ВАКУУМНЫЙ КОНДЕНСАТОР ПЕРЕМЕННОЙ ЕМКОСТИ
VARIABLE CAPACITANCE VACUUM CAPACITOR

Изобретение относится к области электронной техники и может быть использовано в электронной промышленности при модернизации и разработке новых типов высоковольтных вакуумных конденсаторов переменной емкости.
Известна конструкция вакуумного конденсатора переменной емкости с коаксиальными цилиндрическими емкостными электродами с устройством для повышения температурной стабильности по авторскому свидетельству №1417689 МКИ Н01G 5/015, которая выбрана в качестве прототипа.
Конструкция прототипа имеет устройство вне вакуумного корпуса для повышения температурной стабильности емкости, выполненное в виде последовательно соединенного набора чередующихся по коэффициентам линейного расширения полых цилиндров и опорного основания, имеющих скосы под углом 45%, что позволяет при повышении температуры компенсировать изменение перекрытия емкостных электродов и тем самым уменьшить температурное изменение емкости.
Недостаток конструкции прототипа состоит в сложности изготовления устройства и его эксплуатации. Очевидно по этой причине конденсатор-прототип не нашел практического применения.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание конструкции вакуумного конденсатора переменной емкости с цилиндрическими электродами, обладающей повышенной температурной стабильностью и простотой изготовления.
Эта задача решается тем, что в вакуумном конденсаторе, состоящем из двух пакетов емкостных цилиндрических электродов, разделенных изоляционной оболочкой, один из которых неподвижно закреплен на цилиндрическом выводе, а другой расположен на основании, которое соединено сильфоном с другим цилиндрическим выводом и укреплено на штоке, имеющем возможность совершать возвратно-поступательные движения с помощью резьбового регулировочного винта, установленного на шарикоподшипнике и зацепленного с резьбовой головкой штока, скользящего во втулке, спаянной с выводом, отличающимся тем, что шарикоподшипник выполнен в виде разъемной конструкции, внутреннее кольцо которого представляет собой втулку с фланцем, на пересечении наружных поверхностей которых установлены шарики в сепараторе, внутреннее кольцо нижней поверхностью припаяно к торцовой поверхности вывода, диаметры их равны, размеры выступающих частей фланца и втулки не меньше радиуса и не больше диаметра шарика, а рабочая внутренняя поверхность наружного кольца имеет форму усеченного конуса, выполненного из материала инваровой группы, температурный коэффициент линейного расширения которого в 10-15 раз меньше величины температурного коэффициента линейного расширения материала внутреннего кольца, выполненного из бронзы. Увеличение емкости конденсатора при нагреве, вызванное продольным увеличением перекрытия емкостных электродов, компенсируется уменьшением емкости за счет уменьшения перекрытия, вызванного тягой наружного кольца шарикоподшипника.
Конструкция предлагаемого конденсатора (рис. 1) состоит из двух цилиндрических выводов 1 и 2, изоляционной оболочки 3, соединяющей вывода, пакетов емкостных электродов 4 и 5, укрепленных на основаниях 6 и 7, штока 8, расположенного во втулке 9, соединенной с основанием подвижного пакета 6 и с выводом 1, металлического сильфона 10, соединяющего основание подвижного пакета 6 и вывод 1, шарикоподшипника, внутреннее кольцо 11 которого выполнено в виде втулки с фланцем, укрепленным на торце вывода 1, шариков 12, расположенных на пересечении втулки и фланца, наружного кольца 13, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена в виде усеченного конуса, и регулировочного винта 14, опирающегося на крышку наружного кольца и находящегося в резьбовом зацеплении с головкой штока.
При работе конденсатора за счет приложения напряжения к выводам и протекания тока, а также температуры окружающего воздуха изоляционная оболочка и металлические детали арматуры нагреваются. Под действием температуры размеры деталей изменяются в зависимости от их температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР), что приводит при нагреве в конечном результате к увеличению размера перекрытия емкостных электродов и увеличению емкости. В предлагаемом конденсаторе при нагреве внутреннего кольца шарикоподшипника, выполненного из материала бронзовой группы, ЛКТР которого равен приблизительно 17 на 10 в шестой степени 1/град С, кольцо расширяется и через шарики оказывает давление на рабочую конусную поверхность наружного кольца, изготавливаемого из сплавов инваровой группы, имеющей ТКЛР, в 10-15 раз меньший, чем бронза. Это давление вызывает подъем по оси наружного кольца, которое через регулировочный винт передается штоку. Шток, соединенный с основанием, перемещает подвижный пакет емкостных электродов, уменьшая величину перекрытия электродов, тем самым уменьшая емкость и компенсируя увеличение емкости конденсатора, вызванное нагревом всех его элементов.
c
o
На рисунке 2 показано сплошной линией положение шарика и наружного кольца подшипника при нормальной температуре Т (до эксплуатации) и пунктиром - после нагрева до температуры Т. При нагреве узла радиус внутреннего кольца R увеличится на ΔR=RβΔT, где β-температурный коэффициент линейного расширения материала, ΔТ=Т-Т.
Внутреннее кольцо, при нагреве расширяясь, давит на шарик, который передает усилие на внутреннюю конусную поверхность наружного кольца и поднимает его.
Величина подъема будет равняться величине передвижения шарика, умноженной на тангенс угла наклона образующей конусной внутренней поверхности наружного кольца. Передвигаясь, кольцо будет передвигать за собой регулировочный винт, который приведет в движение шток и основание с пакетом емкостных электродов, уменьшая емкость конденсатора и компенсируя ее увеличение, вызванное нагревом.
Изменением величины угла наклона внутренней поверхности наружного кольца можно добиться минимального изменения емкости конденсатора при его нагреве. При необходимости, варьируя величиной угла, можно получить конденсатор с заданным температурным коэффициентом емкости, в том числе отрицательным.