RU2362231C1 - Exchange device - Google Patents
Exchange device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2362231C1 RU2362231C1 RU2008121278/09A RU2008121278A RU2362231C1 RU 2362231 C1 RU2362231 C1 RU 2362231C1 RU 2008121278/09 A RU2008121278/09 A RU 2008121278/09A RU 2008121278 A RU2008121278 A RU 2008121278A RU 2362231 C1 RU2362231 C1 RU 2362231C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plane
- hard
- elongated plate
- conductors
- elements
- Prior art date
Links
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 62
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 claims description 6
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 3
- 230000013011 mating Effects 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000007717 exclusion Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 34
- 230000009471 action Effects 0.000 description 6
- 206010012335 Dependence Diseases 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 3
- 238000010790 dilution Methods 0.000 description 3
- 239000012895 dilution Substances 0.000 description 3
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- High-Tension Arc-Extinguishing Switches Without Spraying Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к сильноточной импульсной электроэнергетике.The invention relates to high-current pulsed power.
Из достигнутого уровня техники известно коммутационное устройство, содержащее вакуумированную камеру с боковым выводом, подвижной и неподвижный электроды, установленные соосно в вакуумированной камере, при этом рабочие участки неподвижного и подвижного электродов выполнены в виде коаксиально расположенных конусных поверхностей, в вывод вакуумированной камеры соединен с верхним концом бескаркасной катушки, охватывающей снаружи вакуумированную камеру, причем нижний конец катушки является плюсовым выводом коммутационного устройства, минусовой вывод которого выполнен в виде стержня, соединенного с подвижным электродом (см. авторское свидетельство SU - A - №196959, 1967).It is known from the prior art that a switching device comprising a vacuum chamber with a lateral outlet, a movable and stationary electrodes mounted coaxially in a vacuum chamber, while the working sections of the stationary and movable electrodes are made in the form of coaxially arranged conical surfaces, is connected to the upper end of the evacuated chamber frameless coil, covering the outside of the evacuated chamber, and the lower end of the coil is the positive output of the switching devices a, the negative terminal of which is made in the form of a rod connected to a movable electrode (see copyright certificate SU - A - No. 1969959, 1967).
Недостаток этого коммутационного устройства заключается в том, что оно не обеспечивает эффективной защиты электродов от эрозии, так как создаваемая катушкой напряженность магнитного поля в месте размыкания электродов недостаточна для обеспечения необходимой (с точки зрения отсутствия эрозии электродов) скорости перемещения плазменного столба дугового разряда).The disadvantage of this switching device is that it does not provide effective protection of the electrodes against erosion, since the magnetic field generated by the coil at the point where the electrodes open is insufficient to provide the necessary (from the point of view of the absence of electrode erosion) speed of movement of the plasma column of the arc discharge).
Известно также коммутационное устройство, содержащее вакуумированную камеру с первым и вторым входными выводами, неподвижный и подвижной электроды, установленные соосно в вакуумированной камере, а также первую и вторую шины в виде размещенных в вакуумированной камере напротив друг друга и перпендикулярно оси, вдоль которой размещены неподвижный и подвижной электроды, удлиненных пластин, соединенных соответственно с первым и вторым входными выводами, при этом неподвижный электрод выполнен в виде контактного элемента, жестко и электрически соединенного со второй удлиненной пластиной, подвижной электрод посредством гибких токоподводов соединен с первой удлиненной пластиной и размещен с возможностью обеспечения при его осевом перемещении одинакового по периметру его контактного элемента гарантированного зазора между ним и стенкой сквозного отверстия, выполненного в первой шине, а снаружи вакуумированной камеры и по всей длине первой и второй шин размещен источник внешнего поперечного постоянного магнитного поля (см. авторское свидетельство SU - A - №196960, 1967). Это устройство взято в качестве прототипа как наиболее близкое к изобретению по совокупности существенных признаков.There is also known a switching device comprising a vacuum chamber with first and second input leads, a fixed and a movable electrode mounted coaxially in a vacuum chamber, and also the first and second buses in the form of placed opposite each other in a vacuum chamber and perpendicular to the axis along which the fixed and movable electrodes, elongated plates connected respectively to the first and second input terminals, while the fixed electrode is made in the form of a contact element, rigidly and electrically connected to the second elongated plate, the movable electrode is connected to the first elongated plate by means of flexible current leads and is arranged to ensure a uniform gap between the contact element and the wall of the through hole made in the first bus and the outside of the evacuated chamber and along the entire length of the first and second tires there is a source of an external transverse constant magnetic field (see copyright certificate SU - A - No. 196960, 1967). This device is taken as a prototype as the closest to the invention in terms of essential features.
Недостаток прототипа заключается в том, что размещение источника внешнего поперечного магнитного поля вне вакуумированной камеры приводит не только к существенному увеличению габаритов устройства, но и к значительным энергозатратам, связанным с необходимостью создания высокой напряженности (103 эрстед) магнитного поля во всем (достаточно большом) объеме между удлиненными пластинами.The disadvantage of the prototype is that the placement of the source of the external transverse magnetic field outside the evacuated chamber leads not only to a significant increase in the dimensions of the device, but also to significant energy costs associated with the need to create a high magnetic field strength (10 3 oersted) in everything (large enough) the volume between the elongated plates.
Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению уменьшения габаритов коммутационного устройства, снижения энергозатрат при одновременном увеличении номинала коммутируемого тока за счет создания в межэлектродном промежутке собственного поперечного магнитного поля, обеспечивающего перемещение плазменного столба дугового разряда между каждой парой контактных элементов подвижного и неподвижного электродов по замкнутой траектории.The present invention is aimed at solving the technical problem of reducing the dimensions of the switching device, reducing energy consumption while increasing the nominal current of the switched current by creating a transverse magnetic field in the interelectrode gap that allows the plasma column of the arc discharge to move between each pair of contact elements of the movable and fixed electrodes in a closed trajectories.
