用于断路器的外部直流过电流电子跳闸单元制造技术

本发明专利技术涉及用于断路器的外部直流过电流电子跳闸单元，公开了一种直流断路器和一种控制触头的闭合状态和断开状态的方法。直流断路器包括：至少一个触头，其配置为耦接在直流电源和直流负载之间。直流断路器包括热磁跳闸电路和电子跳闸电路。电子跳闸电路响应于所感测到的在处于闭合状态的触头中流动的直流电流的水平，用以累积感测直流电流的总时间的指示。将感测直流电流的总时间的累积的指示与预定值或预定水平进行比较，响应于累积的指示超过预定值或预定水平，使得触头从闭合状态转换为断开状态。

【技术实现步骤摘要】
用于断路器的外部直流过电流电子跳闸单元相关申请的交叉引用本申请要求于2016年6月2日提交的美国临时申请No.62/344,444的优先权，其全部内容以引用方式并入本文中。
本专利技术涉及一种建立在例如快速运输列车上的直流(DC)断路器，更具体地，涉及一种用于以时域依赖方式来控制直流断路器的闭合状态和断开状态的设备和方法。
技术介绍
快速运输系统广泛用于大量旅客运输。铁路客运列车DC辅助子系统由电压通常在24伏和110伏之间变化的低压电源(LVPS)供电。在紧急情况下也可以使用电池来支持重要和基本的负载。相对于交流(AC)电源来说，使用DC电源的优点是无需任何AC至DC转换就可以在负载附近分布变频驱动。航空器、载人飞行器、船、商业和工业建筑物以及数据中心中的DC辅助子系统和DC配电正在得到广泛研发。由于与AC系统相比，DC系统缺乏标准，所以DC系统中的故障保护仍然是广泛关注的问题。铁路车辆中断路器通常优于保险丝，这是因为后者所显示出的热疲劳不能被远程控制、不能在维护期间提供容易隔离电路的手段、并且需要被更换。广泛应用于铁路车辆的断路器包括热磁跳闸电路。这种断路器的额定值被选择为足够高，以避免在紧急情况和最高工作温度条件时错误跳闸。然而，在寒冷的温度条件下，特别是在室外快速运输系统中，热磁跳闸电路(特别是在热区域中)的有效性降低。此外，可用的故障电流容差通常是有限的。由于包括热磁跳闸电路的市售断路器的跳闸曲线的额定值和容差，在短路(例如，低压母线的正极线和负极线之间的短路)期间，跳闸曲线可能将落入热区中，使得故障可能会持续数秒钟，从而导致危险状况。专利技术内容本文公开了一种断路器，其包括现有技术的热磁跳闸电路和根据本文所述示例在电子跳闸电路的控制下操作的并联跳闸线圈的组合。使用电子跳闸电路与热磁跳闸电路相结合，相比于仅使用热磁跳闸电路，有助于快速检测故障电流和更快速地断开断路器的一个或多个触头。热磁跳闸电路和电子跳闸电路的组合增加了断路器抵御电压母线上出现的故障状况的保护性能。现在将在以下编号的条款中描述和阐述本专利技术的各种优选和非限制性实施例：条款1：一种直流断路器包括配置成耦接在直流电源和直流负载之间的至少一个触头。热磁跳闸电路能够根据第一时间-电流曲线操作，所述第一时间-电流曲线限定：第一时间-电流区域(1TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于1TCR中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第二时间-电流区域(2TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于2TCR中的电流和时间的组合而转换为断开状态。电子跳闸电路能够根据第二时间-电流曲线操作，所述第二时间-电流曲线限定：第三时间-电流区域(3TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于3TCR中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第四时间-电流区域(4TCR)，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于触头暴露于4TCR中的电流和时间的组合而转换为断开状态。电流和时间的每个组合包括直流电流在触头中流动的总时间和在总时间内在触头中流动的直流电流的水平。条款2：根据条款1所述的直流断路器，其中，至少1TCR的一部分和4TCR的一部分重叠，并且具有共同的时间-电流对或时间-电流点。条款3：根据条款1或2所述的直流断路器，还包括配置为感测在触头中流动的直流电流的电流传感器，其中，电子跳闸电路包括控制器，该控制器响应于电流传感器的输出来判定电流和时间的至少一个组合是否落在4TCR中。条款4：根据条款1-3中的任一项所述的直流断路器，其中，所述控制器响应于确定出电流和时间的至少一个组合落在第四时间-电流区域中，使触头从闭合状态转换为断开状态。条款5：根据条款1-4中的任一项所述的直流断路器，其中，电子跳闸电路包括：转换器，其配置为将直流母线上的直流电压转换成不同电平的直流电压；以及储能器，其用于存储具有不同电平的直流电压的直流电力，以供控制器使用。条款6：根据条款1-5中的任一项所述的直流断路器，其中，控制器包括时间过电流检测电路，时间过电流检测电路基于电流传感器的输出，确定在触头中流动的直流电流的电平超过预定水平和在电流和时间的组合落在第四时间-电流区域中之前必须累积的总时间。条款7：根据条款1-6中的任一项所述的直流断路器，其中，控制器包括水平检测器，水平检测器配置为检测所感测的直流电流何时超过预定最大水平，并且响应于此使触头从闭合状态转换为断开状态。条款8：一种控制直流断路器的方法，包括步骤：(a)感测在直流断路器中的处于闭合状态下的至少一个触头中流动的直流电流的水平；(b)累积在步骤(a)中感测直流电流的总时间的指示；(c)将在步骤(b)中所累积的指示与预定值或预定水平进行比较；以及(d)响应于在步骤(b)中所累积的指示超过预定值或预定水平，使至少一个触头从关闭状态转换为断开状态。条款9：根据条款8所述的方法，其中，所累积的指示是电容器上的累积的电荷。条款10：根据条款8或9所述的方法，其中，电容器利用来自电流源的电流充电，并且充电电流的值基于在步骤(a)中所感测到的所述直流电流的水平。条款11：根据条款8-10中的任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括：仅在直流电流的水平超过预定值时，才累积在步骤(a)中感测直流电流的总时间的指示。条款12：根据条款8-11中的任一项所述的方法，其中，步骤(b)、步骤(c)和步骤(d)中的至少一个是在编程数字控制器的控制下执行的。条款13：根据条款8-12中的任一项所述的方法，其中，编程数字控制器包括在计算机可读程序代码的控制下操作的微处理器和数字信号处理器中的一个。条款14：根据条款8-13中的任一项所述的方法，还包括步骤：响应于直流断路器的温度超过预定温度，使至少一个触头从闭合状态转换为断开状态。条款15：根据条款8-14中的任一项所述的方法，还包括步骤：响应于由在至少一个触头中流动的直流电流产生的磁场超过预定值，使至少一个触头从闭合状态转换为断开状态。附图说明图1是具有五个车厢的快速运输列车的示意图，所述快速运输列车包括低压母线、电池和DC断路器，其中，低压母线在车厢之间运行并由低压电源(LVPS)供电，电池用于为分布在整个车厢中的DC负载提供电力，直流断路器用于防御低压母线上可能出现的故障状况(例如短路)；图2是包括热磁跳闸电路的现有技术断路器的示意图；图3是电流对时间的双对数图表，其包括图2的示例性断路器的最小容差操作的第一示例曲线(plot)和最大容差操作的第二示例曲线；图4是图2的断路器和热磁跳闸电路在包括由示例性电子跳闸电路控制的并联跳闸线圈在内的情况下的示意图，该示例性电子跳闸电路经由电流传感器和(如果提供的话)可选的差动电流传感器接收流过断路器的一个或多个触头的电流的指示；图5是图4中示出的电源、储能器、断路器(包括并联跳闸线圈)和并联跳闸电路的详细示意图；图6是图4中所示的被配置为处理电流传感器的输出的低通滤波器(40)和控制器(DC电流)的详细示意图；图7是电流对时间的双对数图表，其包括示出图6的控制器(DC电流)的操作的第三曲线和第四曲线，用以基于图6所示的控制器(DC电流)的电阻器的调整量根据第三曲线或第四曲线来控制图4的断路器的一个或多本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种直流断路器，包括：至少一个触头，其配置为耦接在直流电源和直流负载之间；热磁跳闸电路，其能够根据第一时间‑电流曲线操作，所述第一时间‑电流曲线限定：第一时间‑电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第一时间‑电流区域中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第二时间‑电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第二时间‑电流区域中的电流和时间的组合而转换为断开状态；以及电子跳闸电路，其能够根据第二时间‑电流曲线操作，所述第二时间‑电流曲线限定：第三时间‑电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第三时间‑电流区域中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第四时间‑电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第四时间‑电流区域中的电流和时间的组合而转换为断开状态；其中，电流和时间的每个组合包括直流电流在所述触头中流动的总时间和在所述总时间内在所述触头中流动的直流电流的水平。

【技术特征摘要】
2016.06.02 US 62/344,444;2017.05.26 US 15/606,1451.一种直流断路器，包括：至少一个触头，其配置为耦接在直流电源和直流负载之间；热磁跳闸电路，其能够根据第一时间-电流曲线操作，所述第一时间-电流曲线限定：第一时间-电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第一时间-电流区域中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第二时间-电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第二时间-电流区域中的电流和时间的组合而转换为断开状态；以及电子跳闸电路，其能够根据第二时间-电流曲线操作，所述第二时间-电流曲线限定：第三时间-电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第三时间-电流区域中的电流和时间的组合而保持在闭合状态，以及第四时间-电流区域，其中，起始状态为闭合状态的触头响应于所述触头暴露于所述第四时间-电流区域中的电流和时间的组合而转换为断开状态；其中，电流和时间的每个组合包括直流电流在所述触头中流动的总时间和在所述总时间内在所述触头中流动的直流电流的水平。2.根据权利要求1所述的直流断路器，其中，至少所述第一时间-电流区域的一部分和所述第四时间-电流区域的一部分重叠，并且具有共同的时间-电流对或时间-电流点。3.根据权利要求1所述的直流断路器，还包括配置为感测在所述触头中流动的直流电流的电流传感器，其中，所述电子跳闸电路包括控制器，所述控制器响应于所述电流传感器的输出来判定电流和时间的至少一个组合是否落在所述第四时间-电流区域中。4.根据权利要求3所述的直流断路器，其中，所述控制器响应于确定出所述电流和时间的至少一个组合落在所述第四时间-电流区域中，使所述触头从闭合状态转换为断开状态。5.根据权利要求3所述的直流断路器，其中，所述电子跳闸电路包括：转换器，其配置为将直流母线上的直流电压转换成不同电平的直流...

【专利技术属性】
技术研发人员：卡尔·莱弗图，马克西姆·伯格，
申请(专利权)人：勃姆巴迪尔运输有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE