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CN117916837A - 电开关装置 - Google Patents

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CN117916837A CN202280059846.5A CN202280059846A CN117916837A CN 117916837 A CN117916837 A CN 117916837A CN 202280059846 A CN202280059846 A CN 202280059846A CN 117916837 A CN117916837 A CN 117916837A
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Abstract

针对电开关装置(1)，该电开关装置包括第一导体路径(2)和第二导体路径(3)，由此该第二导体路径(3)与该第一导体路径(2)、被布置在该第一导体路径(2)中的第一开关(4)、被布置在该第二导体路径(3)中的第二开关(5)并联连接，建议至少第一半导体器件(6)被布置在该第二导体路径(3)中，并且该第一半导体器件(6)与该第二开关(5)串联定位。

Description

电开关装置
本公开涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的电开关装置。
在电力电子器件中，混合式断路器或固态断路器通常包括用于每个连接部件的至少一个隔离继电器，该至少一个隔离继电器分别串联布置到混合式开关电路或固态开关电路。这些隔离继电器通常几乎在零电流条件下断开其触点，这是由于以下事实：电流的电流断开和中断通过电力电子器件开关来进行，因此通过混合式开关电路或固态开关电路来进行。混合式断路器或固态断路器的这些部件不能在电流作用下切换它们的触点。此类隔离继电器既不针对此类断开设计，也不针对此类断开来确定尺寸。
可能的是，电源开关故障并且隔离继电器必须在高电流期间切断电线。这种切断过程对于隔离继电器来说是个问题。尤其是，即使在AC网络中，高电感连接负载的切断过程也将是复杂的。在不破坏隔离继电器的情况下，在更高的DC电流下切断网络几乎是不可能的，因为继电器将在电弧放电期间熔化并且将在该区域中引起火灾。用常规继电器切断此类电流将需要具有高功率驱动器电路的非常大且非紧凑的继电器。此类继电器需要大量的空间并且其是昂贵的。
本发明的一个目的是通过提供一种电开关装置来克服现有技术的缺点，该电开关装置用于在高电流、尤其是高DC电流下断开触点，并且体积较小且紧凑。
根据本发明，前述目的通过权利要求1的特征解决。
因此，可能的是，在供电线中在较高电流下通过电开关装置或隔离继电器来切断供电线。这种电开关装置或隔离继电器不是断路器。还可能的是，切断具有连接的电感和/或电容的供电线，该供电线存储电能并且由于由切断过程引起的更高电流可能在切断期间引起问题。电开关装置还能够切断更高的DC电流，而没有由DC电弧引起的问题。电开关装置体积较小且紧凑，并且具有长寿命周期。
本发明还包括一种用于操作根据权利要求10的前序部分的电开关装置的方法。
本发明的另一个目的是通过提供用于操作电开关装置的方法来克服现有技术的缺点。
根据本发明，所述目的通过根据权利要求10所述的特征解决。
从属权利要求描述了本发明的另外的优选实施方案。
参考附图描述本发明。附图仅示出本发明的示例性实施方案。
图1示出了具有电开关装置的第一优选实施方案的混合式断路器；
图2示出了具有电开关装置的第二优选实施方案的混合式断路器；
图3示出了具有电开关装置的第三优选实施方案的混合式断路器；
图4示出了具有电开关装置的第四优选实施方案的混合式断路器；并且
图5示出了具有电开关装置的第五优选实施方案的混合式断路器。
图1至图5示出了电开关装置1的优选实施方案，该电开关装置包括第一导体路径2和第二导体路径3，由此该第二导体路径3与该第一导体路径2、被布置在该第一导体路径2中的第一开关4、被布置在该第二导体路径3中的第二开关5并联连接，由此至少第一半导体器件6被布置在该第二导体路径3中，并且由此该第一半导体器件6与该第二开关5串联定位。
因此，可能的是，在供电线中在较高电流下通过电开关装置或隔离继电器来切断供电线。这种电开关装置或隔离继电器不是断路器。还可能的是，切断具有连接的高电感和/或高电容的供电线，该供电线存储电能并且由于由切断过程引起的电流可能在切断期间引起问题。电开关装置还能够切断更高的DC电流，而没有由DC电弧引起的问题。电开关装置体积较小且紧凑，并且具有长寿命周期。
电开关装置1包括至少第一导体路径2(相应地第一电线)以及至少第二导体路径3(相应地第二电线)。第一导体路径2也被称为主电流路径。第二导体路径3也被称为辅助电流路径。
第一开关4被布置在第一导体路径2中。第一开关包括机械接触元件并且典型地是继电器。第二开关5被布置在第二导体路径3中。第二开关包括机械接触元件并且典型地是继电器。优选地，第一开关4和/或第二开关5包括辅助触点以监测主触点的状态：断开或闭合。
第二导体路径3与第一导体路径2并联连接。第一开关4与第二开关5并联连接。
第一开关4和第二开关5连接到电开关装置1的输入部分。在优选的实施方案中，电开关装置1是混合式断路器14或固态断路器的一部分。
混合式断路器14或HCB包括混合式开关器件23，其具有机械开关和与该机械开关并联开关的晶体管装置。机械开关被布置在单线导体路径24中。混合式断路器14还包括在单线导体路径24中用于流电分离的第一机械分离器25，该第一机械分离器不能切断电流。第一机械分离器25的另一术语可以是流电分离继电器。优选地，混合式断路器14的第一机械分离器25被实施为电开关装置1。
图1至图5示出了混合式断路器14。断路器也可被实施为固态断路器或SSCB。SSCB还包括在单线导体路径24中用于流电分离的第一机械分离器25。优选地，固态断路器的第一机械分离器25被实施为电开关装置1。
混合式断路器14和固态断路器包括电子控制单元21，该电子控制单元典型地被实施为μC或μP。根据优选的实施方案，第一开关4和第二开关5由混合式断路器14或固态断路器的电子控制单元21控制，并且连接到电子控制单元21。
电开关装置1可被实施为所述部件中每一者的单独电子器件的组合，该单个器件被连接在一起以构建电开关装置1。如所述的，电开关装置1优选地是混合式断路器14或固态断路器的一部分。电开关装置1的另一优选实施方案是单个电开关器件17。在该实施方案中，电开关器件17是单个器件并且包括电开关装置1的所有部分。优选地，第一导体路径2和第二导体路径3的并联连接被布置在外壳中，并且该外壳仅包括第一电连接部件15和第二电连接部件16以将电开关装置1与网络连接。第一导体路径2和第二导体路径3的并联连接被布置在外壳内部，如图1至图5所示。第二导体路径3是仅当通过混合式开关器件23的混合开关不能停止电流时以及当第一开关4的触点上的电压降大于第二半导体路径3中的第二半导体器件的导通电压时导电的辅助路径。
电开关装置1优选地为低电压电开关装置1。低电压DC通常意指高达1500伏DC电压。
至少第一半导体器件6或半导体部件被布置在第二导体路径3中。第一半导体器件6与第二开关5串联地定位或放置或布置。半导体器件6或部件包括至少一个半导体。然而，其可包括用于操作半导体部件的其他部件。至少一个半导体器件6减小电流并且抑制特别高的获得电流。这使得可能切断第一开关4，并且电流流经第二导体路径3和半导体器件6，这增加了电阻并且减小了电流。
在正常操作中或在接通状态中，两个开关4、5(意指第一开关4和第二开关5)处于接通位置中。因为第一导体路径2上的电压降比第二导体路径3中的二极管的导通电压低得多，所以只要第一开关4闭合，第二导体路径3中就没有电流流动。此外，对于切断进程，第一开关4被断开，并且在切断第一开关4之后的预定时间，第二开关5被切断。
优选地，至少第二半导体器件7被布置在第二导体路径3中。第二半导体器件7与第二开关5和第一半导体器件6串联定位。图1、图2、图3和图4示出了具有多于一个半导体器件的实施方案。这些另外的半导体器件增加了二极管8、9、10的总导通电压并且增加了阻断电压。
根据第一优选实施方案和第二优选实施方案，第一半导体器件6被实施为第一二极管8。图1和图2示出了此类实施的电开关装置1。第二半导体器件7被实施为第二二极管9，并且第二二极管9被定位或放置在与第一二极管8相同的正向方向上。优选地，并且如图1和图2所示，第三二极管10被进一步布置在第二导体路径3中。附加的二极管将确保二极管中的至少一个二极管将对电流作出反应。
二极管是无源元件并且不需要操作。在第一开关4在电流作用下断开第一导体路径2的情况下，当在第一开关4的主触点之间发生电弧电压时，电流将被交换到第二导体路径3。二极管8、9、10被设定大小或被实施或被选择为电流平方与时间的乘积(i2t)的预定值，以通过由于熔化半导体或结合线而断开电流来中断电流。二极管8、9、10如熔丝那样反应。一旦电流被二极管8、9、10停止或限制，则第二开关5断开以提供隔离。第二导体路径3的尺寸被设定成具有比二极管8、9、10的i2t值更大的i2t电平或值。
优选地，可以通过添加与二极管8、9、10串联的熔丝13来改善电开关装置1，以避免二极管8、9、10中的至少一个二极管的击穿。第一熔丝是二极管8、9、10的备用熔丝。在这种情况下，第一熔丝13断开电路并且第二导体路径3在没有电流的情况下断开。优选地，第一熔丝可包括辅助触点以用于示出熔丝的状态：闭合或熔化。
根据图1和图2的第一实施方案和第二实施方案不是双向的。
根据第三优选的实施方案和第四优选的实施方案，第一半导体器件6是第一晶体管装置11。晶体管装置包括至少一个晶体管，尤其是IGBT。此外，晶体管装置可包括附加部件，尤其是反向并联二极管。图3和图4示出了此类晶体管装置。
优选地，使用第二半导体器件7，并且第二半导体器件7是第二晶体管装置12，并且第二晶体管装置12定位在与第一晶体管装置11相同的另一正向方向上。该电开关装置1将是双向的。
如图3和图4所示，第三优选实施方案和第四优选实施方案还包括第一变阻器18和第二变阻器19。变阻器或其他过电压保护器件限制来自外部的脉冲电压。
根据图4的第四实施方案还包括与两个晶体管器件11、12并联的第三变阻器。
根据图3的实施方案被恒定地驱动或处于接通状态。根据图4的优选实施方案包括被布置在第二导体路径3中的电流测量器件22。该电流测量器件22连接到电子控制单元21并且能够测量电流是否在第二导体路径3中流动。该电流测量器件22可帮助控制电开关装置1，尤其是如果它是混合式断路器14或固态断路器的一部分。如图1至图4所示，混合式断路器14或固态断路器还可包括附加的电流测量器件26。
根据第五实施方案，如图5所示，第一半导体器件6被实施为第一二极管8。第二半导体器件7被实施为第二二极管9，并且第二二极管9被定位或放置在与第一二极管8相同的正向方向上。优选地，类似于图1和图2中所示的实施方案，第三二极管10被进一步布置在第二导体路径3中。对于包括至少第一二极管8和第二二极管9的该第一组二极管，第二组二极管被反向并联地布置，即，并联并且在另一正向方向上。第二组二极管至少包括第四二极管8'和第五二极管9'，并且可优选地包括第六二极管10'，其中第五二极管9'和第六二极管10'被定位或放置在与第四二极管8'相同的正向方向上。因此，电开关装置1将是双向的。
因此，第三实施方案、第四实施方案和第五实施方案是双向的，或者换句话讲，是极性独立的装置。
虽然已经参考本发明的示例性实施例特别示出并描述了本发明，但是本领域的技术人员将理解，在不脱离如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式和细节上的各种改变。示例性实施例应该被认为仅是描述性的，而不是出于限制的目的。因此，本发明的范围不是由详细描述而是由所附权利要求限定。
在下文中是用于理解和解释实际公开内容的原理。
通常用不定冠词“一种、一、一个”来介绍特征。除非在上下文中另外陈述，否则“一种、一、一个”不应被理解为数词。
除非上下文另外规定，否则连词“或”必须被解释为包含性而非排他性。“A或B”还包括“A和B”，其中“A”和“B”表示随机特征。
除非本发明的公开内容另外限定，否则在几个实施例中，借助于例如“第一”、“第二”或“第三”的排序数字词，区分特别是特征X或对象Y。特别地，在权利要求书中具有排序数字词的特征X或对象Y并不意味着由此权利要求涵盖的本发明的实施方案必须具有另外特征X或另一对象Y。

Claims (11)

1.一种混合式断路器(14)，所述混合式断路器包括混合式开关器件(23)和电开关装置(1)，所述电开关装置(1)包括第一导体路径(2)和第二导体路径(3)，由此所述第二导体路径(3)与所述第一导体路径(2)、被布置在所述第一导体路径(2)中的第一开关(4)、被布置在所述第二导体路径(3)中的第二开关(5)并联连接，其特征在于，至少第一半导体器件(6)被布置在所述第二导体路径(3)中，并且所述第一半导体器件(6)与所述第二开关(5)串联定位。
2.根据权利要求1所述的混合式断路器(14)，其特征在于，至少第二半导体器件(7)被布置在所述第二导体路径(3)中，并且所述第二半导体器件(7)与所述第二开关(5)并且与所述第一半导体器件(6)串联定位。
3.根据权利要求1或2所述的混合式断路器(14)，其特征在于，所述第一半导体器件(6)被实施为第一二极管(8)。
4.根据权利要求2和3所述的混合式断路器(14)，其特征在于，所述第二半导体器件(7)被实施为第二二极管(9)，并且所述第二二极管(9)定位在与所述第一二极管(8)相同的正向方向上。
5.根据权利要求4所述混合式断路器(14)，其特征在于，至少第四二极管(8')和第五二极管(9')与所述第一二极管(8)和所述第二二极管(9)的串联布置反向并联地定位，其中所述第五二极管(9')与所述第四二极管(8')串联。
6.根据权利要求1和2中的一项所述的混合式断路器(14)，其特征在于，所述第一半导体器件(6)是第一晶体管装置(11)。
7.根据权利要求6所述的混合式断路器(14)，其特征在于，所述第二半导体器件(7)是第二晶体管装置(12)，并且所述第二晶体管装置(12)定位在与所述第一晶体管装置(11)相同的另一正向方向上。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的混合式断路器(14)，其特征在于，至少第一熔丝(13)被布置在所述第二导体路径(3)中，并且所述第一熔丝(13)与所述第二开关(5)串联定位。
9.混合式断路器(14)或固态断路器，所述混合式断路器或固态断路器包括至少第一线路导体路径(24)，由此第一机械分离器(25)被布置在所述第一线路导体路径(24)中，其特征在于，所述第一机械分离器(25)被实施为根据权利要求1至8中任一项所述的电开关装置(1)。
10.根据权利要求1至8中任一项所述的用于操作混合式断路器(14)的方法，其特征在于，在正常操作中，所述第一开关(4)和所述第二开关(5)处于接通位置。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，在切断进程中，切断所述第一开关(4)，并且在切断所述第一开关(4)之后的预定时间，切断所述第二开关(5)。
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