Поставленная задача решена тем, что в коммутационном устройстве, содержащем размещенные в вакуумированной камере две шины, выполненные в виде расположенных параллельно и напротив друг друга одинаковых соответственно первой и второй удлиненных металлических пластин, электрически соединенных соответственно с первым и вторым входными выводами, а также подвижной и неподвижный электроды, расположенные вдоль вертикальной оси, перпендикулярной обоим удлиненным пластинам и лежащей в соответствующей удлиненным пластинам общей вертикальной продольной плоскости симметрии, при этом в первой удлиненной пластине выполнено соосное упомянутой выше вертикальной оси сквозное отверстие с размерами, обеспечивающими одинаковый зазор между стенками сквозного отверстия и подвижным электродом при его осевом перемещении, а подвижной и неподвижный электроды электрически соединены соответственно с первой и второй удлиненной пластиной, согласно изобретению неподвижный электрод выполнен в виде двух одинаковых контактных элементов, во второй удлиненной пластине выполнено соосное вертикальной оси сквозное отверстие, в котором с обеспечением электрической изоляции друг относительно друга и симметрично относительно продольной плоскости симметрии размещены и соединены с помощью кольцевого элемента из диэлектрического материала со второй удлиненной пластиной контактные элементы неподвижного электрода, подвижной электрод также выполнен в виде двух одинаковых контактных элементов, которые расположены с зазором друг относительно друга, симметрично относительно продольной плоскости симметрии и попарно напротив контактных элементов неподвижного электрода, для обеспечения возможности перемещения вдоль вертикальной оси подвижной электрод снабжен стержневым элементом, который выполнен из диэлектрического материала и снабжен двумя одинаковыми токопроводящими элементами, расположенными симметрично относительно как продольной плоскости симметрии, так и перпендикулярной ей и проходящей через вертикальную ось первой вертикальной плоскости, токопроводящие элементы размещены на нижнем участке стержневого элемента, жестко соединены с ним, при этом нижние концы токопроводящих элементов механически и электрически соединены с соответствующим каждому из них контактным элементом подвижного электрода, а верхние части токопроводящих элементов электрически соединены с первой удлиненной пластиной с помощью соответствующего каждому из них токоподвода, причем токоподвод между первым токопроводящим элементом и первой удлиненной пластиной включает последовательно соединенные между собой первый гибкий токоподвод и первый жесткий токоподвод, токоподвод между вторым токопроводящим элементом и первой удлиненной пластиной включает последовательно соединенные между собой второй гибкий токоподвод и второй жесткий токоподвод, первый и второй контактные элементы неподвижного электрода электрически соединены со второй удлиненной пластиной с помощью соответственно третьего и четвертого жестких токопроводов, образующие первую пару первый и четвертый жесткие токопроводы выполнены одинаковыми, образующие вторую пару второй и третий жесткие токопроводы выполнены одинаковыми и зеркально-симметричными по отношению к жестким токопроводам первой пары, каждый жесткий токопровод включает расположенный между первым и вторым вертикальными крайними участками горизонтальный средний участок в виде прямоугольного полувитка, концы которого однонаправленно загнуты под прямым углом в направлении к входным выводам, при этом отогнутый наружу конец полувитка сопряжен под прямым углом с первым крайним участком, а отогнутый внутрь конец полувитка сопряжен под прямым углом с вторым крайним участком, который выполнен в виде неравнобочной прямоугольной скобы, полка которой параллельна плоскости полувитка среднего участка и расположена между ортогональными к ней и параллельными между собой первым и вторым боковыми элементами, при этом длина сопряженного с отогнутым внутрь концом полувитка второго бокового элемента меньше длины первого бокового элемента на длину первого крайнего участка жесткого токопровода, первый и второй жесткие токопроводы расположены над первой удлиненной пластиной, симметрично относительно ее продольной плоскости симметрии и с одинаковым зазором между одноименными концами полувитков, а также первыми и вторыми крайними участками, полувитки первого и второго жестких токопроводов расположены в плоскости, параллельной первой удлиненной пластине и на расстоянии от нее, равном длине первых крайних участков, электрически соединенных с первой удлиненной пластиной, полувитки третьего и четвертого жестких токопроводов расположены в плоскости, параллельной второй удлиненной пластине и на том же расстоянии от нее, равном длине первых крайних участков, электрически соединенных с второй удлиненной пластиной, первые крайние участки всех жестких токопроводов расположены во второй вертикальной плоскости, первые боковые элементы вторых крайних участков всех жестких токопроводов расположены в третьей вертикальной плоскости, а вторые боковые элементы вторых крайних участков всех жестких токопроводов расположены в четвертой вертикальной плоскости, причем вторая, третья и четвертая вертикальные плоскости параллельны первой вертикальной плоскости, относительно которой симметрично расположены полувитки всех жестких токопроводов, верхние концы первых боковых элементов третьего и четвертого жестких токопроводов электрически и механически соединены соответственно с первым и вторым контактным элементом неподвижного электрода, на обращенных друг к другу сторонах полок вторых крайних участков первого и второго жестких токопроводов выполнены расположенные напротив друг друга выемки, образующие совместно соосное упомянутой выше вертикальной оси отверстие, в котором размещен с возможностью осевого перемещения и вплотную к соответствующим первым боковым элементам стержневой элемент, один конец первого гибкого токопровода закреплен на первом токопроводящем элементе, а его другой конец - на верхней поверхности полки первого жесткого токопровода, один конец второго гибкого токопровода закреплен на втором токопроводящем элементе, а его другой конец - на верхней поверхности полки второго жесткого токопровода, при этом оба гибких токопровода выполнены одинаковыми.The problem is solved in that in the switching device containing two buses located in the evacuated chamber, made in the form of identical parallel to and opposite each other, respectively, of the first and second elongated metal plates, electrically connected respectively to the first and second input terminals, as well as movable and fixed electrodes located along a vertical axis perpendicular to both elongated plates and lying vertically common in the corresponding elongated plates the longitudinal plane of symmetry, while in the first elongated plate there is made a through hole coaxial with the aforementioned vertical axis with dimensions that provide the same clearance between the walls of the through hole and the movable electrode when it is axially moved, and the movable and fixed electrodes are electrically connected respectively to the first and second elongated plate , according to the invention, the fixed electrode is made in the form of two identical contact elements, in the second elongated plate is made coaxial the through axis, in which, with electrical isolation from each other and symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry, the contact elements of the fixed electrode are placed and connected by means of an annular element of dielectric material with a second elongated plate, the movable electrode is also made in the form of two identical contact elements, which are located with a gap relative to each other, symmetrically with respect to the longitudinal plane of symmetry and pairwise opposite active elements of the fixed electrode, to enable movement along the vertical axis, the movable electrode is equipped with a rod element that is made of dielectric material and is equipped with two identical conductive elements located symmetrically with respect to both the longitudinal plane of symmetry and perpendicular to it and passing through the vertical axis of the first vertical plane , conductive elements are located on the lower portion of the rod element, rigidly connected to it, while the lower ends of the conductive elements are mechanically and electrically connected to the contact element of the movable electrode corresponding to each of them, and the upper parts of the conductive elements are electrically connected to the first elongated plate using a current supply corresponding to each of them, and the current supply between the first conductive element and the first elongated plate includes serially connected the first flexible current lead and the first hard current lead, the current lead between the second conductive element ntom and the first elongated plate includes a second flexible current lead and a second hard current lead connected in series, the first and second contact elements of the fixed electrode are electrically connected to the second elongated plate using the third and fourth hard conductors, respectively, forming the first pair of the first and fourth hard conductors made identical forming the second pair of the second and third hard conductors are made identical and mirror-symmetrical with respect to the rigid to the conductors of the first pair, each rigid current lead includes a horizontal middle section located between the first and second vertical extreme sections in the form of a rectangular half-turn, the ends of which are unidirectionally bent at a right angle to the input terminals, while the outward-curved end of the half-turn is mated at right angles with the first extreme section, and the end of the half-turn bent inward is mated at right angles with the second extreme section, which is made in the form of an unequal rectangular bracket, the shelf of which is parallel to the half-turn plane of the middle section and is located between the first and second side elements orthogonal to it and parallel to each other, the length of the second side element mating with the end bent inward is less than the length of the first side element by the length of the first extreme section of the hard current lead, the first and second rigid conductors are located above the first elongated plate, symmetrically with respect to its longitudinal plane of symmetry and with the same gap between the ends of the same name coils, as well as the first and second extreme sections, half-turns of the first and second hard conductors are located in a plane parallel to the first elongated plate and at a distance from it equal to the length of the first extreme sections electrically connected to the first elongated plate, half-coils of the third and fourth hard conductors are located in a plane parallel to the second elongated plate and at the same distance from it, equal to the length of the first extreme sections electrically connected to the second elongated plate, the first cr the lower sections of all the hard conductors are located in the second vertical plane, the first side elements of the second extreme sections of all the hard conductors are located in the third vertical plane, and the second side elements of the second extreme sections of all the hard conductors are located in the fourth vertical plane, the second, third and fourth vertical planes parallel to the first vertical plane, relative to which half-turns of all rigid current conductors are symmetrically located, the upper ends of the first of the shunt elements of the third and fourth hard conductors are electrically and mechanically connected respectively to the first and second contact element of the fixed electrode, recesses opposite each other are made on opposite sides of the shelves of the second extreme sections of the first and second hard conductors, forming together coaxial with the aforementioned vertical axis a hole in which the rod element is placed with the possibility of axial movement and close to the corresponding first side elements the other end of the first flexible current lead is fixed to the first conductive element, and its other end to the upper surface of the flange of the first hard current path, one end of the second flexible current lead is fixed to the second conductive element, and its other end to the upper surface of the flange of the second hard current path, both flexible conductors are made the same.
Основные преимущества предложенного коммутационного устройства перед прототипом заключаются в следующем. Выполнение как неподвижного, так и подвижного электродов в виде двух одинаковых контактных элементов, расположенных попарно напротив друг друга и соединенных через соответствующий каждому контактному элементу токоподвод с соответствующей удлиненной пластиной, позволило распределить коммутируемый ток между двумя одинаковыми параллельными ветвями, а следовательно, обеспечить достижение первого технического результата, заключающегося в увеличении номинала коммутируемого тока. Использование в токоподводе к каждому контактному элементу жестких токоподводов с определенным конструктивным выполнением среднего горизонтального участка, первого и второго крайних участков обеспечило создание в межэлектродном промежутке собственного поперечного магнитного поля, вызывающего перемещение плазменного столба дугового разряда между каждой парой контактных элементов по замкнутой траектории. Это обеспечивает достижение следующих технических результатов: уменьшение габаритов коммутационного устройства за счет отсутствия расположенных вне вакуумированной камеры каких-либо узлов, элементов; снижение энергозатрат за счет создания собственного, а не внешнего поперечного магнитного поля требуемой напряженности только в пределах межэлектродного промежутка; уменьшение эрозии контактных элементов вследствие перемещения плазменного столба дуговых разрядов по замкнутой траектории. Остальные преимущества предложенного коммутационного устройства будут отмечены ниже.The main advantages of the proposed switching device over the prototype are as follows. The execution of both the fixed and the movable electrodes in the form of two identical contact elements located in pairs opposite each other and connected through a current lead to each contact element with a corresponding elongated plate, made it possible to distribute the switched current between two identical parallel branches, and therefore, to achieve the first technical The result is an increase in the nominal current of the switched current. The use of hard current leads in each current element with a certain structural design of the middle horizontal section, the first and second extreme sections ensured the creation of a transverse magnetic field in the interelectrode gap, causing the plasma column of the arc discharge to move between each pair of contact elements along a closed path. This ensures the achievement of the following technical results: reducing the size of the switching device due to the absence of any nodes or elements located outside the evacuated chamber; reduction of energy costs due to the creation of its own, and not an external transverse magnetic field of the required strength only within the interelectrode gap; reduction of erosion of contact elements due to the movement of the plasma column of arc discharges along a closed path. Other advantages of the proposed switching device will be noted below.
На фиг.1 изображено коммутационное устройство, вид спереди, частичный разрез; на фиг.2 - то же вид сверху; на фиг.3 - то же вид снизу; на фиг.4 - жесткие токопроводы, общий вид; на фиг.5 - распределение силовых линий магнитного поля в плоскости А-А сечения; на фиг.6 - то же в плоскости Б-Б сечения; на фиг.7 - распределение компонент и поперечного магнитного поля; на фиг.8 - неподвижный и подвижной электроды, увеличено; на фиг.9 - распределение компонент и поперечного магнитного поля вдоль оси Y; на фиг.10 - распределение силовых линий магнитного поля в плоскости В-В сечения; на фиг.11 - распределение компоненты поперечного магнитного поля; на фиг.12 - распределение силовых линий магнитного поля в плоскости Г-Г сечения; на фиг.13 - распределение компоненты поперечного магнитного поля; на фиг.14 - распределение направления компоненты Нх поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке; на фиг.15 - распределение Нх вдоль оси Y; на фиг.16 - распределение направления компоненты Ну поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке; на фиг.17 - траектории перемещения опорных пятен дуговых разрядов под действием сил, обусловленных поперечным магнитным полем в межэлектродном промежутке.Figure 1 shows a switching device, front view, partial section; figure 2 is the same top view; figure 3 is the same view from below; figure 4 - hard conductors, General view; figure 5 - distribution of the lines of force of the magnetic field in the plane aa section; figure 6 is the same in the plane BB section; figure 7 - distribution of components and transverse magnetic field; on Fig - fixed and movable electrodes, increased; figure 9 - distribution of components and a transverse magnetic field along the Y axis; figure 10 - distribution of the lines of force of the magnetic field in the plane BB section; figure 11 - distribution of components transverse magnetic field; on Fig - distribution of the lines of force of the magnetic field in the plane G-G section; Fig.13 - distribution of components transverse magnetic field; on Fig - distribution of the direction of the component H x the transverse magnetic field in the interelectrode gap; on Fig - distribution of H x along the axis Y; on Fig - distribution of the direction of the component H at the transverse magnetic field in the interelectrode gap; on Fig - trajectory of the movement of the supporting spots of the arc discharges under the action of forces due to the transverse magnetic field in the interelectrode gap.
Коммутационное устройство содержит (фиг.1-3) вакуумированную (герметичную) камеру 1 с первым 2 и вторым 3 входными выводами. В полости вакуумированной камеры 1 размещены расположенные вдоль вертикальной оси 4, во-первых, неподвижный электрод, выполненный в виде двух одинаковых контактных элементов 5.1 и 5.2, имеющих, предпочтительно, форму кругового сегмента, а во-вторых, с возможностью перемещения вдоль оси 4 подвижной электрод, выполненный, аналогично неподвижному электроду, в виде двух одинаковых контактных элементов 6.1 и 6.2, имеющих, предпочтительно, форму кругового сегмента. Контактные элементы 6.1 и 6.2 посредством стержневого элемента 7 соединены через соответствующий герметичный ввод вакуумированной камеры 1 с приводом (не показан), предпочтительно индукционно-динамическим (см. патент RU - C1 - №2207647, 2003). Кроме того, в вакуумированной камере 1 размещены электрически соединенные соответственно с первым 2 и вторым 3 входными выводами первая и вторая параллельные между собой шины, которые выполнены в виде соответственно первой 8 и второй 9 одинаковых удлиненных металлических пластин, расположенных перпендикулярно оси 4, лежащей в соответствующей удлиненным пластинам 8 и 9 общей вертикальной продольной плоскости 10 симметрии. В первой удлиненной пластине 8 выполнено соосное оси 4 сквозное отверстие 11, радиус которого на 0,1-0,3 мм превышает радиус окружности контактных элементов 6.1 и 6.2, которые расположены с зазором друг относительно друга и симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии. В случае выполнения контактных элементов 6.1 и 6.2 другой формы сквозное отверстие 11 должно иметь форму, соответствующую контактным элементам 6.1 и 6.2, а его размер выбирается из условия обеспечения вокруг контактных элементов 6.1 и 6.2 одинакового гарантированного зазора, равного 0,1-0,3 мм, между ними и стенкой сквозного отверстия 11 при осевом перемещении подвижного электрода.The switching device contains (Fig.1-3) evacuated (sealed)
Аналогично во второй удлиненной пластине 9 выполнено сквозное отверстие 12, соосное оси 4. Контактные элементы 5.1 и 5.2 неподвижного электрода размещены в отверстии 12 попарно напротив соответственно контактных элементов 6.1 и 6.2, с обеспечением электрической изоляции друг относительно друга и симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии. Контактные элементы 5.1 и 5.2 механически соединены со второй удлиненной пластиной 9 с помощью размещенного также в отверстии 12 кольцевого элемента 13 из диэлектрического материала, что обеспечивает электрическую изоляцию их от удлиненной пластины 9 (фиг.3).Similarly, in the second
Стержневой элемент 7 подвижного электрода выполнен из диэлектрического материала и снабжен двумя одинаковыми электрически изолированными друг от друга токопроводящими элементами 14 и 15, которые размещены на нижнем участке стержневого элемента 7, жестко соединены с ним и расположены симметрично относительно как продольной плоскости 10 симметрии, так и первой вертикальной плоскости 16, которая перпендикулярна продольной плоскости 10 симметрии и проходит через ось 4. Токопроводящие элементы 14 и 15 выполнены, предпочтительно, из профиля открытого сечения (кольцевого сегмента, П-образного и т.п.), при этом нижние концы токопроводящих элементов 14 и 15 механически и электрически соединены соответственно с контактным элементом 6.1 и контактным элементом 6.2 подвижного электрода.The
Токопроводящие элементы 14 и 15 в своей верхней части соединены электрически с первой удлиненной пластиной 8 с помощью соответствующего каждому из них токоподвода, включающего последовательно соединенные между собой жесткий и гибкий токопровод. Имеющий по всей своей длине неизменные поперечные размеры жесткий токопровод 17 к токопроводящему элементу 14 и выполненный зеркально-симметричным по отношению к нему (иными словами, с теми же геометрическими параметрами) жесткий токопровод 18 к токопроводящему элементу 15 расположены над первой удлиненной пластиной 8 (фиг.1, 2, 4) и симметрично относительно ее продольной плоскости 10 симметрии. Каждый жесткий токопровод 17 и 18 имеет горизонтальный средний участок (фиг.2-4), расположенный между первым и вторым вертикальными крайними участками, предпочтительно выполненными за одно целое с ним. Средние участки жестких токопроводов 17 и 18 расположены в плоскости, параллельной первой удлиненной пластине 8, а каждый средний участок выполнен в виде прямоугольного полувитка 17.1 (18.1), концы 17.2 и 17.3 (18.2 и 18.3) которого однонаправленно загнуты под прямым углом и расположены параллельно продольной плоскости 10 симметрии удлиненных пластин 8 и 9 так, что отогнутые наружу полувитков 17.1 и 18.1 соответственно концы 17.2 и 18.2 и отогнутые внутрь полувитков 17.1 и 18.1 соответственно концы 17.3 и 18.3 попарно параллельны между собой и расположены попарно напротив друг друга с зазором - δ друг относительно друга, а сами полувитки 17.1 и 18.1 расположены симметрично относительно плоскости 16.The
Отогнутый наружу конец 17.2 полувитка 17.1 обращен в сторону первого входного вывода 2 и соединен (электрически и механически) с первой удлиненной пластиной 8 посредством первого крайнего участка 17.4, который соответствует жесткому токопроводу 17 и расположен под прямым углом к концу 17.2 полувитка 17.1. Аналогично отогнутый наружу и обращенный в сторону первого входного вывода 2 конец 18.2 полувитка 18.1 соединен с первой удлиненной пластиной 8 посредством соответствующего жесткому токопроводу 18 и расположенного под прямым углом к концу 18.2 первого крайнего участка 18.4. Первые крайние участки 17.4 и 18.4 расположены во второй вертикальной плоскости, перпендикулярной первой удлиненной пластине 8 и параллельной плоскости 16.The outwardly curved end 17.2 of the half-coil 17.1 faces the
Вторые крайние участки жестких токопроводов 17 и 18 выполнены в виде одинаковых неравнобочных прямоугольных (П-образных) скоб, полки 17.5 и 18.5 которых параллельны плоскости соответственно полувитков 17.1 и 18.1, при этом каждая полка 17.5 (18.5) расположена между ортогонально расположенными к ней и параллельными между собой первым 17.6 (18.6) и вторым 17.7 (18.7) боковыми элементами. Полки 17.5 и 18.5 соответственно вторых крайних участков жестких токопроводов 17 и 18 расположены в плоскости, параллельной первой удлиненной пластине 8 и на расстоянии от нее, равном длине первых боковых элементов 17.6 (18.6), которая больше длины сопряженных с отогнутым внутрь концом 17.3 (18.3) вторых боковых элементов 17.7 (18.7) на длину первых крайних участков 17.4 (18.4). Первые боковые элементы 17.6 и 18.6, а также вторые боковые элементы 17.7 и 18.7 расположены в соответствующих им третьей и четвертой вертикальных плоскостях, параллельных плоскости 16.The second extreme sections of the
На обращенных друг к другу сторонах полок 17.5 и 18.5 выполнены расположенные напротив друг друга выемки 19 и 20, образующие совместно соосное оси 4 отверстие, в котором размещен с возможностью осевого перемещения стержневой элемент 7. Иными словами, образованное выемками 19 и 20 отверстие является, по существу, направляющей разрезанной втулкой для стержневого элемента 7 подвижного электрода, при этом стержневой элемент 7 расположен вплотную к поверхностям первых боковых элементов 17.6 и 18.6, которые обращены к соответствующим им вторым боковым элементам 17.7 и 18.7. Отогнутые внутрь концы 17.3 и 18.3 соответственно полувитков 17.1 и 18.1 сопряжены под прямым углом с соответствующим каждому из них вторым боковым элементом 17.7 и 18.7 соответственно вторых крайних участков жестких токопроводов 17 и 18.On the sides of the shelves 17.5 and 18.5 facing each other,
Один конец гибкого токопровода 21 закреплен на токопроводящем элементе 14, а его другой конец - на верхней поверхности полки 17.5. Аналогично один конец гибкого токопровода 22 закреплен на токопроводящем элементе 15, а его другой конец - на верхней поверхности полки 18.5, при этом гибкие токопроводы 21 и 22 выполнены одинаковыми (фиг.2).One end of the
Контактные элементы 5.1 и 5.2 неподвижного электрода электрически соединены со второй удлиненной пластиной 9 посредством соответствующего каждому из них жесткого токопровода 23 и 24. Токопроводы 23 и 24 имеют форму и геометрические размеры такие же, как соответственно жесткие токопроводы 18 и 17, но расположены под второй удлиненной пластиной 9 и симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии. Таким образом, жесткий токопровод 23 так же, как и жесткий токопровод 18, включает: средний участок в виде прямоугольного полувитка 23.1, концы 23.2 и 23.3 которого однонаправленно загнуты под прямым углом в сторону второго входного вывода 3 и расположены параллельно продольной плоскости 10 симметрии; первый крайний участок 23.4, соединенный с одной стороны с второй удлиненной пластиной 9, а с другой стороны сопряженный под прямым углом с отогнутым наружу концом 23.2 полувитка 23.1; второй крайний участок в виде неравнобочной прямоугольной скобы с полкой 23.5, первым боковым элементом 23.6 и вторым боковым элементом 23.7, сопряженным под углом 90° с концом 23.3, который отогнут внутрь полувитка 23.1. Аналогично, жесткий токопровод 24 также, как и жесткий токопровод 17 включает: средний участок в виде прямоугольного полувитка 24.1, концы 24.2 и 24.3 которого однонаправленно загнуты под прямым углом в сторону второго входного вывода 3 и расположены параллельно продольной плоскости 10 симметрии; первый крайний участок 24.4, соединенный с одной стороны со второй удлиненной пластиной 9, а с другой стороны сопряженный под прямым углом с концом 24.2, отогнутым наружу полувитка 24.1; второй крайний участок в виде неравнобочной прямоугольной скобы с полкой 24.5, первым боковым элементом 24.6 и вторым боковым элементом 24.7, сопряженным под прямым углом с концом 24.3, отогнутым внутрь полувитка 24.1.The contact elements 5.1 and 5.2 of the fixed electrode are electrically connected to the second
Кроме того, отогнутые наружу полувитков 23.1 и 24.1 концы 23.2 и 24.2 и отогнутые внутрь полувитков 23.1 и 24.1 концы 23.3 и 24.3 попарно параллельны между собой и расположены попарно напротив друг друга с зазором δ друг относительно друга, а сами полувитки 23.1 и 24.1 расположены симметрично относительно плоскости 16. Первые крайние участки 23.4 и 24.4, первые боковые элементы 23.6 и 24.6, а также вторые боковые элементы 23.7 и 24.7 расположены соответственно в тех же плоскостях, параллельных плоскости 16, что и соответственно первые крайние участки 17.4 и 18.4, первые боковые элементы 17.6 и 18.6, а также вторые боковые элементы 17.7 и 18.7. В свою очередь, средние участки жестких токопроводов 23 и 24 расположены в плоскости, параллельной второй удлиненной пластине 9, и на том же расстоянии от нее, что и средние участки жестких токопроводов 17 и 18 относительно первой удлиненной пластины 8. Что касается полок 23.5 и 24.5, то они расположены в плоскости, параллельной второй удлиненной пластине 9, и, предпочтительно, на том же расстоянии от нее, что и полки 17.5 и 18.5 относительно первой удлиненной пластины 8. Верхние концы первых боковых элементов 23.6 и 24.6 электрически и механически соединены соответственно с контактным элементом 5.1 и контактным элементом 5.2 неподвижного электрода. Жесткий токопровод 24 отличается от жесткого токопровода 17 только отсутствием у него выемки 19, а жесткий токопровод 23 отличается от жесткого токопровода 18 только отсутствием у него выемки 20. Таким образом, выполненные зеркально-симметричными относительно друг друга две пары жестких токопроводов 17 и 23, а также 18 и 24 расположены попарно симметрично относительно плоскости 25, параллельной обеим удлиненным пластинам 8 и 9, одинаково удаленной от них. С другой стороны выполненные зеркально-симметричными жесткие токопроводы 17 и 18 расположены симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии, а их первые крайние участки 17.4 и 18.4; концы 17.2, 18.2 и 17.3 и 18.3, а также полки 17.5, 18.5, первые боковые элементы 17.6, 18.6 и вторые боковые элементы 17.7, 18.7 расположены с зазором - δ друг относительно друга и симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии. Сказанное выше справедливо также и в отношении жестких токопроводов 23 и 24, выполненных также зеркально-симметричными. На чертежах используются также следующие обозначения: А-А и Б-Б - плоскости сечения, параллельные плоскости 16 и расположенные на одинаковом расстоянии от нее; В-В и Г-Г - плоскости сечения, параллельные продольной плоскости 10 симметрии и расположенные на одинаковом расстоянии от нее. Криволинейными линиями со стрелкой показаны силовые линии магнитного поля, прямыми линиями со стрелкой обозначены направления токов I0, I1, I2, I3 и I4. Линия пересечения плоскости 25 с плоскостью 16 обозначена осью х. Линия пересечения продольной плоскости 10 симметрии с плоскостью 25 обозначена осью Y, а линия пересечения продольной плоскости 10 симметрии с плоскостью 16 (ось 4) обозначена дополнительно буквой Z. Линия пересечения плоскости А-А сечения с плоскостью 25 обозначена позицией 26, а с продольной плоскостью 10 симметрии обозначена позицией 27. Линия пересечения плоскости Б-Б сечения с плоскостью 25 обозначена позицией 28, а с продольной плоскостью 10 симметрии обозначена позицией 29. Линия пересечения плоскости В-В сечения с плоскостью 25 обозначена позицией 30, а с плоскостью 16 - позицией 31. Линия пересечения плоскости Г-Г сечения с плоскостью 25 обозначена позицией 32, а с плоскостью 16 - позицией 33. Опорные пятна дуговых разрядов на контактном элементе 5.1 и контактном элементе 5.2 обозначены позицией 34 и 37, замкнутые траектории перемещения опорных пятен дуговых разрядов обозначены соответственно позициями 35 и 36.In addition, the ends 23.2 and 24.2 bent outward of the half-turns 23.1 and 24.1 and the ends 23.3 and 24.3 bent inward of the half-turns 23.1 and 24.3 are pairwise parallel to each other and are arranged in pairs opposite each other with a gap δ relative to each other, and the half-turns 23.1 and 24.1 themselves are symmetrically located
Работа коммутационного устройства осуществляется следующим образом. В исходном положении подвижной электрод находится в крайнем нижнем положении (фиг.1, а также фиг.8). Иными словами, контактные элементы 5.1 и 6.1, а также контактные элементы 5.2 и 6.2 находятся вплотную друг к другу. Давление в вакуумированной камере 1 находится на уровне (5-8)·10-6 Торр, а первый 2 и второй 3 входные выводы соединены с коммутируемым участком цепи постоянного тока. В результате коммутируемый ток I0 протекает от первого входного вывода 2 ко второму входному выводу 3 последовательно через первую удлиненную пластину 8, через две параллельно соединенные и имеющие одинаковое сопротивление электрические ветви и через вторую удлиненную пластину 9, соединенную с вторым входным выводом 3. При этом первая электрическая ветвь включает последовательно соединенные жесткий токопровод 17, гибкий токопровод 21, токопроводящий элемент 14, контактный элемент 6.1 подвижного электрода, контактный элемент 5.1 неподвижного электрода и жесткий токопровод 23. Вторая электрическая ветвь включает последовательно соединенные жесткий токопровод 18, гибкий токопровод 22, токопроводящий элемент 15, контактный элемент 6.2 подвижного электрода, контактный элемент 5.2 неподвижного электрода и жесткий токопровод 24. Здесь необходимо отметить, что поскольку жесткие токопроводы 17 и 18 выполнены зеркально-симметричными относительно друг друга, гибкие токопроводы 21 и 22 выполнены одинаковыми, токопроводящие элементы 14 и 15 выполнены одинаковыми, контактные элементы 5.1 и 5.2, а также контактные элементы 6.1 и 6.2 выполнены одинаковыми и, наконец, жесткие токопроводы 23 и 24 выполнены зеркально-симметричными относительно друг друга, то электрическое сопротивление обеих упомянутых выше электрических ветвей - одинаково. Следовательно, ток I1 (фиг.4), текущий по жесткому токопроводу 17, ток I2, текущий по жесткому токопроводу 18, ток I3, текущий по жесткому токопроводу 23, и ток I4, текущий по жесткому токопроводу 24 удовлетворяют соотношению: I1=I2=I3=I4=I0/2. Магнитные силы, действующие на стержневой элемент 7 подвижного электрода и дуговой разряд между каждой парой контактных элементов 5.1, 6.1 и 5.2, 6.2, обусловлены поперечной относительно оси 4 составляющей магнитного поля в межэлектродном промежутке. При использовании описанной выше конструкции жестких токопроводов 17, 18, 23 и 24 параметры поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке практически полностью (на 97-99%) обусловлены магнитными полями, создаваемыми:The operation of the switching device is as follows. In the initial position, the movable electrode is in its lowest position (Fig. 1, as well as Fig. 8). In other words, the contact elements 5.1 and 6.1, as well as the contact elements 5.2 and 6.2 are close to each other. The pressure in the evacuated
- током I1, протекающим по полувитку 17.1 и по полке 17.5 второго крайнего участка жесткого токопровода 17;- current I 1 flowing along the half-turn 17.1 and along the shelf 17.5 of the second extreme section of the hard current lead 17;
- током I2, протекающим по полувитку 18.1 и по полке 18.5 второго крайнего участка жесткого токопровода 18;- current I 2 flowing through the half-turn 18.1 and along the shelf 18.5 of the second extreme section of the hard
- током I3, протекающим по полувитку 23.1 и по полке 23.5 второго крайнего участка жесткого токопровода 23;- current I 3 flowing along the half-turn 23.1 and along the shelf 23.5 of the second extreme section of the hard current lead 23;
- током I4, протекающим по полувитку 24.1 и по полке 24.5 второго крайнего участка жесткого токопровода 24.- current I 4 flowing through the half-turn 24.1 and along the shelf 24.5 of the second extreme section of the hard current lead 24.
Основные параметры Нх и Ну поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке могут быть определены из анализа распределения компонент Нх и Ну поперечного магнитного поля в плоскости 25, а именно: для Нх вдоль линий 26 и 28 пересечения плоскостей А-А и Б-Б сечения с плоскостью 25, а для Ну вдоль линий 30 и 32 пересечения плоскостей В-В и Г-Г сечения с плоскостью 25, при этом плоскости А-А и Б-Б сечения расположены на одинаковом расстоянии от плоскости 16, а плоскости В-В и Г-Г сечения расположены на одинаковом расстоянии от продольной плоскости 10 симметрии (фиг.2).The main parameters of H x and H at the transverse magnetic field in the interelectrode gap can be determined from an analysis of the distribution of the components H x and H at the transverse magnetic field in
Как следует из фиг.5, магнитное поле (на чертежах силовые линии магнитного поля изображены в виде криволинейных линий со стрелками), создаваемое в плоскости А-А сечения токами I1 и I3, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 17.1 и 23.1, имеет максимальное значение в области, расположенной между упомянутыми выше одноименными участками полувитков 17.1 и 23.1. Аналогично, магнитное поле, создаваемое в плоскости А-А сечения токами I2 и I4, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 18.1 и 24.1, имеет то же направление и максимальное значение в области, расположенной между упомянутыми выше одноименными участками полувитков 18.1 и 24.1. Поскольку токи I1 и I4 равны между собой, то распределение компоненты поперечного магнитного поля вдоль линий 26 пересечения плоскости А-А сечения с плоскостью 25 имеет вид двугорбой четной функции относительно проходящей через ее минимум (min) продольной плоскости 10 симметрии (фиг.7).As follows from figure 5, the magnetic field (in the drawings, the magnetic field lines are shown in the form of curved lines with arrows), created in the plane AA of the section by currents I 1 and I 3 flowing in the middle sections of the half-turns 17.1 and 23.1, respectively, has the maximum value in the area located between the sections of the half-turns 17.1 and 23.1 mentioned above. Similarly, the magnetic field generated in the plane AA of the cross section by currents I 2 and I 4 flowing in the middle sections of the half-turns 18.1 and 24.1, respectively, has the same direction and maximum value in the region located between the above-mentioned sections of the half-turns 18.1 and 24.1. Since the currents I 1 and I 4 are equal to each other, the distribution of the component of a transverse magnetic field along
В отличие от вышесказанного магнитное поле в плоскости Б-Б сечения создается не только токами I1 и I3, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 17.1 и 23.1, токами I2 и I4, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 18.1 и 24.1, но и токами I1 и I2, протекающими соответственно по полкам 17.5 и 18.5, а также токами I3 и I4, протекающими соответственно по полкам 23.5 и 24.5 (фиг.6). Здесь следует отметить, что направление магнитного поля, создаваемого токами I1 и I2, протекающими соответственно по полкам 17.5 и 18.5, а также токами I3 и I4, протекающими соответственно по полкам 23.5 и 24.5, в области, расположенной между этими двумя парами полок (соответственно 17.5, 18.5 и 23.5, 24.5), имеет направление, которое противоположно направлению магнитного поля, создаваемого в этой же области токами I1 и I3, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 17.1 и 23.1, а также токами I2 и I4, протекающими по средним участкам соответственно полувитков 18.1 и 24.1. Следовательно, хотя распределение компоненты поперечного магнитного поля вдоль линии 28 пересечения плоскости Б-Б сечения с плоскостью 25 имеет также, как и в рассмотренном выше случае для вид двугорбой четной функции относительно проходящей через ее минимум продольной плоскости 10 симметрии, однако величина и направление (знак) компоненты в области ее минимума будет определяться не только расстоянием между средними участками соответственно полувитков 17.1, 18.1 и 23.1, 24.1, но и расстоянием между первой 17.5, 18.5 и второй 23.5, 24.5 парами полок соответственно вторых крайних участков жестких токопроводов 17, 18, 23 и 24.In contrast to the above, the magnetic field in the BB plane of the cross section is created not only by currents I 1 and I 3 flowing in the middle sections of the half-turns 17.1 and 23.1, respectively, currents I 2 and I 4 flowing in the middle sections of the half-turns 18.1 and 24.1, respectively, but and currents I 1 and I 2 flowing respectively on the shelves 17.5 and 18.5, as well as currents I 3 and I 4 flowing respectively on the shelves 23.5 and 24.5 (Fig.6). It should be noted here that the direction of the magnetic field created by currents I 1 and I 2 flowing along the shelves 17.5 and 18.5, respectively, as well as currents I 3 and I 4 flowing respectively through the shelves 23.5 and 24.5, in the region located between these two pairs shelves (respectively 17.5, 18.5 and 23.5, 24.5), has a direction that is opposite to the direction of the magnetic field created in the same region by currents I 1 and I 3 flowing in the middle sections of the half-turns 17.1 and 23.1, respectively, as well as currents I 2 and I 4 flowing through the middle sections, respectively half turns 18.1 and 24.1. Therefore, although the distribution of the component the transverse magnetic field along the
Иными словами, предложенное выполнение жестких токопроводов 17, 18, 23 и 24 обеспечивает возможность создания распределения компоненты поперечного магнитного поля вдоль линии 28 пересечения плоскости Б-Б сечения с плоскостью 25 со следующими параметрами. Во-первых, величина компоненты поперечного магнитного поля в минимуме - (min) (в точке пересечения упомянутой выше линии 28 с продольной плоскостью 10 симметрии) равна по величине компонентеIn other words, the proposed implementation of the
поперечного магнитного поля в минимуме - (min), но противоположно ей направлена. Во-вторых, расстояние - L между точками, расположенными симметрично относительно продольной плоскости 10 симметрии и соответствующими нулевому значению не менее чем в два раза больше размера образующих межэлектродный промежуток подвижного и неподвижного электродов в направлении оси х (фиг.7). Учитывая также то обстоятельство, что плоскости А-А и Б-Б сечения расположены на одинаковом расстоянии от плоскости 16 и никаких других ограничений на это расстояние не накладывается, поэтому в межэлектродном промежутке в направлении вдоль удлиненных пластин 8 и 9 имеет место переход от зависимости к зависимости Вследствие этого в межэлектродном промежутке компонента Нх поперечного магнитного поля принимает нулевое значение в плоскости 16', параллельной плоскости 16 и расположенной от нее на расстоянии, которое не меньше расстояния между плоскостью 16 и первыми боковыми элементами 17.6, 18.6, 23.6 и 24.6 вторых крайних участков соответственно жестких токопроводов 17, 18, 23 и 24 (фиг.8 и 9). transverse magnetic field at a minimum - (min), but directed opposite to it. Secondly, the distance - L between points located symmetrically with respect to the longitudinal plane of
Таким образом, в исходном состоянии стержневой элемент 7, а также жестко соединенные с ним токопроводящие элементы 14 и 15, по которым протекают соответственно токи I1 и I2, находятся в поперечном магнитном поле (min), которое направлено перпендикулярно плоскости чертежа (фиг.8) в сторону наблюдателя. Следовательно, на токопроводящие элементы 14 и 15, а также на жестко соединенный с ними стержневой элемент 7, будет действовать сила F, направленная в сторону входных выводов 2 и 3. Для обеспечения жесткости стержневого элемента 7 по отношению к поперечному изгибу без увеличения его массы (а следовательно, без увеличения инерционности системы разведения электродов) жесткие токопроводы 17 и 18 выполнены с первыми боковыми элементами 17.6 и 18.6, к которым вплотную расположен стержневой элемент 7. Таким образом, первые боковые элементы 17.6 и 18.6 выполняют функцию продольных опор для стержневого элемента 7 и могут быть выполнены с необходимой для опор жесткостью, не оказывая при этом какого-либо влияния на инерционность системы разведения электродов. В результате, существенно уменьшается длина консольно расположенного участка стержневого элемента 7 в исходном положении подвижного электрода, а следовательно, существенно снижаются требования к жесткости стержневого элемента 7 по отношению к поперечному изгибу.Thus, in the initial state, the
Что касается компоненты Ну поперечного магнитного поля, то, как следует из фиг.10, магнитное поле, создаваемое в плоскости В-В сечения токами I1 и I3, протекающими по крайним элементам соответственно полувитков 17.1 и 23.1, имеет максимальное значение в областях, расположенных между упомянутыми выше одноименными участками (расположенными по обе стороны относительно средних участков) полувитков 17.1 и 23.1, при этом направление магнитного поля между одной парой расположенных рядом крайних участков полувитков 17.1 и 23.1 противоположно направлению магнитного поля между другой парой расположенных рядом крайних участков полувитков 17.1 и 23.1. Учитывая также, что I1=I3=I0/2, поэтому распределение компоненты поперечного магнитного поля вдоль линии 30 пересечения плоскости В-В сечения с плоскостью 25 имеет вид нечетной функции относительно линии 31 пересечения плоскости В-В сечения с плоскостью 16 (фиг.11).As for the component H in the transverse magnetic field, then, as follows from Fig. 10, the magnetic field created in the plane of the BB section by currents I 1 and I 3 flowing along the extreme elements of the half-turns 17.1 and 23.1, respectively, has a maximum value in the regions located between the above-mentioned sections of the same name (located on both sides relative to the middle sections) of the half-turns 17.1 and 23.1, while the direction of the magnetic field between one pair of adjacent extreme sections of the half-turns 17.1 and 23.1 is opposite to the direction of the mag a field between another pair of adjacent extreme sections of half-turns 17.1 and 23.1. Considering also that I 1 = I 3 = I 0/2 , therefore, the distribution of the component the transverse magnetic field along the
С другой стороны, как следует из фиг.12, магнитное поле, создаваемое в плоскости Г-Г сечения токами I2 и I4, протекающими по крайним элементам соответственно полувитков 18.1 и 24.1, имеет также максимальное значение в областях, расположенных между упомянутыми выше одноименными участками полувитков 18.1 и 24.1, при этом направление магнитного поля между одной парой расположенных рядом крайних участков полувитков 18.1 и 24.1 противоположно направлению магнитного поля между другой парой расположенных рядом крайних участков полувитков 18.1 и 24.1. Учитывая также, что I1=I4=I0/2, поэтому распределение компоненты поперечного магнитного поля вдоль линии 32 пересечения плоскости Г-Г сечения с плоскостью 25 имеет вид нечетной функции относительно линии 33 пересечения плоскости Г-Г сечения с плоскостью 16 (фиг.13).On the other hand, as follows from Fig. 12, the magnetic field created in the G-D plane of the cross section by currents I 2 and I 4 flowing along the extreme elements of the half-turns 18.1 and 24.1, respectively, also has a maximum value in the regions located between the above-mentioned ones sections of half-turns 18.1 and 24.1, while the direction of the magnetic field between one pair of adjacent extreme sections of half-turns 18.1 and 24.1 is opposite to the direction of the magnetic field between another pair of adjacent extreme sections of half-turns 18.1 and 24.1. Considering also that I 1 = I 4 = I 0/2 , therefore, the distribution of the component the transverse magnetic field along the
Сравнение зависимостей и показывает, что они отличаются друг от друга только последовательностью изменения направления магнитного поля. Поскольку плоскости В-В и Г-Г сечения расположены на одинаковом расстоянии от продольной плоскости 10 симметрии и никаких других ограничений на это расстояние не накладывается, то компонента Ну поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке равна нулю не только в плоскости 16, но и в продольной плоскости 10 симметрии при переходе от зависимости к зависимости , при этом переход от зависимости к зависимости происходит на длине, соизмеримой с величиной зазора - δ. Таким образом, вблизи стержневого элемента 7 имеет место “магнитная яма” для компоненты Ну поперечного магнитного поля. Иными словами, в исходном положении на стержневой элемент 7 действует сила, обусловленная только взаимодействием токов I1 и I2, протекающих по токопроводящим элементам 14 и 15, с компонентой поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке. В соответствии с вышесказанным в областях межэлектродного промежутка, расположенных по обе стороны плоскости 16', параллельной плоскости 16, и соответствующих контактным элементам 5.1 и 6.1, компоненты Нх поперечного магнитного поля равны по величине, параллельны плоскости 16' и противоположно направлены (фиг.14, 15). Аналогичная картина распределения компонент Нх поперечного магнитного поля имеет место в области межэлектродного промежутка, соответствующей контактным элементам 5.2 и 6.2 (фиг.14). Что касается компонент Ну поперечного магнитного поля, то в областях межэлектродного промежутка, расположенных по обе стороны плоскости 16 и соответствующих контактным элементам 5.1 и 6.1, компоненты Ну поперечного магнитного поля перпендикулярны плоскости 16 и направлены в противоположные стороны (фиг.16 и 11). В областях межэлектродного промежутка, расположенных по обе стороны плоскости 16 и соответствующих контактным элементам 5.2 и 6.2, компоненты Ну поперечного магнитного поля также перпендикулярны к плоскости 16, но направлены встречно (фиг.16 и 13).Dependency Comparison and shows that they differ from each other only in the sequence of changes in the direction of the magnetic field. Since the planes B-B and G-G sections are located at the same distance from the longitudinal plane of
При подаче управляющего сигнала на привод (не показан) подвижного электрода происходит разведение электродов, а именно: первой пары контактных элементов 6.1 и 5.1 и одновременно второй пары контактных элементов 6.2 и 5.2. В результате разведения электродов между каждой парой контактных элементов (6.1, 5.1 и 6.2, 5.2) возникает соответствующий вакуумный дуговой разряд. При этом под действием сил, обусловленных компонентами Нх и Ну поперечного магнитного поля в межэлектродном промежутке, каждый плазменный столб дугового разряда (как плазменный проводник с током в поперечном магнитном поле) будет перемещаться по замкнутой траектории в объеме, ограниченном расположенными напротив друг друга соответствующей ему парой контактных элементов.When a control signal is applied to the drive (not shown) of the moving electrode, the electrodes are diluted, namely: the first pair of contact elements 6.1 and 5.1 and at the same time the second pair of contact elements 6.2 and 5.2. As a result of the dilution of the electrodes between each pair of contact elements (6.1, 5.1 and 6.2, 5.2), a corresponding vacuum arc discharge arises. In this case, under the action of forces caused by the components H x and H of the transverse magnetic field in the interelectrode gap, each plasma column of the arc discharge (like a plasma conductor with current in the transverse magnetic field) will move along a closed path in a volume limited by the corresponding opposite to each other him a pair of contact elements.
