Сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометаллическим контактным узлом

Сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометаллическим контактным узлом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (iii943891

Союз Советсник

Социалистические

Республик (61) Дополнительное к авт, сеид-ву (22) Заявлено 04. 12. 80 (21) 3215449/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15. 07. 82. Бюллетень М 26

Дата опубликования описания 15; 07.82 (5()М. Кл.

Н,01 Í 2У18

Н 01 Н 33/18

9кударстеенньй квинтет

СССР нв делам нзобретеннй н етерйтнй

У (53) УДК621.316.

546 3(088,8) В.В. Алексеевский, В.К. Амбарян и Э.В. Казарян (72) Авторы изобретения

Ереванский политехнический инвтитут им. К. Маркса (7I ) Заявитель (54) СИЛЬНОТОЧНЫЙ КОММУТАЦИОННЫЙ АППАРАТ

С МАГНИТОУПРАВЛЯЕМЫМ ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ

КОНТАКТНЫМ УЗЛОМ

Изобретение относится к электроI технике и может быть использовано для коммутирования сильноточных электрических цепей постоянного тока.

Известны коммутационные аппараты состоящие иэ двух твердометалличес-. ких электродов в виде коаксиальных цилиндров, причем один иэ электро" дов изготавливается из ферромагнитного, а другой из неферромагнитного материала. Между цилиндрическими электродами устанавливается изоляционная цилиндрическая перегородка.

Торцы электродов, обращенные к поверхности жидкого металла, снабжены изоляционными дугостойкими насадками так, что плоскость их сопряжения расположена от поверхности жидкого металла дальше, чем торец изоляционной перегородки. Вокруг наружного электрода, по обе стороны от поверхности жидкого металла, расположемы катушки магнитного дутья, включенные

2 встречно. Катушки экранированы ферромагнитным кожухом. При включении пространство между электродами и изоляционной перегородкой заполняется

5 жидким металлом иэ сильфона, который помещен в стакан (1).

Наличие сильфона связано с исполь. зованием пневматических, гидравлических или иных внешних систем для включения и выключения аппарата,что усложняет его эксплуатацию; а также ограничивает в целом область применения. Кроме того, механическая деформация сильфона при каждом включении и отключении аппарата приводит к накоплению усталостных напряжений в материале его оболочки, что ограничивает износостойкость и надежность аппарата в эксплуатации.

2о Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометалличес ким контактным узлом, содержащий

3 943S9 герметиэированный резервуар в виде коаксиальных цилиндрических сообщающихся сосудов из изоляционного дугостойкого материала, твердометаллические контакты,.электромагнит постоянного тока соленоидного типа с якорем, плавающим в жидком металле, диафрагму, образующую вместе с внут" ренними стенками герметизированного резервуара карианы, расположенные в зоне установки твердометаллических контактов, заполненные жидким метал" лом (2).

Недостатком такого коммутационного аппарата является его низкая от- ключающая способность.

Целью изобретения является увеличение отключающей способности, повы" шение надежности и срока службы.

Поставленная. цель достигается тем, 20 что комиутационный аппарат снабжен двумя дугогасительными камерами, диафрагма выполнена с отверстиями,а дугогасительные камеры соединены между собой указанныии отверстиями в диафрагме.

Целью изобретения является также повышение надежности и исключения ложных срабатываний при вибрации и ударах. зо

Эта цель достигается теи, что коммутационный аппарат может быть снабжен постоянным магнитом, размещенным в верхней торцовой части коммутационного аппарата над плавающим

35 якорем.

На фиг. 1 показан предлагаемый, коммутационный аппарат,:общий вид, на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1 (в левой части выключенное, а в правой " включенное положение подвижных дета"

io лей и частей аппарата).

Предлагаемый аппарат состоит из двух твердометалпических контактных стержней (контактов) 1, герметично установленных в диаметральном на45 правлении в стенках цилиндрического корпуса 2, который выполнен иэ изоляционного дугостойкого материала. Внутри корпуса 2 установлена гильза 3, выполненная из дугостойкого иэоляци- 0 онного материала, представляющая собой трубку, заканчивающуюся в верхней части глухой торцовой шайбой.

