用于直流电流电气中断的分离开关制造技术

本发明专利技术涉及一种分离设备(1)，用于在直流电流源(2)与电装置(3)之间进行直流电流中断，该分离设备具有引导电流的机械开关(5)和与该机械开关相连的功率电子器件(6)以及具有蓄能器(C9)，其充电借助于在开关(5)断开时在该开关上由于电弧(LB)而产生的电弧电压来实现，其中，设置有与所述蓄能器(6)连接的脉冲发生器(7)，其以如下方式驱控功率电子器件(6)的至少一个半导体开关(T1、T2)，即，使得该功率电子器件将开关(5)短接以使电弧(LB)熄灭。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于直流电流电气中断的分离开关
本专利技术涉及一种用于在直流电流源与电装置之间进行直流电流中断的分离设备，分离设备具有引导电流的机械开关和与机械开关相连的功率电子器件以及具有蓄能器，蓄能器的充电借助于在开关断开时在开关上由于电弧而产生的电弧电压来实现。在这种情况下，直流电流源尤其被理解为光伏发电机(PV发电机、太阳能设备)，而电装置尤其被理解为逆变器。
技术介绍
根据DE202008010312U1公知有一种具有所谓的光伏发电机的光伏设备(PV设备)或者太阳能设备，光伏发电机就其而言由成组地组成子发电机的太阳能模块组成，太阳能模块就它们而言是串联的或者存在于并行的支路中，其中，光伏发电机的直流功率通过逆变器馈入到交流电网中。因为PV设备由系统决定地一方面持续地提供工作电流和在180V(DC)与1500V(DC)之间的范围内的工作电压，而另一方面例如为了安装、装配或者服务目的以及尤其是也为了一般的人员保护而希望使电部件或者电装置与起到直流电流源作用的光伏设备可靠地分离，所以相应的分离设备必须能够在负载的情况下、也就是说在事先不切断直流电流源的情况下执行中断。为了负载分离，可以在有如下优点的情况下使用机械开关(开关接触部)，在实现接触部断开时建立了电装置(逆变器)与直流电流源(光伏设备)的电气分离。如果与此相应地将高效的半导体开关用于负载分离，那么在正常运行时在半导体上也出现不可避免的功率损耗。此外，在这样的功率半导体的情况下无法确保电气分离并且因此无法确保可靠的人员保护。根据DE10225259B3公知有一种构造为负载分离器的电插塞连接器，该电插塞连接器根据混合开关的类型具有以例如在逆变器的壳体中的晶闸管的形式的半导体开关元件以及具有与光伏模块连接的主接触部和辅助接触部。在拔出过程中在前的主接触部与在后的并且与半导体开关元件串联的辅助接触部并联。在此，为了避免电弧或熄灭电弧，半导体开关元件以使其周期性地接通和关断的方式被驱控。为了进行直流电流中断，也可以设置混合式电磁直流电流开关(DE10315982A2)，混合式电磁直流电流开关具有以电磁方式操纵的主接触部并且具有作为半导体开关的IGBT(insulatedgatebipolartransistor，绝缘栅双极晶体管)。然而，这样的混合开关具有用于使具有半导体开关的功率电子器件运行的外部能量源。根据WO2010/108565A1公知有一种混合式分离开关，混合式分离开关具有机械开关或者分离元件以及与机械开关并联的半导体电子器件，半导体电子器件基本上包括至少一个半导体开关、优选IGBT。半导体电子器件不具有附加的能量源，而且在机械开关闭合时阻断电流、也就是说实际上是无电流且无电压的。半导体电子器件从分离设备、也就是说从分离开关系统本身获得半导体电子器件运行所需的能量，对此使用在机械开关断开时形成的电弧的能量。在这种情况下，半导体电子器件在驱控侧以如下方式与机械开关相连，即，使得在开关断开时，在开关的开关接触部上由于电弧而导致的电弧电压将半导体电子器件切换为传导电流的。一旦半导体电子器件切换为传导电流的，电弧电流就开始从机械开关转换到半导体电子器件上。在这种情况下，相应的电弧电压或电弧电流给电容器形式的蓄能器充电，电容器在产生用于无电弧地切断半导体电子器件的控制电压的情况下有针对性地放电。预先给定的时长或时间常数和因此蓄能器或电容器的充电时长确定电弧时长。紧接充电过程之后开始一个时间环节，在该时间环节期间，以无电弧且阻断电流的方式来控制半导体电子器件。在此，时间环节的时长针对安全的灭弧来设定。
技术实现思路
