CN110070999A - 电路断路器组合件 - Google Patents

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Abstract

在包括第一外部导体线路(2)和第二外部导体线路(51)的电路断路器组合件(50)中，第一外部导体线路与第二外部导体线路并联布置于电路中，第一外部导体线路具有拥有由第一电子控制单元(13)控制的第一和第二半导体组合件(11、14)的第一混合电路断路器，第二外部导体线路具有拥有由第二电子控制单元(56)控制的第三和第四半导体组合件(53、54)的第一混合电路断路器，第一控制单元调节第二半导体组合件，且第二控制单元调节第四半导体电路组合件以平衡经由第一外部导体线路的第一电流强度和经由第二外部导体线路的第二电流强度，和/或第一控制单元和第二控制单元在第一电流强度和/或第二电流强度小于可预定的极限值的事件中切断第二外部导体线路。

Description

电路断路器组合件
技术领域
本发明涉及如专利权利要求1所述的一种电路断路器组合件。
背景技术
通过并联连接将电流分配到多个分支上是已知的，借此根据基尔霍夫第一定律将总体电流分配到个别并联分支上。
此外，所谓的混合电路断路器装置例如从申请人的WO 2015/028634A1已知。此类混合电路断路器装置相对于常规仅机械电路断路器具有许多优点。然而，已经证明，通过根据WO 2015/028634A1的混合开关装置的并联连接增加电线的载流容量和/或增强其紧急保护是不可能的。安装于此类开关装置中的机械开关接触件和半导体元件的特定性质导致并联连接的此类混合开关装置的内阻发生相当大的漂移，借此此类开关装置之间的电流分配也同时飘移。在启动之后的短时间内，后果是电流分配不均。
发明内容
因此，本发明的目标是指定上文提及的类型的低电压电路断路器装置，其可用于避免开头提及的优点，且可用于安全地且永久地增加低电压电路断路器装置的载流容量。
这根据本发明通过专利权利要求1的特征实现。
因此可能通过并联连接至少一个旁路线路来缓解混合外部导体线路，整个电流负载或电流负载的至少主导部分不必由所涉及线路中的仅一个处置。因此可能防止所涉及线路中的一个归因于过多电力损耗而比至少一个另外的线路更快地老化和发生故障。因此进一步可能防止紧急关机的事件中发生完全故障。
附属权利要求项涉及本发明的进一步有利实施例。
在此明确地参考专利权利要求书的措辞，借此此刻权利要求书以引用的方式并入到描述内容中且被认为一字不变地再现。
附图说明
将参考附图更详细地描述本发明，附图仅借助于实例示出优选实施例。图式中：
图1示出当前电路断路器组合件的第一实施例；
图2示出当前电路断路器组合件的离散低电压电路断路器装置的第一实施例；
图3示出具有根据图2的七个低电压电路断路器装置的当前电路断路器组合件的第二实施例；
图4示出离散低电压电路断路器装置的第二实施例；以及
图5示出当前电路断路器组合件的第三实施例。
具体实施方式
图1和3各自示出包括第一外部导体线路2和第二外部导体线路51的电路断路器组合件50，其中第一外部导体线路2与第二外部导体线路51并联布置于电路中，其中第一机械旁路开关8布置于第一外部导体线路2中，其中第一半导体电路组合件11并联连接到第一旁路开关8，其中第二半导体电路组合件14在第一外部导体线路2中与第一旁路开关8串联且与第一半导体电路组合件11并联布置于电路中，其中连接到第一电子控制单元13的第一电流测量组合件12布置于第一外部导体线路2中，其中第一电子控制单元13出于致动第一旁路开关8、第一半导体电路组合件11和第二半导体电路组合件14的目的而设计，其中第二机械旁路开关52布置于第二外部导体线路51中，其中第三半导体电路组合件53并联连接到第二旁路开关52，其中第四半导体电路组合件54在第二外部导体线路51中与第二旁路开关2串联且与第三半导体电路组合件53并联布置在电路中，其中连接到第二电子控制单元(56)的第二电流测量组合件55布置于第二外部导体线路51中，其中第二电子控制单元56出于致动第二旁路开关52、第三半导体电路组合件53和第四半导体电路组合件54的目的而设计。
