage of the required values of high frequency current. The plates of the movable contact 7 are electrically and mechanically firmly fastened to the terminal 6 of the movable contact, for example by soldering.

К выводу 4 неподвижного контакта и к торцу керамического цилиндра 3 вакуумноплотно припа ны переходные колЬ;Ца 8 и 9 из меди. Дл снижени термических напр жений в зоне спа пайка колец производитс с использованием компенсационных колец 10 и 11 из молибдена или ковара. Переходное кольцо 8 вакуумно-плотно сварено с заглушкой 12, вакуумно-плотно спа нной с трубкой щтенгел 13, служащего дл откачки газа из объема переключател при проведении вакуумно-термической обработки, по завершению котором штенгель отпаиваетс методом холодной диффузионной сварки и закрьшаетс защитным колпачком 14. Переходное кольцо 9 вакуумноплотно свариваетс с медным цилиндром 15 корпуса электромагнита.To the conclusion 4 of the fixed contact and to the end of the ceramic cylinder 3, transitional tubes were vacuum-sealed; Ca 8 and 9 of copper. To reduce thermal stresses in the zone of the spades, brazing of the rings is performed using wear rings 10 and 11 of molybdenum or covar. The adapter ring 8 is vacuum-tightly welded to the plug 12, vacuum-tightly fitted to the tube of the schtengel 13, which serves to pump the gas out of the volume of the switch during vacuum-heat treatment, at the end of which the die is sealed by cold diffusion welding and closed with a protective cap 14. The adapter ring 9 is vacuum tightly welded to the copper cylinder 15 of the body of the electromagnet.

Корпус электромагнита состоит из цилиндра 15, с которым вакуумно-плотно спа но основание 16 из магнитом гкого металла с образованием между их цилиндрическими поверхност ми кольцевого зазора. В основании 16. по центру выполнено резьбовое отверстие; соосно с которым к основанию 16 вакуумноплотно припа на направл юща втулка 17 из меди, закрыта в нижней части припа нным к ней вакуумно-плотно ограничителем (стопом ) 18 из магнитом гкого металла. Ограничитель 18 выступает над торцом втулки 17,The body of the electromagnet consists of a cylinder 15 with which the base 16 of a magnetically soft metal is vacuum-tightly fused to form an annular gap between their cylindrical surfaces. In the base 16. in the center there is a threaded hole; coaxially with which to the base 16 is vacuum-tightly soldered onto the guide sleeve 17 made of copper, closed in the lower part with a vacuum-tight stop (stop) 18 made of a soft metal magnet attached to it. The limiter 18 acts above the end of the sleeve 17,

2505«2505 "

обеспечива тем самым практически без зазора соединение с основанием корпуса 19 из магнитом гкого металла, вход щего в кольцевой зазор между цилиндром 15 и основанием 16.thereby providing, practically without a gap, a connection with the base of the housing 19 of a magnet of soft metal entering the annular gap between the cylinder 15 and the base 16.

I Такое исполнение магнитопровода снижает до минимума потери магнитного потока на рассеивание .I Such a magnetic circuit minimizes the loss of magnetic flux for dissipation.

На направл ющей втулке 17 расположены два секторных мапшта 20 с радиальным на10 магничиванием. По обе стороны от посто нных магнитов 20 расположены обмотки 21 и 22 управлени на каркасах 23 и 24. Система обмоток и посто нные магниты закрыты охранным цилиндром 25 из изол вдонного материала. Раси пайка провода обмоток выполнена на выводы 26 изол тора 27. Сердечник 28, выполненный из магнитом гкого металла и расположенный в направл ющей втулке 17, механически прочно спа н со стержнем 29, выполненным из не„ магнитного металла ;1л исключени щунтироBaiMH магнитного зазора. Дл обеспечени надежного замыкани подвижного контакта 7 на верхний неподвижщ ж контакт 4 и обеспечени надежной работы при воздействии уско - рений механических нагрузок производитс регулировка контактного иажцти изменением верхнего положени подвижного контакта 7 посредством изменени хода сердечника 28 с помощью регулировочной втулки 30 из магнитом гкого металла путем ввинмиваин On the guide sleeve 17 there are two sectoral masts 20 with radial 10 magnetization. On both sides of the permanent magnets 20, control windings 21 and 22 are located on the frames 23 and 24. The winding system and the permanent magnets are closed by a guard cylinder 25 made of insulated material. The soldering of the wire of the windings is made to the insulator terminals 26. The core 28, made of a soft magnetic metal and located in the guide sleeve 17, is mechanically firmly connected with a rod 29 made of a non-magnetic metal; 1 liter excludes the magnetic gap of the BaiMH. To ensure reliable closure of the movable contact 7 to the upper stationary contact 4 and to ensure reliable operation under the influence of accelerations of mechanical loads, the contact is adjusted by changing the upper position of the movable contact 7 by changing the stroke of the core 28 by adjusting the sleeve 30 made of magnetically soft metal by screwing

И/1И вывинчивани се в основании 16. And / 1And unscrewing it in the base 16.

