程序员世界@新型电子灭弧技术在机械开关中的应用( 三 ) 广州市金矢电子有限公司的研究人员郭桥

AAE器件的监控驱动模块在识别到电弧后，可根据需要设定释放高能脉冲的时机。选择在电弧建立初期即强电场发射的电子碰撞游离期释放高能脉冲时能够将电弧控制在起弧阶段，但是，此时释放的高能脉冲需要有足够的幅度和宽度，足够幅度能阻止机械开关SW的触点之间场电子持续发射，足够宽度能保证有足够的时间实现弧隙间去游离过程以恢复已受到破坏的弧隙间介质强度。为满足对脉冲幅度和宽度的要求，需要储能电容有足够的容量。
在工程实践中，由于受储能电容（或线路本身）分布电感和内阻、机械开关SW分断速度等的影响，在高电压大电流时单纯依靠提升电容容量难以确保灭弧的可靠性。
AAE技术提供了两种解决方案：①AAE器件内部采用倍压技术提升储能电容上的电压使其高于工作电压一定比例；②监控驱动模块在电弧起弧后延迟一定的时间，待弧隙电压升高到一定程度后再释放高能脉冲。
采用方案①后，灭弧时电弧间的电场被反向，电弧阴极区电子难以持续发射，电弧弧柱区游离的离子被加速去游离，弧隙介质强度快速恢复；采用方案②后，释放高能脉冲时，机械开关触点间间距已增大到一定程度，弧隙电压强度将超过工作电压。方案①、②的实施，确保了灭弧的可靠性。
图7是普通继电器（型号ChurdCHAR-112A150400VACT85）采用AAE技术后分断阻性负载的波形图，分断电压DC800V ，分断电流360A 。
图7中各序号代表的时刻分别为：①机械开关SW触点开始分断，电弧产生，机械开关SW两端开始出现压差；②AAE器件识别到电弧后延迟约320?s释放高能脉冲，高能脉冲比额定电压高10%；③AAE器件释放高能脉冲时机械开关SW两端电场降低到0以下；④机械开关SW上的电流被快速切断；⑤AAE器件持续为负载提供短暂的电流，防止负载电流突变。
由图7可见，采用AAE技术后，原本仅限定在交流中使用的普通继电器具有了可分断电压DC800V、电流360A的能力，电弧的燃烧时间被稳定地控制在400?s以内。
图8是普通继电器（型号ChurdCHAR-112A150400VACT85）应用AAE技术后进行3000次分断寿命试验后的触点损伤情况，分断电压DC800V、电流360A 。
表1是图8所示普通继电器在应用AAE技术后进行寿命试验前后的部分电气数据。

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图7AAE技术在机械开关SW分断过程中的测试波形

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图8普通继电器应用AAE技术进行寿命试验后触点损伤情况

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表1普通继电器采用AAE技术进行寿命试验前后的电气参数
测试条件：①常温测试（约25℃PH40%）；②阻性负载；③继电器驱动电压DC12V；④电源DC800V接通后稳定通1ms断30s；⑤接触阻抗采用电流电压法；⑥绝缘阻抗采用电压电流法。
测试表明， AAE技术大幅度地提高了机械开关额定可分断工作电压和分断电流等级，数量级地增加了机械开关的电气寿命，与传统的灭弧方式相比具有明显优势。 AAE技术对电弧的运动路径不再需要进行严苛的要求，采用AAE技术，不仅可以简化机械式开关结构的设计，还可以方便地与已有的机械式开关配合使用。
AAE技术实现的难点在于：①针对不同类型的机械式开关特性和不同的应用工况选取合适的参数以确保能正确识别出电弧的发生时刻；②选择合适的储能电容以确保能够释放出足够宽度和幅度的高能脉冲。目前已开发出成熟的可应用技术，能够从大量的纹波和干扰中准确地识别出电弧；对于储能电容，可在控制燃弧持续时间、机械开关的目标电气寿命以及性价比之间进行平衡，选择合适类型的电容。
为了提高储能电容的利用率，出现了一种称为AMU的技术，它通过复用储能电容能够对多路机械开关进行灭弧，并能够对机械开关的通断及故障状态进行管理。