第一电子控制单元13和第二电子控制单元56具有通信连接，其中第一电子控制单元13调节第二半导体电路组合件14，且第二电子控制单元56调节第四半导体电路组合件54以平衡经由第一外部导体线路2的第一电流强度和经由第二外部导体线路51的第二电流强度，和/或其中第一电子控制单元13和第二电子控制单元56在第一电流强度和/或第二电流强度小于可预定的极限值的事件中切断第二外部导体线路51。
因此可能并联连接多个混合外部导体线路2、51，整个电流负载或电流负载的至少主导部分不能够由所涉及外部导体线路2、51中的仅一个处置。因此可能防止所涉及外部导体线路2、51中的一个归因于过多电力损耗而比至少一个其它外部导体线路2、51更快地老化和发生故障。因此进一步可能防止在紧急关机的事件中外部导体线路2、51中的一个发生完全故障。
根据图1到3的当前装置或组合件涉及电路断路器组合件50，其可通过互连多个独立和/或自主或离散低电压电路断路器装置1来体现或实施，或者在单一对应地设计的电路断路器装置1内体现或实施。
将通过介绍基于图2中示出的低电压电路断路器装置1描述个别所需组件。相关低电压电路断路器装置1显示两个外部导体线路2中的第一个。
当前低电压电路断路器装置1以及根据WO 2015/028634A1的电路断路器装置是低电压电路断路器装置。通常来说，分别高达1,000V AC电压或1,500V DC电压的范围被称作低电压。
根据图2的电路断路器装置1具有外部导体线路2和中性导体线路5。第一外部导体线路2从外部导体供应端子3向外部导体负载端子4延伸穿过电路断路器装置1。中性导体线路5从中性导体端子6向中性导体负载端子7延伸穿过电路断路器装置1。相关端子3、4、6、7各自优选地被设计为螺杆连接端子和/或插入型连接端子，且布置于电路断路器装置1中，因此其可在外部接达。
电路断路器装置1优选地具有绝缘材料壳体。
优选地具有单一接触中断的第一机械旁路开关8布置于第一外部导体线路2中。此外，在根据图2的开关中，第一机械断开开关9与第一旁路开关8串联布置在外部导体线路2中。第二机械断开开关10布置于中性导体线路5中。第一半导体电路组合件11并联连接到第一旁路开关8。
此外，过电压防止器19并联连接到第一旁路开关8。
此外，电路断路器装置1具有第一电流测量组合件12，其布置于第一外部导体线路2中且优选地设计为包括分流电阻器。
第一电流测量组合件12连接到电路断路器装置1的第一电子控制单元13，所述第一电子控制单元优选地设计为包括微控制器或微处理器。第一电子控制单元13出于致动第一旁路开关8和第一半导体电路组合件11以及第一机械断开开关9和第二机械断开开关10的目的而设计，因此用以以可预定的方式对其进行致动或切换。为此目的，第一电子控制单元13优选地依据电路连接到第一半导体电路组合件11，并且此外还连接到(确切地说)机械开关的电磁致动元件，因此连接到第一旁路开关8、第一机械断开开关9和第二机械断开开关10。源自第一电子控制单元13的对应连接在图2中未示出。
根据图2中的实施例，第一半导体电路组合件11具有优选地被设计为全桥的整流器电路20，以及在本实施例中在当前情况下设计为IGBT的两个功率半导体21，作为实际切换或调节元件。在此情况下还可提供较大功率半导体21。当前装置或组合件独立于第一半导体电路组合件11的特定实施方案。
除实际电路断路器装置1之外，图2中还指示电气环境。在此情况下，供电网络由AC/DC网络电压源16、网络内阻17和网络电感18表示。此外，示出电负载23和呈短路的形式的电气故障22。
优选地规定，出于致动第一机械断开开关9的目的进一步设计第一电子控制单元13。
优选地还规定，第二机械断开开关10布置于中性导体线路5中，且第一电子控制单元13优选地出于致动第二机械断开开关10的目的而设计。此外，过电压防止器19，确切地说变阻器(优选地MOV)与第一旁路开关8和第一半导体电路组合件11并联且与第一断开开关9串联布置于电路中。在此情况下，MOV表示金属氧化物变阻器。
规定，第二半导体电路组合件14在第一外部导体线路2中与第一旁路开关8串联且与第一半导体电路组合件11并联布置在电路中。
第一旁路开关8以及第一半导体电路组合件11两者的负载可通过第二半导体电路组合件14减小。因此有可能，电流已经在比常规电路断路器装置的情况下显著低的电流强度下换向到第一半导体电路组合件11，借此第一半导体电路组合件11的负载可减小且其使用寿命可延长。因此可基本上完全避免第一旁路开关8处发生电弧，借此对应的开关接触件的负载可减小且其使用寿命可延长。
可通过当前措施来实现进一步优点。因为关断后不会发生电弧，所以也不必熄灭电弧。不会产生热离子化气体，热离子化气体必须首先冷却以便防止电弧重新点燃。因此，第一半导体电路组合件11的载流容量可减小，并且整个关断过程可进一步加速，因为在当前情况下不再担心电弧重新点燃。或者，第一半导体电路组合件11的载流容量还可保持不变，第一旁路开关8的断开速度可减小，借此其可更简单地设计。
归因于短路电流或过载电流的快速关断，与另外呈漏感的形式和/或网络电感的形式相比存储较少能量，借此第一过电压防止器19和缓冲器24得以保护。由于进一步效应，其尺寸还可设定得更小。
因为不会发生开关电弧，所以第一半导体电路组合件11处的电压降不受电弧电压限制。
优选地规定，第二半导体电路组合件14和/或第四半导体电路组合件54是/被设计为双向。第二半导体组合件14和第四半导体电路组合件54特别优选地针对两个电流方向和两个电压极性被设计为四象限电路。
此外优选地规定，第二半导体电路组合件14和第四半导体电路组合件54设计为包括低电压MOSFET 15。第二半导体电路组合件14和第四半导体电路组合件54在电流流动中连续定位，因此其内阻在此时对于避免过大电力损耗很重要。
低电压MOSFET 15由于其极低内阻且为了在常规操作中保持电力损耗为低而优选地选择为20-30V MOSFET。低电压MOSFET 15处的电压降仅用于致使电流换向到第一半导体电路组合件11。
由于“本征本体二极管”和第三象限中MOSFET的操作，双向开关仅需要两个此类低电压MOSFET 15。归因于高电导率，可在低栅极电压下实现高电流。
第一半导体电路组合件11被设计为恰当地可负载，以便在短路的事件中切换高电流和电压峰值。第一半导体电路组合件11可在旁路开关8的接触件具有足够的接触距离时即刻切断。
MOSFET 15各自优选地具有反并联二极管，其也称为整体式本体二极管。
此外优选地规定，电路断路器组合件50具有第一外部导体线路2和至少一个第二外部导体线路51，其在电路中彼此并联布置。
第二机械旁路开关52布置于第二外部导体线路51中，其中对应于第一半导体电路组合件11设计的第三半导体电路组合件53并联连接到第二旁路开关52，其中对应于第二半导体电路组合件14设计的第四半导体电路组合件54在第二外部导体线路51中与第二旁路开关52串联且与第三半导体电路组合件53并联布置于电路中，其中连接到对应于第一电子控制单元13设计的第二电子控制单元56的第二电流测量组合件55类似于第一电流测量组合件12而布置于第二外部导体线路51中，其中第二电子控制单元56出于致动第二旁路开关52、第三半导体电路组合件53和第四半导体电路组合件54的目的而设计。相应地将应用关于第一外部导体线路2的组件的陈述。
特别优选地规定，第一和第二外部导体线路2、51相同地设计，只是组件容差不同。
第一电子控制单元13和第二电子控制单元56具有通信连接用于传输数据，确切地说相应的电流流动数据，以及可能控制命令。
此外规定，第一电子控制单元13调节第二半导体电路组合件14，且第二电子控制单元56调节第四半导体电路组合件54以平衡经由第一外部导体线路2的第一电流强度和经由第二外部导体线路51的第二电流强度。经由第一和第二外部导体线路2、51的电流流动可通过此有效调节经由第二和/或第四半导体电路组合件14、54来平衡。因此有可能避免发生分支中的一个的单边过载。