Действительно, пусть при возникновении между контактными элементами 5.1 и 6.1 дугового разряда его опорное пятно 34 на контактном элементе 5.1 находится в точке а (фиг.17). В этом случае на плазменный столб дугового разряда будут действовать две силы, направленные под прямым углом друг относительно друга, при этом обусловленная компонентой Нх поперечного магнитного поля сила направлена в направлении плоскости 16', а обусловленная компонентой Ну поперечного магнитного поля сила направлена от продольной плоскости 10 симметрии. В результате одновременного действия на плазменный столб дугового разряда сил и происходит перемещение его (а следовательно, и соответствующего ему опорного пятна 34 на контактном элементе 5.1) по криволинейному участку от точки а к точке b, поскольку плазменному столбу дугового разряда будет одновременно сообщаться ускорение как в направлении оси х, так и в направлении оси у. Однако набор скорости в направлении оси х быстро заканчивается, поскольку величина компоненты Ну поперечного магнитного поля (в отличие от компоненты Нх, см. фиг.15) быстро убывает в направлении к плоскости 16 (фиг.11). Таким образом, на участке между точками b и с перемещение плазменного столба дугового разряда в направлении оси х происходит практически за счет инерции (приобретенного на участке между точками а и b количества движения), а в направлении оси х - в результате действия силы
Indeed, even if an arc discharge arises between the contact elements 5.1 and 6.1, its
Далее, в результате изменения направления компоненты Нх поперечного магнитного поля на противоположное (фиг.15) на плазменный столб дугового разряда будет действовать сила направление которой противоположно направлению силы Таким образом, на участке между точками с и е на плазменный столб дугового разряда будет действовать тормозящая сила в результате чего компонента скорости плазменного столба дугового разряда в направлении оси у станет равной нулю в точке е. Что касается перемещения плазменного столба дугового разряда в направлении оси х (в направлении от продольной плоскости 10 симметрии), то на начальном участке между точками с и d перемещение плазменного столба дугового разряда будет происходить по существу за счет инерции, поскольку величина компоненты Ну поперечного магнитного поля мала. Здесь необходимо отметить, что в области плоскости 16 компонента Ну поперечного магнитного поля изменяет свое направление на противоположное, поэтому по мере увеличения компоненты Ну поперечного магнитного поля на плазменный столб дугового разряда начнет действовать сила направление которой противоположно направлению силы В результате действия на плазменный столб дугового разряда тормозящей силы компонента его скорости в направлении оси х станет равной нулю в точке d, а на участке между точками d и е плазменный столб дугового разряда под действием той же силы приобретет ускорение в направлении оси х. На участке между точками е и f (аналогично тому, как было описано выше для участка между точками а и b) плазменному столбу дугового разряда будет одновременно сообщаться ускорение как в направлении оси х, так и в направлении оси у. На участке между точками f и g перемещение плазменного столба дугового разряда в направлении оси х (к продольной плоскости 10 симметрии) будет происходить за счет инерции (приобретенного на участке между точками d и f количества движения), а в направлении к оси х (плоскости 16) - в результате действия силы
Further, as a result of a change in the direction of the component H x of the transverse magnetic field to the opposite (Fig. 15), a force will act on the plasma column of the arc discharge whose direction is opposite to the direction of force Thus, in the area between points c and e, a braking force will act on the plasma column of the arc discharge as a result, the velocity component of the plasma column of the arc discharge in the direction of the y axis becomes zero at point e. As for the movement of the plasma column of the arc discharge in the x axis direction (in the direction from the longitudinal plane of symmetry 10), then in the initial section between points c and d the movement of the plasma column of the arc discharge will occur essentially due to inertia, since the magnitude of the component H of the transverse magnetic field is small. It should be noted here that in the region of
На участках между точками g и h, а также точками h и а перемещение плазменного столба дугового разряда будет происходить аналогично тому, как описано выше соответственно для участка между точками с и d и участка между точками d и е. Следовательно, перемещение плазменного столба дугового разряда между контактными элементами 5.1 и 6.1 будет происходить по замкнутой траектории 35 и по часовой стрелке. Аналогично, перемещение плазменного столба дугового разряда между контактными элементами 5.2 и 6.2 будет также происходить по замкнутой траектории 36 (контактное пятно этого плазменного столба дугового разряда на контактном элементе 5.2 обозначено позицией 37), но против часовой стрелки.In the areas between the points g and h, as well as the points h and a, the movement of the plasma column of the arc discharge will occur in the same way as described above for the area between points c and d and the area between points d and e. Therefore, the movement of the plasma column of the arc discharge between the contact elements 5.1 and 6.1 will occur along a
Таким образом, изобретение обеспечивает, с одной стороны, уменьшение в два раза величины тока дугового разряда, а следовательно, позволяет уменьшить температуру опорных пятен плазменного столба каждого дугового разряда на соответствующих контактных элементах. С другой стороны, уменьшение температуры опорных пятен каждого плазменного столба дугового разряда обеспечивается за счет перемещения каждого плазменного столба дугового разряда по замкнутой траектории. Следствием вышесказанного является снижении эрозии контактных элементов без дополнительных энергозатрат.Thus, the invention provides, on the one hand, a halving of the magnitude of the current of the arc discharge, and therefore, allows to reduce the temperature of the supporting spots of the plasma column of each arc discharge on the corresponding contact elements. On the other hand, a decrease in the temperature of the supporting spots of each plasma column of the arc discharge is ensured by moving each plasma column of the arc discharge along a closed path. A consequence of the above is the reduction of erosion of contact elements without additional energy consumption.
Здесь нужно отметить также, что наличие отогнутых внутрь соответствующих полувиткам концов 17.3 и 18.3, 23.3 и 24.3 позволяет существенно увеличить компоненту Нх поперечного магнитного поля и тем самым практически исключает возможность эвакуации плазменного столба дугового разряда из межэлектродного промежутка при внештатных ситуациях.It should also be noted here that the presence of the ends 17.3 and 18.3, 23.3 and 24.3 bent inwardly corresponding to the half-turns makes it possible to substantially increase the component H x of the transverse magnetic field and thereby virtually eliminates the possibility of evacuating the plasma column of the arc discharge from the interelectrode gap in emergency situations.
Предложенное коммутационное устройство может быть использовано в системах питания импульсных ускорителей электронных пучков, импульсных источников рентгеновского, лазерного и нейтронного излучений.The proposed switching device can be used in power systems of pulsed electron beam accelerators, pulsed sources of x-ray, laser and neutron radiation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008121278/09A RU2362231C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Exchange device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008121278/09A RU2362231C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Exchange device |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2362231C1 true RU2362231C1 (en) | 2009-07-20 |
Family
ID=41047312
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2008121278/09A RU2362231C1 (en) | 2008-05-29 | 2008-05-29 | Exchange device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2362231C1 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU196959A1 (en) * | В. Н. Григорьев , О. А. Малкин Всесоюзный электротехнический институт В. И. Ленина | VACUUM SWITCH | ||
| US4885442A (en) * | 1986-12-24 | 1989-12-05 | Aeg Aktiengesellschaft | Contact element |
-
2008
- 2008-05-29 RU RU2008121278/09A patent/RU2362231C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU196959A1 (en) * | В. Н. Григорьев , О. А. Малкин Всесоюзный электротехнический институт В. И. Ленина | VACUUM SWITCH | ||
| SU196960A1 (en) * | В. С. Потокин , В. И. Раховский | VACUUM SWITCH | ||
| US4885442A (en) * | 1986-12-24 | 1989-12-05 | Aeg Aktiengesellschaft | Contact element |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5051222B2 (en) | Charged particle transport equipment | |
| Sotnikov et al. | Development of high-voltage negative ion based neutral beam injector for fusion devices | |
| CN104969322A (en) | Vacuum interrupter devices with cup-shaped TMF contacts for medium voltage circuit breakers | |
| EP3537469A1 (en) | Compact deflecting magnet | |
| CN102859636B (en) | There is the magnetic scanning system of improvement efficiency | |
| JP2016225283A (en) | Magnetic deflection system, ion implantation system, and method of scanning an ion beam | |
| CN207676667U (en) | A kind of deflection scanning device of polyphase windings | |
| JPS5840814B2 (en) | Multi-stage suppression collector | |
| JP6841347B2 (en) | Ion guide device and related methods | |
| EP2779205B1 (en) | High throughput scan deflector and method of manufacturing thereof | |
| KR100305894B1 (en) | RF coil accelerator and ion implanter | |
| RU2362231C1 (en) | Exchange device | |
| RU2670282C2 (en) | Device for electrical connection of intra-chamber components with vacuum housing of thermonuclear reactor | |
| KR101248126B1 (en) | Ion source | |
| EP2716141B1 (en) | Particle accelerator and method of reducing beam divergence in the particle accelerator | |
| US1657574A (en) | Method and apparatus for converting electric power | |
| JP2025531362A (en) | Drift tube electrode configuration with DC optics | |
| KR20210005587A (en) | Atomic ray generator, bonding device, surface modification method and bonding method | |
| JP7366997B2 (en) | Scanning magnet design for improved efficiency | |
| KR101601619B1 (en) | Vacuum valve | |
| CN107993882A (en) | Vacuum interrupter and its vertical magnetic sector core type contact assembly, contact blade | |
| CN101764020B (en) | Ion pipe | |
| JP2003017476A (en) | Cooling apparatus for semiconductor manufacturing apparatus and plasma etching apparatus equipped with the same | |
| US2394073A (en) | Electron accelerator | |
| KR101051975B1 (en) | Self-neutral discharge plasma processing device |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100530 |