CN103078619A - 一种磁控高频接触式电子开关及应用该开关的变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种磁控高频接触式电子开关，通过在导电金属壳体内设置振动体，振动体外壁绕有线圈，线圈外围设置有永磁铁；振动体的一端通过弹性导电金属与电源输出或输入端连接，振动体的另一端在通电线圈及磁场的作用下与电源输入或输出端不断导通、关断，上述开关可以替代现有的IGBT，在满足高频开关的同时，还可以节省成本，且制作工艺环境要求不高，另外还可以克服IGBT在实际应用中经常会出现异常失效，过电压击穿等缺陷；本发明还公开了一种应用上述开关的变流器，可降低变流器的生产成本。

Description

一种磁控高频接触式电子开关及应用该开关的变流器
技术领域
本发明涉及高频电子开关及其应用领域，具体地，涉及一种磁控高频接触式电子开关及应用该开关的变流器。
背景技术
由于风力发电技术的开发和应用，变流器成为了风力发电机组不可缺少的重要部件，变流器的核心元器件I GBT则成为变流器可靠性运行的关键。
IGBT作为一种高频电子开关，可实现直流到交流的逆变，以及交流到直流的可控整流，例如：逆变是通过电力电子开关产生高频不同脉宽的脉冲，再经过LCL滤波，从而产生较为平滑的正弦波形，整流同样也是通过电力电子开关将不规则的电源波形切割成高频脉冲，再通过整流滤波，从而得到较为平滑的直流电压。
因此变流器的核心部件IGBT可以视其为一种高频电子开关，开关的作用就是关断闭合电路或使断开电路导通，因此“导通”与“关断”则成为关键，目前可以实现的电路导通或关断的方式有两种，第一种是通过电力电子开关使电路导通过或关断，第二种就是导体接触导通或关断。
其中，第一种IGBT可实现，目前风力发电机组变流器的核心部件基本为IGBT,通过各种复杂的调制信号控制IGBT的导通和关断实现逆变和整流，IGBT为电力电子设备，主要由硅等半导体材料组成，制造工艺要求较高，制造成本较高，技术难度较大；在运行过程中释放出较大的热量，必须使用大功率散热系统；运行过程中对对设备的绝缘性能要求较高，如绝缘下降，容易导致IGBT被击穿，造成永久性的损坏，另外，IGBT在实际应用中经常会出现异常失效等现象。
第二种为普通的接触器就可以实现，但接触器的开关速度绝对赶不上IGBT 2KHZ的开关频率，如何使普通接触导通的速度加快，从而使普通接触导通元器件成为IGBT的替代品，克服目前IGBT存在的各种缺陷，是目前的一个重要研究方向。
发明内容
本发明的目的在于提供一种磁控高频接触式电子开关，可以作为高频电子开关，替换成本较高的IGBT，降低成本。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种磁控高频接触式电子开关，包括：导电金属壳体，所述导电金属壳体底部设置有电源输入端，对应地，壳体上设置有电源输出端，且所述电源输出端通过绝缘隔离介质与导电金属壳体连接；在所述导电金属壳体内设置有振动体，所述振动体一端通过弹性导电金属与所述电源输出端连接；所述振动体外壁绕有线圈，所述线圈外围设置有永磁铁；所述导电金属壳体上设置有与线圈连接的控制端及控制接地端，所述控制端及控制接地端通过绝缘隔离介质与导电金属壳体连接；所述振动体在永磁铁及线圈的控制下往复运动，且运动过程中，振动体另一端与导电金属壳体底部的电源输入端不断导通、关断。
进一步地，所述电源输入端与电源输出端相互替换。
进一步地，所述导电金属壳体内形成密封腔室，所述密封腔室为真空或设置惰性气体的腔室。
进一步地，所述导电金属壳体为圆柱型。
进一步地，所述绝缘隔离介质为陶瓷。
本发明的另一个目的在于提供一种应用上述开关的变流器。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明提供了一种以磁场为触发源、并以接触“导通”和“关断”方式制作的高频电力电子开关，可以替代现有的IGBT，在满足高频开关的同时，还可以节省成本，且制作工艺环境要求不高，另外还可以克服IGBT在实际应用中经常会出现异常失效，过电压击穿等缺陷。
2、振动体的一端与电源输出或输入端之间连接有弹性导电金属，其为高频振动触点，可以起到导电及驱动振动体另一端（高频开关触点）与电源输入或输出端分离的作用。
3、将振动体一端（高频开关触点）置于真空或在惰性气体的腔室中，可以防止高频接触过程中出现拉弧现象。
4、本发明的变流器，由于采用上述磁控高频接触式电子开关来替换IGBT，可大大降低变流器的成本，同时如果损坏可以进行维护，继续使用。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为普通扬声器截面图；