此外，另外或替代地规定，第一电子控制单元13和第二电子控制单元56在第一电流强度和/或第二电流强度低于可预定的极限值的事件中切断第二外部导体线路51。两个外部导体线路2、51中的一个可因此在备用状态中操作，且仅在对应需求的事件中切换和操作。
特别优选地规定，第一和第二电子控制单元13、56被设计成实行所描述的两个任务。
优选地在此情况下规定，第一电子控制单元13调节第二半导体电路组合件14的栅极电压，且第二电子控制单元56调节第四半导体电路组合件54的栅极电压。因此，第二和/或第四半导体电路组合件14、54的简单且有效致动是可能的。
根据当前电路断路器组合件50的第一优选实施例，规定，第一外部导体线路2、第一机械旁路开关8、第一半导体电路组合件11、第二半导体电路组合件14、第一电流测量组合件12和第一电子控制单元13布置于包括第一绝缘材料壳体的第一低电压电路断路器装置1中，例如如图2中所示。此外，相关第一低电压电路断路器装置1具有第一通信接口57，所述第一通信接口具有到第一电子控制单元13的通信连接。
第一通信接口57可本身根据任何数据传输方法设计。优选地规定，第一通信接口57为有线接口，因此，例如为以太网、TCP/IP和/或EIB，其中显然还可使用其它方法或标准。
根据当前电路断路器组合件50的第一优选实施例，还规定，第二外部导体线路51、第二机械旁路开关52、第三半导体电路组合件53、第四半导体电路组合件54、第二电流测量组合件55和第二电子控制单元56布置于包括第二绝缘材料壳体的第二低电压电路断路器装置62中，第二低电压电路断路器装置62具有第二通信接口，所述第二通信接口具有到第二电子控制单元56的通信连接。第二低电压电路断路器装置62优选地还对应于图2而设计。
根据当前电路断路器组合件50的第一优选实施例，进一步规定，第一通信接口57具有到第二通信接口的通信连接。因此，不同低电压电路断路器装置1、62、63、64、65、66、67可取决于要求而并联连接。
优选地在此情况下规定，由离散低电压电路断路器装置1、62、63、64、65、66、67组成的此构造可级联。
图3示出对应的构造，其具有第一低电压电路断路器装置1、第二低电压电路断路器装置62、第三低电压电路断路器装置63、第四低电压电路断路器装置64、第五低电压电路断路器装置65、第六低电压电路断路器装置66，和第七低电压电路断路器装置67，其中在每一情况下，仅示出外部导体端子，且此外还可针对每一低电压电路断路器装置1、62、63、64、65、66、67提供中性导体线路。
个别低电压电路断路器装置1、62、63、64、65、66、67电连接到共同端子68、69。此外，线路电阻60和线路电感61在图3中示出。
根据当前电路断路器组合件50的第二优选实施例，规定，第一外部导体线路2、第一机械旁路开关8、第一半导体电路组合件11、第二半导体电路组合件14、第一电流测量组合件12和第一电子控制单元13、第二外部导体线路51、第二机械旁路开关52、第三半导体电路组合件53、第四半导体电路组合件54、第二电流测量组合件55和第二电子控制单元56联合地布置在包括第一绝缘材料壳体的相同低电压电路断路器装置1中，且第一电子控制单元13具有确切地说通过电路到第二电子控制单元56的通信连接。图1示出对应的构造，其已经以此形式实施，然而或者还可由中性导体线路5补充。
在此上下文中，优选地规定，第一电子控制单元13和第二电子控制单元56形成为一个整体件，确切地说至少部分形成于共同芯片中。
此外优选地规定，电路断路器组合件50具有至少一个第三外部导体线路，其与第一外部导体线路2和第二外部导体线路51并联布置于电路中，其中当然还可提供与第一和第二外部导体线路2、51并联的更多外部导体线路。