Гильза 3 устанавливается по диаметру торцовой шайбы в заточку корпуса 2, образуя внутренний KoaKcNBJlbHbIN объем в виде сообщающихся сосудов.

Торец гильзы 3 крепится к корпусу

1 ф

2 винтами 4, зажимающими уплотняющую прокладку 5, которая обеспечивает герметичность внутреннего объема аппарата.

Внутренний объем аппарата заполняется определенныи количеством жидкого металла 6, в котором может плавать якорь 7, находящийся внутри гильзы

3, Якорь 7 выполнен из стальной (или ферроиагнитной) трубки, внутри которой эапрессован сердечник из немагнитного материала с малым удельным весом для облегчения якоря (возможно выполнение якоря 8 виде полого герметичного цилиндра с заполнением его внутренйего объема газом). Зазор между наружной поверхностью якоря и внутренней nGBGpxHocTbo гильзы соответствует скользящей посадке и допускает свободное перемещение якоря вдоль гильзы аналогично поршню. При этом, ввиду малости зазора (иенее

0,5 мм) и несмачиваемости материалов гильзы и якоря жидким металлом, силы поверхностного натяжения последнего намного превышают вес вытесненного якорем жидкого иеталла, чем обеспечивается плотность и невозможность подъема жидкого металла в зазоре по высоте якоря.

8 торцовой части гильзы 3 установлен постоянный магнит 8 и закреплен снаружи стальной шайбой 9. Иагнит 8 при выключенном аппарате удерживает якорь 7.в притянутом верхнем положении. В верхней части корпуса 2, в зоне контактов 1, установлена диаграмма 10, выполненная из изоляционного дугостойкого материала. Диафрагма образует полузамкнутые объемы - карманы около каждого неподвижного контакта, разделяет своими вертикальными ребрами пространство между контактами на две изолированные части по высоте, вплоть до жидкого металла, а также своей горизонтальной частью разделяет рабочий объем около каждого контакта на две камеры, которые связываются между собой через одно или несколько отверстий, выполненных в стенке диафрагмы. Фиксированное положение диафрагмы вдоль вертикальной оси обеспечивается по высоте ребра, упираемого в торец гильзы 3. Снаружи корпуса 2 располагается электромагнит. постоянного тока, имеющий цилиндрический составной магнитопровод 11 из стали, внутри которого находится катушка

5 9438

12, подключаемая к источнику питания.

Магнитопровод 11 крепится к корпусу

2 с помощью винтов 4, заворачиваемых в резьбовые отверстия, которые выполнены в теле магнитопровода. 5

Материалы, из которых выполнены детали 1,2,3,7 и 10, не смачиваются жидким металлом 6.

Аппарат работает следующим образом. 1О

Во включенном положении (на фиг.2 в правой части) катушка 12 электромагнита подключена к напряжению сети постоянного тока и протекающий по ней ток срабатывания имеет величину, кото- 35 рая достаточна для того, чтобы тяговое усилие электромагнита преодолено притяжение постоянного магнита 8, удерживающее якорь 7 в крайнем верхнем положении. При этом. якорь 7 пе- го ремещается по гильзе 3 вниз до упора в дно корпуса 2 и удерживается в этом крайнем нижнем положении до тех пор, пока не изменится соответствующим образом величина тока в катушке 12 25 электромагнита. Жидкий металл 6, который при движении якоря 7 вниз вытесняется из гильзы 3, перемещается в кольцевой сосуд, образованный между наружной стенкой гильзы 3 и внутрен- зв ней стенкой корпуса 2. В результате этого уровень жидкого металла 6 поднимается выше диафрагмы 10 и перели1вается в карманы окало контактов,сое диняясь с находящимся в них жидким металлом и замыкая тем самым по жидкому металлу контактную цепь аппарата. В процессе включения аппарата воздух (или инертный газ), находящийся .в объеме под и над диафраг мой 10, перемещается поднимающимся жидким металлом 6 внутрь гильзы 3 че. рез отверстие в ее цилиндрической стенке, выполненное в верхней части гильзы у торцовой шайбы, поэтому дав45 ление во внутреннем объеме аппарата не меняется. В выключенном положении (на фиг. 2 в левой части) в цепь питания катушки l2 электромагнита последовательно включается дополнитель50 ное сопротивление, которое уменьшает ток катушки до величины отпускания якоря 7, так, что тяговое усилие электромагнита .становится меньше выталкивающего усилия, действующего на якорь 7 со стороны жидкого метал55 . ла 6, в который он погружен.

В результате якорь 7 всплывает и, притягивается до упора в дно гильзы

9l 6

3 постоянным магнитом 8, при этом уровень жидкого металла 6 в кольцевом сообщающемся сосуде понижается и жидкий металл протекает через отверстия в стенке диафрагмы 10 в виде вертикальных струй. Когда уровень перемещаемого жидкого металла 6 опустится ниже уровня жидкого металла в карма" нах у неподвижных контактов 1, то между поверхностями этих жидких металлов возникает электрическая дуга, которая вслед за понижающимся уровнем жидкого металла 6 принудительно удлиняется вдоль наружной стенки кармана диафрагмы 10 и затягивается в узкую щель между диафрагмой 10 и гильзой 3. Далее, когда весь жидкий металл 6 перетечет через диафрагму

10, дуга принудительно последует за ним через одно из отверстий в стенке диафрагмы в нижний объем дугогасительной камеры, сохраняя при этом вертикальное направление тока. В нижнем объеме дугогасительной камеры (под диафрагмой 10) существует радиально направленное магнитное поле соленоидного электромагнита, возбуждаемое током отпускания в катушке.

Взаимодействие этого поля с током дуги при перпендикулярных направлениях магнитной индукции и электрического тока, обеспечиваемых в конструкции, обуславливает максимальное электродинамическое усилие, которсе растягивает и разрывает как струю жидкого металла, так и следующую за ним дугу вдоль окружности, внутри узкой кольцевой щели, образованной между внутренней стенкой корпуса 2 и наружной стенкой гильзы 3.

Принудительно задаваемые при по,мощи диафрагмы 10 условия формообра.зования и направления электрической дуги, вынужденное растягивание ее в узких щелях верхней и нижней камер,с холодными изоляционными стенками, динамическое действие магнитного дутья, дробящего и разрывающего ствол дуги, способствуют ее быстрому и эффективному гашению,. При этом работа дугогасительного устройства аппарата не зависит от изменения полярности (направления) тока в цепи контактов или катушки электромагнита, так как в результате этого меняется только направление магнитного дутья. Таким образом, благодаря значительному растягиванию дуги в узких изоляционных щелях между стенками двух943 объемной дугогасительной камеры и действию магнитного дутья на сформированную в вертикальном осевом направлении струю жидкого металла и дугу обеспечивается существенное повышение эффективности дугогасительной системы аппарата, надежное гашение сильноточной дуги и уменьшение времени ее горения.

Для повышения вибро- и ударостойкости коммутационного аппарата якорь соленоидного электромагнита (при выключенном аппарате) удерживается в крайнем верхнем положении постоянным магнитом.

Формула изобретения

1. Сильноточный коммутационный аппарат с магнитоуправляемым жидкометаллическим контактным узлом, содержащий герметизированный резервуар в виде коаксиальных цидиндрических сообщающихся сосудов из изоляционного дугостойкого материала, твердометалб лические контакты, электромагнит постоянного тока соленоидного типа с

891 8 якорем, плавающим в жидком металле, диафрагму, образующую вместе с внутренними стенками, герметизированного резервуара карманы, расположенные в зоне установки твердометаллических контактов, заполненные жидким металлом, отличающийся тем, что, с целью увеличения отключающей способности, повышения надежности о и срока службы, он, снабжен двумя дугогасительными камерами, диафрагма выполнена с отверстиями, à дугогасительные камеры соединены между собой указанными отверстиями.

2. Коммутационный аппарат по и. 1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и исключения ложных .срабатываний при вибрации и ударах, он снабжен постоянным магнитом, размещенным в верхней торцовой части коммутационного аппарата над плавающим якорем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

25 1. Авторское свидетельство СССР

М 527757, кл. Н 01 Н 29/28, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

If 221l05, кл. Н 01 Н 29/!8, 1966.

943891

Составитель В.Чичерюкин

Редактор М.Петрова Техред М. Тепер Корректор В.Синицкая

Заказ 5136/65 Тираж 761 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4