柔性電氣開關技術及其應用

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

柔性電氣開關技術及其應用

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用最為廣泛的技術就是柔性電氣開關技術，原因就在于其可以有效地改善低頻低壓電磁開關存在的隱患。

電力電子技術；電磁開關；互補式

0 引言

電子開關有直流電子開關、交流電子開關、微電子開關。從系統分析來看，混合型互補式開關是較佳的解決電磁開關缺陷的方案。電磁開關與電子開關兩者優勢互補，是混合型互補式開關，電磁開關承擔開關穩定過程,插入電子開關技術，由電子開關解決開關動態過程。文獻報道的混合型開關先天包含了兩者的主要功能，具有電磁開關和固態開關的優點；附加光電耦合器對狀態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結構或外加輔助開關，接線方式更改等要求。以上為了滿足混合型開關中兩類開關互補工作，滿足在時序控制上的要求。其缺點有成本高、產生新的可靠性、體積大以致于不好用，這也導致難以取代傳統電器。高頻開關工作方式和完全可控性是高頻電力電子技術的最大特點，在電器上使用柔性方法其提供了技術支持。起動機工作原理如圖1所示。

圖1

1 柔性電氣開關技術

柔性電氣開關技術不是用一種技術取代另一種技術，而是以屏蔽方式實現互補與共存。兩者互補應用，在使用中不暴露出各自的性能缺點，是借另一方優勢遮蓋自己的劣勢，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, 將動態問題放在高頻段處理，這是柔性電氣開關技術的特點。這為應用屏蔽方法提供了技術支持。其特點是用微秒級的高頻率開關電路代替不能控制的毫秒級的電磁開關。

柔性電氣開關技術具有保持良好的動態與穩態工作能力，適應工作條件變化。以屏蔽方式，電磁開關中使用高頻電力電子開關，使兩種技術理想化互補是柔性電氣開關技術。這樣的優點是整體性能優良、功能更多 、成本較低、用戶適用。

2 柔性電力電子控制和保護開關組件

開關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。這樣就達到節省能源的目的，受到人們的很大青睞。

但是，它也會有缺點，缺點就是電路比較復雜，維修起來困難，對電路的污染比較嚴重。電源噪聲很大，不適用在某些低噪聲電路。柔性電子電力保護與控制開關組件是一種新型的具有保護與控制兩大功能的通用開關組件，是基于柔性電氣開關技術而研發的。該組件能滿足強弱電隔離、成本低、功能多和微型化；又可以和電磁開關相互隱藏不足，保護及保證了組件內電力電子器件的過熱。以最好的相補應用成為控制目標，可以精確地控制電子開關的關閉和開通時間，使用時是以毫秒級作為電磁和電子開關互補工作時間和微秒級的電子開關對控制的迅速響應而工作的這叫與其它互補技術不同的技術方法。該組件選擇與之相應的不一樣的相補工作模式可以根據電磁開關實際使用條件的不同。電磁開關觸點狀態電隔離型實時采樣技術是這些功能的基礎。從現狀來看，凡是電動合閘的開關，就不應該手動合閘。當遙控操作開關的時候，扳動控制的開關就不要用力操作過猛，防止損壞控制開關，還有不要返回得太快，防止時間短、開關來不及合閘。在開關合閘之前，首先確認繼電保護已經按規定投入，操作之后，應該檢查主它相關的信號及測量儀表指示正確。由柔性電力保護開關和電子控制組件構成是研發的新型混合型開關技術。定義開關容量以二十毫秒的電力電子器件，當其耐浪涌電流將提高一倍以上是因為導通時間T 設定在四毫秒?？刂茊卧⒏哳l直流變換器單元、電力電子開關單元是CS 三單元電路。具有輸出穩定電壓功效、工效高、體積小、能適應不同工作的電壓接觸、繼電器線圈是因為其高頻化。是其技術特征一高頻化，它采用最低成本的電感電流不連續工作方式，變換器工作頻率超過二十千赫茲。特征之二為觸點狀態電子實時檢測電路。是直接利用高頻變換器實現對觸點狀態的實時快速檢測是該電路卓越的特點。FLYBACK 型變換器是其工作方式，其一端與電磁開關連接，另一端連接電子開關。實時檢測觸點狀態和采樣電壓一樣時，這是高頻段處理方式的優越性。當造成變換器輸出過載，等效于觸點閉合時，使電子開關和采樣繞組并聯，繞組上的直流電壓降低是因為過載的作用。電壓低反映了導通電流，獲得短路的信號、過0交流電流或開關管過載，以上幾種情況可以通過已定的電路自動檢測開關管主電極上的電壓來實現的。不僅能提高機器的可靠性，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，不像固態開關那樣。對觸點狀態的情況可檢驗，根據所選定的模式，確認電磁開關與電子開關互相補時序關系的最好狀態，確保了電子開關有很短的導通時間，剩余time則處于省電狀態，這是微電子電路構成控制電路。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生、放大、變換功能；數字信號處理的是數字信號，主要實現輸入與輸出之間的信號量的邏輯關系。就分析方法而言：數電分析的對象是輸入輸出間信號的邏輯關系；而模電大多數情況下用圖解法和微變等效的分析方法。微電子技術是建立在以集成電路為核心的各種半導體器件基礎上的高新電子技術，特點是體積小、重量輕、可靠性高、工作速度快，微電子技術對信息時代具有巨大的影響。柔性薄膜開關如圖2所示。

圖2 柔性薄膜開關

3 結論

（1）固態開關是指控制負載為無觸點方式，用可控硅的導通、關斷帶替普通開關?？刂瓶煽毓栝_、關、可聲、光、電等。有直流、交流、低壓、高壓的區別。優點：無聲、無火花、安裝方便。交流的可用于調節電壓。

（2）半導體簡單的說就是一種在一定條件下具備導電性能的材料，不是完全的導體或絕緣體，所以稱“半”導體。利用它一定條件下導電的性能，研究出單向導電的器件——二極管，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用于收音機、電視機、計算器等現代電子設備。

（3）開關的目的是使開關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，如果用軟開關技術可以使EMC的費用減少下來，散熱器費降低，同時可使選用的開關參數余量變少，使開關能在更高的溫度上面。

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