图5示出包括第一外部导体线路2和第二外部导体线路51的电路断路器组合件50的优选进一步实施例，其中第一外部导体线路2与第二外部导体线路51并联布置于电路中，其中第二半导体电路组合件14布置于第一外部导体线路2中，其中连接到第一电子控制单元13的第一电流测量组合件12布置于第一外部导体线路2中，其中第一电子控制单元13出于致动第二半导体电路组合件14的目的而设计，其中第四半导体电路组合件54布置于第二外部导体线路51中，其中连接到第二电子控制单元56的第二电流测量组合件55布置于第二外部导体线路51中，其中第二电子控制单元56出于致动第四半导体电路组合件54的目的而设计，其中第一电子控制单元13和第二电子控制单元56具有通信连接。
第一电子控制单元13调节第二半导体电路组合件14，且第二电子控制单元56调节第四半导体电路组合件54以平衡经由第一外部导体线路2的第一电流强度和经由第二外部导体线路51的第二电流强度，和/或其中第一电子控制单元13和第二电子控制单元56在第一电流强度和/或第二电流强度小于可预定的极限值的事件中切断第二外部导体线路51。
因此有可能在单一开关装置内部或通过并联连接多个开关装置来并联连接多个固态外部导体线路，整个电流负载或电流负载的至少主导部分不能够由所涉及外部导体线路2、51中的仅一个处置。因此有可能防止所涉及外部导体线路2、51中的一个归因于过多电力损耗而比至少一个其它外部导体线路2、51更快地老化和发生故障。因此进一步可能防止外部导体线路2、51中的一个在紧急关机的事件中发生完全故障。
将应用关于根据图1到3的实施例的所有陈述(如果其与根据图5的电路断路器组合件50并不明显抵触)。确切地说，关于所涉及组件的使用环境和优选实施例的所有陈述，因此在当前情况下省略这些优选实施方案的再现。这些特定来说涉及电路断路器组合件50在一个或多个装置中的实施。
相对于根据图1和2的实施例，根据图5的电路断路器组合件50不具有第一半导体电路组合件或旁路开关。在此情况下，其为所谓的固态电路断路器。
相对于个别半导体电路组合件的识别维持开头引入的命名法。
与其它实施例相比，第二半导体电路组合件14和第四半导体电路组合件54各自形成为包括高电压MOSFET 15。这些承受此类型电路组合件中的完整开关负载。还可提供其它类型的半导体，例如IGBT。
图4示出包括第一外部导体线路2和至少一个第一旁路线路81的低电压电路断路器装置1的优选实施例，其中第一外部导体线路2与所述至少一个第一旁路线路81并联布置在电路中，其中第一机械旁路开关8布置于第一外部导体线路2中，其中第一半导体电路组合件11并联连接到第一旁路开关8，其中第二半导体电路组合件14在第一外部导体线路2中与第一旁路开关8串联且与第一半导体电路组合件11并联布置于电路中，其中连接到第一电子控制单元13的第一电流测量组合件12布置于第一外部导体线路2中，其中第一电子控制单元13出于致动第一旁路开关8、第一半导体电路组合件11和第二半导体电路组合件14的目的而设计，其中第二机械旁路开关52布置于第一旁路线路81中，其中第四半导体电路组合件54在第一旁路线路81中与第二旁路开关52串联布置在电路中，其中连接到第一电子控制单元13的第二电流测量组合件55布置于第一旁路线路81中，其中第一电子控制单元13进一步出于致动第二旁路开关52和第四半导体电路组合件54的目的而设计。
第一电子控制单元13调节第二半导体电路组合件14和第四半导体电路组合件54以平衡经由第一外部导体线路2的第一电流强度和经由第一旁路线路81的第二电流强度，和/或第一电子控制单元13在第一电流强度和/或第二电流强度小于可预定的极限值的事件中切断第一旁路线路81。
因此有可能通过并联连接至少一个旁路管线81、82来缓解混合外部导体线路2，整个电流负载或电流负载的至少主导部分不必由所涉及线路2、81、82中的仅一个处置。因此有可能防止所涉及线路中的一个归因于过多电力损耗而比至少一个另外的线路更快地老化和发生故障。因此进一步可能防止紧急关机的事件中发生完全故障。