) обеспечении налсжпого замыкани подвижного контакта 7 на нижний нснодаижный контакт 5 и обеспечени надежной работы этой пары контактов при воздейсткии MexaimЭ$ чсских нагрузок, роулировка контактного нажати производитс изменением нижнего положени подвижного контакта 7 пе}х;мсГцс11ием по резьбе стержн 29 путем ввинчивани или вывинчивани держател 31, спа нного через) ensuring the active closure of the movable contact 7 to the lower nodal contact 5 and ensuring reliable operation of this pair of contacts when exposed to loads, rotating the contact pressing is performed by changing the lower position of the movable contact 7 of the first through the thread of the rod 29 by screwing in or unscrewing the first 7 pin; 31, bath via

40 керамический изол тор 32 с контактодержатенем (поводком) 33. По обеспечению оптимальш 1х величин контактного нажати на оба неподвижных контакта, рсоьбова втулка 30 жестко скрепл етс с основанием 16, а стер49 жень 29 с держателем 31, например с помощью сварки. Дл обеспечени выхода подвода 33 из зацеплени с подвижным контактом 7, поводок 33 закрепл ют сверху на пластине подвижного контакта 7 с помощью штифта 34.40 is a ceramic insulator 32 with a contact-bearing (driver) 33. To ensure optimal 1x contact pressure on both fixed contacts, the sleeve 30 is rigidly attached to the base 16, and the ster 29 29 to the holder 31, for example, by welding. In order to ensure the exit of the inlet 33 from engagement with the movable contact 7, the leash 33 is fixed on the top of the plate of the movable contact 7 with the help of a pin 34.

50 С целью сохранени и полдержани требуемого давлени в вакуумированной оболочке на основании 16 закрепл ют нераспыл емый газопоглотитель 35.50 In order to maintain and maintain the required pressure in the evacuated shell, an unsprayed getter 35 is fixed on the base 16.

Предлагаемый переключатель имеет дистанционное импульсное управление, т.е. он потребSSThe proposed switch has a remote pulse control, i.e. he is consuming

Claims

It only allows control energy at the moment of switching. In the initial position, the movable contact 7 is closed to one (any) of the fixed contacts, for example, the lower 7 fixed contact 5. In this case, a high frequency current passes from the lobe of the 6 pin of the moving contact to the movable contact 7 along the cylindrical part of the fixed contact 5 and further on the leaf of the fixed contact. In this case, the position of the permanent magnet magnetic flux is closed along the circular path permanent magnets 20, part of the eye 28, adjacent to the stop 18, limiter 18, the base of the body 19, the cylindrical part of the body 19 and further the permanent magnet 20. To ensure that the moving contact 7 is switched to the upper fixed contact 4, a power supply terminal with polarity is supplied to the lower control winding 22, which creates a magnetic flux opposite to the magnetic flux in the control winding. about the magnet in this branch. When a magnetic branch of this branch reaches equality of polarizing and controlling mapping flows, due to the magnetic flux of the second branch and instantaneous redistribution of the main magnetic flux m the second branch, the core 28 is transferred to the second stable state - to the threaded sleeve 30. At this Om mobile contact 7, connected through a lead 33, insulator 32, holder 31 and rod 29 with core 2, is transferred to the upper fixed contact 4 and pushed onto it a little earlier than core 28 touches sleeve 28. By moving the core 28 until it stops at the sleeve 30, the contact pressure is created due to the deflection of the contact plate of contact 7 and the elastic properties of its material. To return the movable contact 7 to the lower stationary contact 5, for example, supply power of a corresponding polarity and magnitude is fed to the winding 21. Claim of the invention High-voltage vacuum switch containing two sub-adjustable contacts mounted on the inlets of the vacuum chamber, located in the gap of the middle and middle pin; contact, mechanically coupled through an isolator with a retractable core, 3 is an electrically-activated electromagnetic system with a polarizing permanent magnet, that is, in order to increase reliable The operation of the device under the influence of mechanical loads acceleration, the stability of the parameters of the operation, the switch is equipped with a mechanism for adjusting the contact contact of the moving contact to each of the fixed contacts separately, made in the form of a threaded adjusting sleeve of a soft metal magnet, which is rigidly fixed at the base core in its upper position, and the rod of the diamagnetic metal, which is rigidly fixed at one end coaxially in the heart nick and the second end is connected with threaded insulator. Sources of information taken into account in the examination 1. US patent number 332443, cl. 335-84, 1967.

2. The patent of England N 2996621,, pi. H 01 H 33/66. 1972.

3. US patent N 3312803, cl. 200-87, 1964.

1