图2为本发明的高频接触式电子开关截面图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明的一种磁控高频接触式电子开关参考了普通扬声器的原理，如图1所示为普通扬声器的截面图，包括铁芯101，铁芯101上绕有线圈103，线圈103外侧设置有永磁体102，且线圈103与振动膜104连接。扬声器是通过磁场中的线圈103驱动振动膜104，产生声波，其频率输出范围是20HZ-2KHZ。
通过对上述普通扬声器进行改进，得到了本发明的一种磁控高频接触式电子开关，如图2所示，本发明的一种磁控高频接触式电子开关包括：导电金属壳体1，导电金属壳体1底部设置有电源输入端2，对应地，壁上设置有电源输出端3，且电源输出端3通过绝缘隔离介质4与导电金属壳体1连接；在导电金属壳体1内设置有振动体5，振动体5上端通过弹性导电金属6与电源输出端3连接；振动体5外壁绕有线圈7，线圈7外围设置有永磁铁8；导电金属壳体1上设置有与线圈7连接的控制端9及控制接地端10，控制端9及控制接地端10通过绝缘隔离介质与导电金属壳体1连接；振动体5在永磁铁8及线圈7的控制下往复运动，且运动过程中，振动体5下端与导电金属壳体1底部的电源输入端2不断导通、关断。
其中，导电金属壳体1是整个磁控高频接触式电子开关的主要框架结构；电源输入端2是用来连接将要用来调制的电源，如果磁控高频接触式电子开关是用来逆变，一般接直流电源；电源输出端3是磁控高频接触式电子开关的调制完输出的动力电源接口，从此接口输出的电源再经过滤波可得到一种相对平滑的交流曲线；绝缘隔离介质4可以优选陶瓷结构，此部分设计是为了保证导电金属壳体1与弹性导电金属6存在较高的绝缘性能；振动体5为普通导电金属材质，可为铜或者质量相对较小的铝合金，因此振动体5相当于一个动触点；弹性导电金属6，可以是一种铜合金，作用主要是支撑振动体5的上端、连接振动体5的上端与电源输出端3，使振动体5与电源输出端3能够导电，同时又有一定的抗疲劳振动的能力；线圈7是用来连接调制电源，驱动振动体5往复运行；永磁铁8是用来产生磁场，当线圈7中通入调制电流，则通电导体在永磁铁8产生的磁场中受到安培力的作用会驱动振动体5往复运动；控制端9是调制电源的高电位点；控制接地端10是相对于控制端9有一点电位差，用来连接调制电源低电位点。
上述磁控高频接触式电子开关的工作原理为：线圈7在通入调制电源后会驱动振动体5往复运动，运动的过程中会接触另一触点即电源输入端2，从而实现接触导通，如果电源输入端2和电源输出端3有一定电位差则则会产生一个脉冲电源。
在上述实施例中，电源输入端2与电源输出端3可以相互替换。
在上述实施例中，导电金属壳体1上设置有小孔11，可作为抽真空孔或惰性气体充入口，使导电金属壳体1内形成真空或含有惰性气体的密封腔室。且导电金属壳体1可选用圆柱型结构，导电金属壳体1可用来隔开振动体5下端（高频接触触点）与外界介质的联系，保证此高频接触触点在一个真空或者含有惰性气体的腔室内工作，从而消除高频接触触点在运行过程中的放电或拉弧现象，同时可以消除振动产生的声波传递。
在上述实施例中，导电金属壳体1底部也可设置有内凸起，对应地，振动体5下端设置有与内凸起配合的凹陷，其中内凸起可作为静触点，方便线圈7驱动振动体5高速往复运动时接触，从而产生高频脉冲。
实施例2
本发明提供了一种变流器，将实施例1中的磁控高频接触式电子开关应用在变流器中，作为变流器用高频电子开关，可以替换现有变流器中经常使用的IGBT，可降低变流器的成本，且方便维护。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种磁控高频接触式电子开关，其特征在于，包括：导电金属壳体，所述导电金属壳体底部设置有电源输入端，对应地，壳体上设置有电源输出端，且所述电源输出端通过绝缘隔离介质与导电金属壳体连接；
在所述导电金属壳体内设置有振动体，所述振动体一端通过弹性导电金属与所述电源输出端连接；
所述振动体外壁绕有线圈，所述线圈外围设置有永磁铁；所述导电金属壳体上设置有与线圈连接的控制端及控制接地端，所述控制端及控制接地端通过绝缘隔离介质与导电金属壳体连接；
所述振动体在永磁铁及线圈的控制下往复运动，且运动过程中，振动体另一端与导电金属壳体底部的电源输入端不断导通、关断。
2.根据权利要求1所述的一种磁控高频接触式电子开关，其特征在于，所述电源输入端与电源输出端相互替换。
3.根据权利要求1或2所述的一种磁控高频接触式电子开关，其特征在于，所述导电金属壳体内形成密封腔室，所述密封腔室为真空或设置惰性气体的腔室。
4.根据权利要求1或2所述的一种磁控高频接触式电子开关，其特征在于，所述导电金属壳体为圆柱型。
5.根据权利要求1或2所述的一种磁控高频接触式电子开关，其特征在于，所述绝缘隔离介质为陶瓷。
6.一种变流器，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的磁控高频接触式电子开关。
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