将应用关于根据图1到3的实施例的所有陈述(如果其与根据图4的低电压电路断路器装置1并不明显抵触)。确切地说，关于所涉及组件的使用环境和优选实施例的所有陈述，因此在当前情况下省略这些优选实施方案的再现。
相对于根据图1和2的实施例，根据图4的低电压电路断路器装置1仅具有单一外部导体线路2，包括第一和第二半导体电路组合件11、14。
代替于更多的外部导体线路，提供至少一个第一旁路线路81，其具有第二电流测量组合件55、第二旁路开关52和第四半导体电路组合件54。
根据图4，进一步提供对应地设计的第二旁路线路82，其中可提供更多旁路线路。
低电压电路断路器装置1进一步具有所谓的全局电流测量组合件83，其在分配为部分电流之前测量总体电流，且将其传输到第一控制单元13。
相对于个别半导体电路组合件的识别维持开头引入的命名法。

Claims (6)

1.一种低电压电路断路器装置(1)，其包括第一外部导体线路(2)和至少一个第一旁路线路(81)，其中所述第一外部导体线路(2)与所述至少一个第一旁路线路(81)并联布置在电路中，
其中第一机械旁路开关(8)布置于所述第一外部导体线路(2)中，其中第一半导体电路组合件(11)并联连接到所述第一旁路开关(8)，其中第二半导体电路组合件(14)在所述第一外部导体线路(2)中与所述第一旁路开关(8)串联且与所述第一半导体电路组合件(11)并联布置于电路中，其中连接到第一电子控制单元(13)的第一电流测量组合件(12)布置于所述第一外部导体线路(2)中，其中所述第一电子控制单元(13)出于致动所述第一旁路开关(8)、所述第一半导体电路组合件(11)和所述第二半导体电路组合件(14)的目的而设计，
其中第二机械旁路开关(52)布置于所述第一旁路线路(81)中，其中第四半导体电路组合件(54)在所述第一旁路线路(81)中与所述第二旁路开关(52)串联布置于电路中，其中连接到所述第一电子控制单元(13)的第二电流测量组合件(55)布置于所述第一旁路线路(81)中，其中所述第一电子控制单元(13)进一步出于致动所述第二旁路开关(52)和所述第四半导体电路组合件(54)的目的而设计，
其中所述第一电子控制单元(13)调节所述第二半导体电路组合件(14)和所述第四半导体电路组合件(54)以平衡经由所述第一外部导体线路(2)的第一电流强度和经由所述第一旁路线路(81)的第二电流强度，和/或
其中所述第一电子控制单元(13)在第一电流强度和/或第二电流强度小于可预定的极限值的事件中切断所述第一旁路线路(81)。
2.根据权利要求1所述的低电压电路断路器装置(1)，特征在于所述第二半导体电路组合件(14)和所述第四半导体电路组合件(54)各自设计为包括低电压半导体，确切地说低电压MOSFET(15)。
3.根据权利要求1或2所述的低电压电路断路器装置(1)，特征在于所述第二半导体电路组合件(14)和所述第四半导体电路组合件(54)被设计为双向，确切地说被设计为双向四象限开关。
4.根据权利要求2或3所述的低电压电路断路器装置(1)，特征在于所述第一电子控制单元(13)调节所述第二半导体电路组合件(14)的栅极电压，且所述第二电子控制单元(56)调节所述第四半导体电路组合件(54)的栅极电压。
5.根据权利要求1到4中任一项所述的低电压电路断路器装置(1)，特征在于所述低电压电路断路器组合件(1)具有至少一个第二旁路线路(82)，所述第二旁路线路与所述第一外部导体线路(2)和所述第一旁路线路(81)并联布置于电路中。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的低电压电路断路器装置(1)，特征在于所述第一低电压电路断路器装置(1)具有第一通信接口(57)，所述第一通信接口具有到所述第一电子控制单元(13)的通信连接。
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