一種新型防塵散熱開(kāi)關(guān)工作原理

吳俊江

(首都師范大學(xué)附屬中學(xué)高三（5）班，北京，100048)

1 研究背景

開(kāi)關(guān)為一個(gè)可以使電路開(kāi)路、使電流中斷或使其流到其他電路的電子元件分類(lèi)較多?，F(xiàn)有的散熱開(kāi)關(guān)在使用時(shí)存在一定的弊端，這些弊端就是產(chǎn)生各種事故的根源，很多劣質(zhì)開(kāi)關(guān)在通電瞬間被強(qiáng)大電流燒毀，為消除隱患，現(xiàn)有的開(kāi)關(guān)制作方法和流程需要進(jìn)一步改進(jìn)[1]。為解決這一問(wèn)題，曹葉飛等在大電流中壓交流設(shè)備中采用氣體絕緣金屬封閉開(kāi)關(guān)[2]，鐘寧帆等在傳統(tǒng)的硬開(kāi)關(guān)高頻模式下在本安電源Buck變換器中發(fā)明了軟開(kāi)通和關(guān)斷[3]，韓喜俊則解決了兩線(xiàn)制接近開(kāi)關(guān)中防水、防震、耐腐蝕金屬的使用問(wèn)題[3]，但對(duì)于220-380V家用開(kāi)關(guān)的防塵散熱問(wèn)題，國(guó)內(nèi)相關(guān)研究較少。針對(duì)以上問(wèn)題，受到電器柜結(jié)構(gòu)散熱與通風(fēng)工作原理的啟發(fā)[5]，本文提出了一種新型防塵散熱開(kāi)關(guān)，創(chuàng)新點(diǎn)在于改進(jìn)了常用開(kāi)關(guān)的保護(hù)蓋、熒光條、防護(hù)門(mén)和散熱板。

2 工作原理

2.1 技術(shù)原理

對(duì)開(kāi)關(guān)進(jìn)行技術(shù)改造，改造步驟如下。

改進(jìn)保護(hù)蓋：該保護(hù)蓋的一端外表面固定安裝有連接轉(zhuǎn)軸，且連接轉(zhuǎn)軸的一端外表面設(shè)有阻燃底座，阻燃底座的一端外表面固定安裝有面板，且面板的外表面設(shè)有一號(hào)插孔，靠近面板的外表面一號(hào)插孔的下方設(shè)有二號(hào)插孔，且靠近面板的外表面一號(hào)插孔的一側(cè)設(shè)有控制鈕；固定螺孔的數(shù)量為四組，且固定螺孔分別平行放置；連接轉(zhuǎn)軸的數(shù)量為兩組，且連接轉(zhuǎn)軸分別平行放置。

改進(jìn)散熱板：將散熱板安裝于阻燃底座的下端，且阻燃底座的一側(cè)外表面設(shè)有火線(xiàn)端，靠近阻燃底座的一側(cè)外表面火線(xiàn)端的下方設(shè)有地線(xiàn)端，且靠近地線(xiàn)端的一側(cè)設(shè)有零線(xiàn)端。

新增熒光條：熒光條位于控制鈕的外表面，阻燃底座的內(nèi)部?jī)?nèi)表面設(shè)有阻燃支架，且阻燃支架的外表面設(shè)有固定螺孔，靠近阻燃底座的內(nèi)部?jī)?nèi)表面阻燃支架的下方設(shè)有二號(hào)阻燃支架；熒光條的一端外表面通過(guò)控制鈕的一端外表面與面板的外表面固定連接，且控制鈕的外表面涂有疏水疏油層。

改進(jìn)防護(hù)門(mén)：兒童防護(hù)門(mén)位于靠近二號(hào)阻燃支架的下方，其下方設(shè)有導(dǎo)電配件。

在安裝過(guò)程中，需要注意以下四點(diǎn)要求：二號(hào)阻燃支架的外表面設(shè)有暗盒，暗盒的數(shù)量為兩組，暗盒為一種PVC材質(zhì)的構(gòu)件。

2.2 實(shí)施方案

在設(shè)計(jì)防塵散熱開(kāi)關(guān)時(shí)，通過(guò)設(shè)置的保護(hù)蓋1，能夠起到防塵防水的作用圖1(a），防止水漬與灰塵進(jìn)入到開(kāi)關(guān)內(nèi)部影響使用壽命，保護(hù)蓋1上安裝有連接轉(zhuǎn)軸2，連接轉(zhuǎn)軸2的一端與面板4固定連接，可方便用戶(hù)在使用時(shí)打開(kāi)保護(hù)蓋1，面板4上有一號(hào)插孔5與二號(hào)插孔6（圖2），可方便適應(yīng)不同種類(lèi)的插頭，以滿(mǎn)足用戶(hù)的不同需要，通過(guò)設(shè)置的控制鈕7，可控制開(kāi)關(guān)內(nèi)的電源接連的關(guān)系，控制鈕7的外表面有熒光條8，在光線(xiàn)昏暗的環(huán)境里，能夠起到提示醒目的作用，即使在昏暗的環(huán)境里也可以進(jìn)行操作，通過(guò)設(shè)置的兒童防護(hù)門(mén)12，采用了獨(dú)立的安全門(mén)設(shè)計(jì)，單控需要較大的力氣才能打開(kāi)，而當(dāng)普通插頭插入時(shí)，只需適當(dāng)?shù)牧涂梢源蜷_(kāi)，能夠防止由兒童好奇而引起的觸點(diǎn)事故，散熱板14被設(shè)置在阻燃底座3的下端，相比較于傳統(tǒng)的設(shè)置在開(kāi)關(guān)的背部，現(xiàn)在的散熱板14更加便于開(kāi)關(guān)的散熱降溫，并且不容易積累灰塵，延長(zhǎng)了開(kāi)關(guān)的使用壽命，通過(guò)設(shè)置的阻燃支架9，阻燃支架9上有固定螺孔10，可方便與面板4與二號(hào)阻燃支架11固定連接，便于安裝拆卸，通過(guò)設(shè)置的導(dǎo)電配件13，主要負(fù)責(zé)開(kāi)關(guān)內(nèi)部的電力傳輸，火線(xiàn)端15和零線(xiàn)端17構(gòu)成供電的主要電源，地線(xiàn)端16又稱(chēng)做避雷線(xiàn)，是用來(lái)將電流引入大地的導(dǎo)線(xiàn)，電氣設(shè)備出現(xiàn)漏電與電壓過(guò)高的問(wèn)題時(shí)，電流通過(guò)地線(xiàn)進(jìn)入大地，較為安全，面板4為一體化壓鑄而成，更加高硬，耐磨，耐刮花，不易變色，較為實(shí)用圖1(b）。

圖1 (a) 防塵散熱開(kāi)關(guān)的整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 (b) 防塵散熱開(kāi)關(guān)剖析圖

圖2 防塵散熱開(kāi)關(guān)的阻燃底座局部放大圖

2.3 性能參數(shù)

新型防塵散熱開(kāi)關(guān)主要的性能參數(shù)如下。

（1）工作環(huán)境：工作溫度:0～50℃(-20℃到70℃儲(chǔ)存)，相對(duì)濕度:10～95% @ 40℃(不凝露)，電磁干擾符合FCC/VDE A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

（2）接觸電阻：開(kāi)關(guān)接通時(shí)，“接觸對(duì)”(兩觸點(diǎn))導(dǎo)體間的電阻值叫做接觸電阻。該值要求越小越好，其數(shù)值按電路的工作要求及開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型各有不同的規(guī)定，如小型瓷質(zhì)波段開(kāi)關(guān)及微動(dòng)開(kāi)關(guān)等的常態(tài)接觸電阻大于0.01ω，電源開(kāi)關(guān)則大于0.02ω，—般開(kāi)關(guān)多在0.02ω以下。

（3）觸點(diǎn)容量：指觸點(diǎn)能通過(guò)電流的能力。有的開(kāi)關(guān)在規(guī)定電流容量的同時(shí)，對(duì)負(fù)載性質(zhì)也有所要求，如無(wú)感性負(fù)載的觸點(diǎn)在有感參量的電路中工作時(shí)電流定額應(yīng)相應(yīng)減小。

（4）耐壓：分和觸點(diǎn)要保證一對(duì)觸點(diǎn)斷開(kāi)時(shí)不擊穿，各種開(kāi)關(guān)的技術(shù)條件中都規(guī)定了其額定工作電壓的數(shù)值。本次設(shè)計(jì)的新型開(kāi)關(guān)的耐壓至少大于380 v交流電(頻率50 hz)。

（5）絕緣電阻：不相接觸的開(kāi)關(guān)導(dǎo)體之間的電阻稱(chēng)為絕緣電阻。本次設(shè)計(jì)的新型開(kāi)關(guān)的絕緣電阻要求在100 mω以上。

（6）壽命與可靠性：壽命是指開(kāi)關(guān)在正常條件下能工作的有效次數(shù)（使用次數(shù)），本次設(shè)計(jì)要求在10000~50000次以上。長(zhǎng)壽命的幵關(guān)可達(dá)100萬(wàn)次，有的鈕子開(kāi)關(guān)壽命可達(dá)4000萬(wàn)次，微動(dòng)開(kāi)關(guān)則可高達(dá)1~2億次?？煽啃允侵搁_(kāi)關(guān)在工作過(guò)程中接觸可靠以及不產(chǎn)生誤動(dòng)作。

3 實(shí)驗(yàn)測(cè)試

該新型開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)了一系列實(shí)驗(yàn)測(cè)試，其散熱防塵性能總體表現(xiàn)穩(wěn)定（表1），證實(shí)本方案設(shè)計(jì)具有實(shí)用性和可靠性。

表1 防塵散熱開(kāi)關(guān)測(cè)試結(jié)果表

4 討論

由于新型防塵散熱開(kāi)關(guān)設(shè)有保護(hù)蓋、熒光條、兒童防護(hù)門(mén)、散熱板[6]，因此能夠起到防塵防水的作用，防止水漬與灰塵進(jìn)入到開(kāi)關(guān)內(nèi)部影響使用壽命，在光線(xiàn)昏暗的環(huán)境里，能夠起到提示醒目的作用，即使在昏暗的環(huán)境里也可以進(jìn)行操作，獨(dú)立的安全門(mén)設(shè)計(jì)，單控需要較大的力氣才能打開(kāi)，而當(dāng)普通插頭插入時(shí)，只需適當(dāng)?shù)牧涂梢源蜷_(kāi)，能夠防止由兒童好奇而引起的觸點(diǎn)事故，提高了開(kāi)關(guān)的散熱效果。其電壽命達(dá)到10萬(wàn)次，該方案可適用于企事業(yè)單位各類(lèi)電器，具有廣闊的應(yīng)用前景。

在采用本方案進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)時(shí)，需要注意四個(gè)方面：首先是接線(xiàn)端子建議采用速接端子，該端口采用TodayHot端口，接線(xiàn)簡(jiǎn)單快速，且安全可靠；其次觸點(diǎn)采用硬度較高的彈簧，以降低接觸電阻；熒光開(kāi)關(guān)電源發(fā)光型(如氖泡)，可長(zhǎng)期發(fā)光；絕緣材料要求質(zhì)地堅(jiān)硬，成型后結(jié)構(gòu)嚴(yán)密，且分量較重的PVC材料，并對(duì)其核心部件做燃燒實(shí)驗(yàn)；開(kāi)關(guān)觸電建議選擇銀鋰合金觸電，該類(lèi)型觸電即保證了銀的良好導(dǎo)電性，又有效提高

了其熔點(diǎn)和硬度，可以有效預(yù)防反復(fù)使用后變形等問(wèn)題。