用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备制造技术

为了提供一种用于在直流电网的一个极(4)中切换直流电流的设备(1)，具有：两个接线端子(2，3)，用于与所述极(4)串联连接；在所述接线端子(2，3)之间延伸的运行电流支路(5)，其中布置有至少一个机械开关(7)；断开支路(6)，其中布置有具有可接通和断开的功率半导体开关(14)的、被构造用于断开大的短路电流的功率开关单元(9)；以及换向部件(8，18，19，20，29)，用于将电流从运行电流路径(5)换向到断开支路(6)，其成本低，产生小的损耗，同时能够快速地切换大的短路电流，建议所述换向部件(8，18，19，20，29)具有至少一个电感部件(8，18，19，29)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备
本专利技术涉及一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备，具有：用于与所述极串联连接的两个接线端子；在所述接线端子之间延伸的具有至少一个机械开关的运行电流支路；布置有具有可接通和断开的功率半导体开关并且被构造用于断开大的故障电流的功率开关单元的断开支路；以及用于将电流从运行电流路径换向到断开支路的换向部件。
技术介绍
这种设备例如从WO2011/057675A1中已知。其中示出的直流电压开关具有带有机械开关的运行电流路径和与运行电流路径并联连接的断开支路。在断开支路中布置了功率半导体开关的串联电路，所述功率半导体开关分别与一个续流二极管反向并联。由功率半导体开关和续流二极管组成的开关单元反向串联地布置，其中可断开功率半导体开关串联布置，并且对于每个功率半导体开关设置一个具有相反导通方向的相应的功率半导体开关。以这种方式可以中断在断开支路中的两个方向上的电流。此外，在运行电流路径中布置有电子辅助开关形式的有源换向部件。在正常运行中运行电流经过运行电流路径并且由此经过闭合的机械开关流动，因为断开支路的功率半导体开关对于直流电流是提高的电阻。为了中断例如作为故障电流的短路电流，将电子辅助开关转换到其截止位置。由此在运行电流路径中的电阻增加，从而使直流电流换向到断开支路中。快速的机械断路开关由此可以被无电流地断开。经过断开支路传导的短路电流现在可以通过功率半导体开关被中断。为了吸收存储在直流电网中的、在切换时要减少的能量，设置了放电器，其与断开支路的功率半导体开关并联连接。除了这种有源功率电子换向装置之外，还描述了直流电压开关，其中，由于布置在运行电流路径中的机械开关的电弧电压而进行总电流的换向。还已知断开支路中的功率电子部件可以提供有源换向。在此，功率电子部件在由运行电流路径和断开支路形成的环路中产生与运行电流路径中的运行电流或故障电流相反的回路电流。在对功率半导体进行相应的控制时，在开关中这两个电流叠加为零，从而开关可以被无电流地断开。对于这种有源换向，功率半导体开关必须非常快地提供大的功率，因为在短路的情况下，电流非常快地上升。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题是，提供一种前面提及的类型的设备，其成本低，产生的损耗小，同时快速地切换大故障电流。本专利技术通过换向部件具有至少一个电感部件来解决上述技术问题。按照本专利技术，使用电感元件或部件，来支持例如由于短路而触发的电流上升的情况下的换向。在正常运行时，总的运行电流在稳定状态下完全经由机械开关流动，因为在断开支路的功率电子设备中，在有电流流动时，产生比在机械开关本身和在需要时与其串联连接的电感部件中明显更大的电压降。为了更快地达到电流经由运行电流路径流动的这种希望的稳定状态，也可以将功率电子设备控制为高欧姆状态。换句话说，可以使功率开关单元的功率半导体开关转换到其截止位置，以使运行电流或负载电流可靠地经由运行路径传输。此外，在按照本专利技术的设备后面的电流流动方向上发生短路时，在运行电流路径中流动的恒定负载电流还在运行电流路径中流动。通过与电网电感相比小、但是与功率开关单元的电感相比大的电感部件的电感，自动使陡度主要由电网电感LN确定的故障电流转向到断开支路中。因此，在本专利技术的范围内，作为功率开关单元的一部分或者作为运行电流路径中的辅助开关的功率电子设备不必再将负载电流和故障电流一起从每一个要断开的机械开关中换向到功率开关单元中，而仅将负载电流从每一个要断开的机械开关中换向到功率开关单元中。按照一种优选构造，设置彼此感性地耦合的至少两个电感部件。借助布置在开关的不同支路中的电感部件的感性耦合，能够更好地实现换向。此外，能够抑制经由开关的电流流动，因此能够在不使用有源换向的情况下几乎无电流地断开机械开关。有利的是，除了电感部件之外，换向部件还包括可控的功率半导体开关，其至少部分地被构造用于产生反向电压，其抑制要断开的机械开关中的故障电流。下面还将更详细地描述这种有源换向部件。由于电感部件，能够以低成本构造有源换向部件。按照与此相关的一种适宜的构造，可控的功率半导体开关具有至少一个布置在运行电流路径中的晶闸管。在本专利技术的范围内，晶闸管与调节或控制单元相结合。所述控制单元例如确保在电网正常运行时，额定电流可以经由晶闸管沿各个需要的方向流动。为此，例如对晶闸管持续进行触发。然而，在发生故障的情况下，晶闸管抑制经由要断开的机械开关的不希望的电流流动。这可以通过适宜的控制来进行。适宜的是，与每一个晶闸管并联地布置过电压保护放电器或者其它过电压保护设备。按照本专利技术的第一变形例，在运行电流路径中布置有两个机械开关，其中，旁路电流支路在与接线端子之间的运行电流路径的并联电路中延伸，在旁路电流支路中同样布置有两个机械开关和/或两个功率半导体，其中，断开支路将运行电流路径的布置在机械开关之间的中间支路电势点与旁路电流回路的布置在机械开关或者功率半导体之间的中间支路电势点连接。按照该有利扩展方案，设置所谓的H电路，其配备有电感部件，用于支持换向。在所谓的H桥中，电流优选经由运行电流路径流动。当然，原则上，所谓的H桥的完全对称的构造也是可以的。在对称的构造的情况下，运行电流不仅可以经由运行电流路径流动，而且可以经由旁路电流支路平均地流动。H电路具有独立于开关上的电流的方向的优点，该电流总是被换向到中间支路中来进行切换。于是，布置在那里的功率开关单元必须能够将电流切换成仅按照一个方向。在短路的情况下，电感部件不仅支持运行电流、而且支持短路电流到断开支路中的换向，在那里进行电流的断开。适宜的是，每个电感部件布置在运行电流路径的中间支路电势点和开关中的一个之间，和/或布置在旁路电流支路的中间支路电势点和开关或功率半导体中的一个之间。按照与此相关的一个适宜的扩展方案，至少一个电感部件布置在断开支路中，并且与运行电流路径和/或旁路电流路径的至少一个电感部件感性地耦合。在本专利技术的与H电路不同的一个变形例中，运行电流路径可被断开支路桥接。按照该有利扩展方案，按照本专利技术的设备、即按照本专利技术的直流电压功率开关仅具有两个彼此平行的铺设的支路，即运行电流路径和至少部分地跨接其的断开支路。换向部件以电感部件的形式布置在运行电流路径中、断开支路中并且/在需要时布置在接线端子与运行电流路径和断开支路之间的分支点之间。有利的是，至少一个电感部件布置在运行电流路径的可被断开支路桥接的区段中。在正常运行时，负载电流经由电感部件布置在其中的运行电流路径流动。因为电流没有变化，因此在电感部件中不感生电压。在按照本专利技术的设备后面看到的运行电流的方向上发生短路时，电流快速上升。上升的陡度又由所连接的直流电网的电感确定。陡然的电流上升在电感部件中产生电压，其确保将短路电流换向到断开支路中。仅一小部分短路电流还经由包括开关的运行电流支路流动。为了将其也换向到断开支路中，例如功率开关单元的功率电子设备可以产生电压，其在由断开支路和被其跨接的运行电流路径的区段构成的环路中驱动与要断开的机械开关中的运行电流相反的电流。这确保在开关中产生电流过零点，从而其能够尽可能无电流地断开。因此，避免了电弧的形成或者电弧可以快速地熄灭。按照本专利技术的与此相关的一个不同的变形例，电感部件布置在接线本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在直流电网的一个极(4)中切换直流电流的设备(1)，具有：‑两个接线端子(2，3)，用于与所述极(4)串联连接，‑在所述接线端子(2，3)之间延伸的运行电流支路(5)，其中布置有至少一个机械开关(7，23)，‑断开支路(6)，其中布置有具有可接通和断开的功率半导体开关(14)的、被构造用于断开大的故障电流的功率开关单元(9)；以及‑换向部件(8，9，18，19，20，29，30，31)，用于将电流从运行电流路径(5)换向到断开支路(6)，其特征在于，所述换向部件(8，9，18，19，20，29，30，31)具有至少一个电感部件(8，18，19，29，30，31)。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于在直流电网的一个极(4)中切换直流电流的设备(1)，具有：-两个接线端子(2，3)，用于与所述极(4)串联连接，-在所述接线端子(2，3)之间延伸的运行电流路径(5)，其中布置有至少一个机械开关(7，23)，-断开支路(6)，其中布置有具有可接通和断开的功率半导体开关(14)的、被构造用于断开大的故障电流的功率开关单元(9)；以及-换向部件(8，18，19，20，29，30，31)，用于将电流从运行电流路径(5)换向到断开支路(6)，其特征在于，所述换向部件(8，18，19，20，29，30，31)具有至少一个电感部件(8，18，19，29，30，31)。2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述换向部件具有彼此感性地耦合的至少两个电感部件(18，19，30，31)。3.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述换向部件具有可控的功率半导体开关(14，32，34)，其至少部分地被构造用于产生反向电压，该反向电压抑制要断开的机械开关(7，23)中的故障电流。4.根据权利要求3所述的设备(1)，其特征在于，所述可控的功率半导体开关包括至少一个布置在运行电流路径中的晶闸管(32，34)。5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(1)，其特征在于，在运行电流路径(5)中布置有两个机械开关(7，23)，其中，旁路电流支路(24)在与接线端子(2，3)之间的运行电流路径(5)的并联电路中延伸，在旁路电流支路(24)中同样布置有两个机械开关和/或两个功率半导体(25，26)，其中，断开支路(6)将运行电流路径(5)的布置在机械开关(7，23)之间的中间支路电势点(27)与旁路电流支路(24)的布置在机械开关或者功率半导体(25，26)之间的中间支路电势点(28)连接。6.根据权利要求5所述的设备(1)，其特征在于，电感部件(8)布置在运行电流路径(5)的中间支路电势点(27)和一个开关(7，23)之间，和/或布置在旁路电流支路(24)的中间支路电势点(28)和一个开关或功率半导体(25，26)之间。7.根据权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，至少一...

【专利技术属性】
技术研发人员：D埃尔金，HJ克纳克，R曾格，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE