柔性電氣開關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用

梁沖鋒

（中國人民解放軍92301部隊，北京 100141）

Research and Exploration | 研究與探索·工藝與技術(shù)

柔性電氣開關(guān)技術(shù)及其應(yīng)用

梁沖鋒

（中國人民解放軍92301部隊，北京 100141）

目前我國在電路方面應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)就是柔性電氣開關(guān)技術(shù)，原因就在于其可以有效地改善低頻低壓電磁開關(guān)存在的隱患。

電力電子技術(shù)；電磁開關(guān)；互補(bǔ)式

0 引言

電子開關(guān)有直流電子開關(guān)、交流電子開關(guān)、微電子開關(guān)。從系統(tǒng)分析來看，混合型互補(bǔ)式開關(guān)是較佳的解決電磁開關(guān)缺陷的方案。電磁開關(guān)與電子開關(guān)兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，是混合型互補(bǔ)式開關(guān)，電磁開關(guān)承擔(dān)開關(guān)穩(wěn)定過程,插入電子開關(guān)技術(shù)，由電子開關(guān)解決開關(guān)動態(tài)過程。文獻(xiàn)報道的混合型開關(guān)先天包含了兩者的主要功能，具有電磁開關(guān)和固態(tài)開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)；附加光電耦合器對狀態(tài)電隔離采樣或工頻電流互感器等，或者附加一些對電磁開關(guān)結(jié)構(gòu)或外加輔助開關(guān)，接線方式更改等要求。以上為了滿足混合型開關(guān)中兩類開關(guān)互補(bǔ)工作，滿足在時序控制上的要求。其缺點(diǎn)有成本高、產(chǎn)生新的可靠性、體積大以致于不好用，這也導(dǎo)致難以取代傳統(tǒng)電器。高頻開關(guān)工作方式和完全可控性是高頻電力電子技術(shù)的最大特點(diǎn)，在電器上使用柔性方法其提供了技術(shù)支持。起動機(jī)工作原理如圖1所示。

圖1

1 柔性電氣開關(guān)技術(shù)

柔性電氣開關(guān)技術(shù)不是用一種技術(shù)取代另一種技術(shù)，而是以屏蔽方式實現(xiàn)互補(bǔ)與共存。兩者互補(bǔ)應(yīng)用，在使用中不暴露出各自的性能缺點(diǎn)，是借另一方優(yōu)勢遮蓋自己的劣勢，這就是電子工程中的屏蔽概念。不使用非晶閘管類器件而是用高頻全控型電力電子器件, 將動態(tài)問題放在高頻段處理，這是柔性電氣開關(guān)技術(shù)的特點(diǎn)。這為應(yīng)用屏蔽方法提供了技術(shù)支持。其特點(diǎn)是用微秒級的高頻率開關(guān)電路代替不能控制的毫秒級的電磁開關(guān)。

柔性電氣開關(guān)技術(shù)具有保持良好的動態(tài)與穩(wěn)態(tài)工作能力，適應(yīng)工作條件變化。以屏蔽方式，電磁開關(guān)中使用高頻電力電子開關(guān)，使兩種技術(shù)理想化互補(bǔ)是柔性電氣開關(guān)技術(shù)。這樣的優(yōu)點(diǎn)是整體性能優(yōu)良、功能更多 、成本較低、用戶適用。

2 柔性電力電子控制和保護(hù)開關(guān)組件

開關(guān)電源是相對線性電源說的。它的輸入端直接將交流電整流變成直流電，又在高頻震蕩電路的作用下，用開關(guān)管控制電流的通與斷，形成高頻脈沖電流。在高頻變壓器的幫助下，輸出穩(wěn)定的低壓直流電。

眾所周知變壓器的磁芯大小和它的工作頻率的平方是成反比的，頻率它越高鐵心就會越小。這樣能很大程度上減小變壓器，使電源減輕重量和體積。同時由于它直接控制直流，使這種電源的效率比線性電源高得多。這樣就達(dá)到節(jié)省能源的目的，受到人們的很大青睞。

但是，它也會有缺點(diǎn)，缺點(diǎn)就是電路比較復(fù)雜，維修起來困難，對電路的污染比較嚴(yán)重。電源噪聲很大，不適用在某些低噪聲電路。柔性電子電力保護(hù)與控制開關(guān)組件是一種新型的具有保護(hù)與控制兩大功能的通用開關(guān)組件，是基于柔性電氣開關(guān)技術(shù)而研發(fā)的。該組件能滿足強(qiáng)弱電隔離、成本低、功能多和微型化；又可以和電磁開關(guān)相互隱藏不足，保護(hù)及保證了組件內(nèi)電力電子器件的過熱。以最好的相補(bǔ)應(yīng)用成為控制目標(biāo)，可以精確地控制電子開關(guān)的關(guān)閉和開通時間，使用時是以毫秒級作為電磁和電子開關(guān)互補(bǔ)工作時間和微秒級的電子開關(guān)對控制的迅速響應(yīng)而工作的這叫與其它互補(bǔ)技術(shù)不同的技術(shù)方法。該組件選擇與之相應(yīng)的不一樣的相補(bǔ)工作模式可以根據(jù)電磁開關(guān)實際使用條件的不同。電磁開關(guān)觸點(diǎn)狀態(tài)電隔離型實時采樣技術(shù)是這些功能的基礎(chǔ)。從現(xiàn)狀來看，凡是電動合閘的開關(guān)，就不應(yīng)該手動合閘。當(dāng)遙控操作開關(guān)的時候，扳動控制的開關(guān)就不要用力操作過猛，防止損壞控制開關(guān)，還有不要返回得太快，防止時間短、開關(guān)來不及合閘。在開關(guān)合閘之前，首先確認(rèn)繼電保護(hù)已經(jīng)按規(guī)定投入，操作之后，應(yīng)該檢查主它相關(guān)的信號及測量儀表指示正確。由柔性電力保護(hù)開關(guān)和電子控制組件構(gòu)成是研發(fā)的新型混合型開關(guān)技術(shù)。定義開關(guān)容量以二十毫秒的電力電子器件，當(dāng)其耐浪涌電流將提高一倍以上是因為導(dǎo)通時間T 設(shè)定在四毫秒?？刂茊卧?、高頻直流變換器單元、電力電子開關(guān)單元是CS 三單元電路。具有輸出穩(wěn)定電壓功效、工效高、體積小、能適應(yīng)不同工作的電壓接觸、繼電器線圈是因為其高頻化。是其技術(shù)特征一高頻化，它采用最低成本的電感電流不連續(xù)工作方式，變換器工作頻率超過二十千赫茲。特征之二為觸點(diǎn)狀態(tài)電子實時檢測電路。是直接利用高頻變換器實現(xiàn)對觸點(diǎn)狀態(tài)的實時快速檢測是該電路卓越的特點(diǎn)。FLYBACK 型變換器是其工作方式，其一端與電磁開關(guān)連接，另一端連接電子開關(guān)。實時檢測觸點(diǎn)狀態(tài)和采樣電壓一樣時，這是高頻段處理方式的優(yōu)越性。當(dāng)造成變換器輸出過載，等效于觸點(diǎn)閉合時，使電子開關(guān)和采樣繞組并聯(lián)，繞組上的直流電壓降低是因為過載的作用。電壓低反映了導(dǎo)通電流，獲得短路的信號、過0交流電流或開關(guān)管過載，以上幾種情況可以通過已定的電路自動檢測開關(guān)管主電極上的電壓來實現(xiàn)的。不僅能提高機(jī)器的可靠性，而且能降低其成本。特意用較大功率級電子器件而降額使用為了保障工作可靠性，不像固態(tài)開關(guān)那樣。對觸點(diǎn)狀態(tài)的情況可檢驗，根據(jù)所選定的模式，確認(rèn)電磁開關(guān)與電子開關(guān)互相補(bǔ)時序關(guān)系的最好狀態(tài)，確保了電子開關(guān)有很短的導(dǎo)通時間，剩余time則處于省電狀態(tài)，這是微電子電路構(gòu)成控制電路。對于功能來說：模擬電路處理的是模擬信號，主要完成對信號的產(chǎn)生、放大、變換功能；數(shù)字信號處理的是數(shù)字信號，主要實現(xiàn)輸入與輸出之間的信號量的邏輯關(guān)系。就分析方法而言：數(shù)電分析的對象是輸入輸出間信號的邏輯關(guān)系；而模電大多數(shù)情況下用圖解法和微變等效的分析方法。微電子技術(shù)是建立在以集成電路為核心的各種半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)上的高新電子技術(shù)，特點(diǎn)是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術(shù)對信息時代具有巨大的影響。柔性薄膜開關(guān)如圖2所示。

圖2 柔性薄膜開關(guān)

3 結(jié)論

（1）固態(tài)開關(guān)是指控制負(fù)載為無觸點(diǎn)方式，用可控硅的導(dǎo)通、關(guān)斷帶替普通開關(guān)。控制可控硅開、關(guān)、可聲、光、電等。有直流、交流、低壓、高壓的區(qū)別。優(yōu)點(diǎn)：無聲、無火花、安裝方便。交流的可用于調(diào)節(jié)電壓。

（2）半導(dǎo)體簡單的說就是一種在一定條件下具備導(dǎo)電性能的材料，不是完全的導(dǎo)體或絕緣體，所以稱“半”導(dǎo)體。利用它一定條件下導(dǎo)電的性能，研究出單向?qū)щ姷钠骷O管，以及由一個電壓控制另一路電流的器件——三極管，以它們組成的各種電路應(yīng)用于收音機(jī)、電視機(jī)、計算器等現(xiàn)代電子設(shè)備。

（3）開關(guān)的目的是使開關(guān)整流器的可靠性還有效率方面得到更大的提高，降低它的成本；同時，如果用軟開關(guān)技術(shù)可以使EMC的費(fèi)用減少下來，散熱器費(fèi)降低，同時可使選用的開關(guān)參數(shù)余量變少，使開關(guān)能在更高的溫度上面。

[1]林周布.自適應(yīng)高頻變換器式混合型互補(bǔ)式電磁開關(guān)[P] .中國專利:ZL98227257 .X，2012,06,19.

[2]凌錫琮.無觸點(diǎn)電器替代有觸點(diǎn)電器的趨勢以及有觸點(diǎn)電器觸頭材料的開發(fā)(I)[J] .低壓電器，2015.(3):54～56

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1671-0711（2016）11（上）-0105-02