本专利技术的任务在于，说明一种特别适合的分离设备(混合开关或混合电子器件)，其用于在直流电流源、尤其是光伏发电机与电装置、尤其是逆变器之间进行直流电流中断，该分离设备具有尽可能高的切换能力和尤其是尽可能高的驱控速度，也就是说对该分离设备的功率电子器件的非常快速的驱控。按照本专利技术，该任务通过权利要求1的特征来解决。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。为此，随后也被称作混合开关的分离设备具有引导电流的机械开关和与机械开关相连的功率电子器件以及具有蓄能器，蓄能器的充电借助于在开关断开时在开关上由于电弧而产生的电弧电压来实现。此外，混合开关还包括随后也被称作脉冲发生电路的脉冲发生器，脉冲发生器与优选实施为电容器的蓄能器连接。脉冲发生器以如下方式驱控功率电子器件的至少一个半导体开关，即，使得功率电子器件将开关短接，这导致电弧熄灭。在有利的设计方案中，脉冲发生器(脉冲发生电路)包括与蓄能器连接的半导体开关，当蓄能器的充电电压达到所设定的或者能设定的随后被称作工作电压的电压值时，半导体开关就被控制为传导的。以适当的方式，脉冲发生器的半导体开关是晶闸管。在接在脉冲发生器的半导体开关之后的电压截取端上，功率电子器件在驱控侧截取控制脉冲、优选是由工作电压生成的控制脉冲。换句话说，脉冲发生器通过电压截取端与功率电子器件的控制侧连接，也就是说在控制侧与至少一个半导体开关连接，从而使得半导体开关在脉冲发生器的控制脉冲或控制信号存在时受控导通(durchsteuern)，即切换为传导的，而且导致对机械开关、尤其是机械开关的开关接触部或者相应的接触端子的短接。优选地，脉冲发生器针对每个切换过程仅产生单个的控制脉冲，也就是说单脉冲(Einzelimpuls)。在适宜的改进方案中，脉冲发生器具有与蓄能器连接的电容器。例如布设有放电电阻的电容器优选用作时间环节或者起到时间环节的作用，在该时间环节期满之后切断、也就是说关断控制脉冲并且因此切断、也就是说关断功率电子器件。附加地，脉冲发生器包括半导体电路，该半导体电路具有优选多个布设有其它结构元件(例如电阻和至少一个齐纳二极管)的半导体开关。以适当的方式，脉冲发生器包括至少一个晶闸管和至少一个晶体管(双极型晶体管、MOS晶体管、PMOS晶体管)。当由于对脉冲发生器的电容器的充电而达到与电压截取端连接的、优选MOS晶体管或者PMOS晶体管的形式的半导体开关的开关电压时，半导体电路与脉冲发生器的电容器相结合导致在电压截取端上存在的控制脉冲的关断。在功率电子器件的有利的设计方案中，该功率电子器件具有适宜地分别具有续流二极管的IGBT的形式的第一半导体开关和第二半导体开关。这些半导体开关接到第一或在第二电流路径中，机械开关的第一或第二开关端子引导到第一或第二电流路径上。以适当的方式，二极管接到这些电流路径中，这些二极管与续流二极管一起用于对电弧电压进行整流。借助于两个半导体开关实现了能双向地使用功率电子器件而且不依赖于在机械开关的各个开关端子上的电位(正或负)地始终驱控两个半导体开关。以适当的方式，功率电子器件配属有驱动级，该驱动级具有连成互补的末级的晶体管，这些晶体管在集电极-发射极侧与蓄能器连接而在基极侧引导到脉冲发生器的电压截取端上。当脉冲发生器将控制脉冲输出到驱动晶体管的控制输入端(基极)上时，末级就作为电流放大器起作用。由此，实现对功率电子器件的IGBT的快速的再充电，这又能够实现特别快速的切换过程。以适当的方式，在这种情况下驱动电路的电容器提供再充电电流。在适宜的改进方案中，功率电子器件的半导体开关或者每个半导体开关(在集电极-本文档来自技高网...

【技术保护点】
分离设备(1)，所述分离设备用于在直流电流源(2)与电装置(3)之间进行直流电流中断，所述分离设备(1)具有引导电流的机械开关(5)和与所述机械开关相连的功率电子器件(6)以及蓄能器(C9)，所述蓄能器(C9)的充电借助于在开关(5)断开时在所述开关上由于电弧(LB)而产生的电弧电压来实现，其特征在于具有与所述蓄能器(6)连接的脉冲发生器(7)，所述脉冲发生器(7)以如下方式驱控所述功率电子器件(6)的至少一个半导体开关(T1、T2)，即，使得所述功率电子器件(6)将所述开关(5)短接以使电弧(LB)熄灭。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.10.24 DE 102014015643.51.分离设备(1)，所述分离设备用于在直流电流源(2)与电装置(3)之间进行直流电流中断，所述分离设备(1)具有引导电流的机械开关(5)和与所述机械开关相连的功率电子器件(6)以及蓄能器(C9)，所述蓄能器(C9)的充电借助于在开关(5)断开时在所述开关上由于电弧(LB)而产生的电弧电压来实现，其特征在于具有与所述蓄能器(6)连接的脉冲发生器(7)，所述脉冲发生器(7)以如下方式驱控所述功率电子器件(6)的至少一个半导体开关(T1、T2)，即，使得所述功率电子器件(6)将所述开关(5)短接以使电弧(LB)熄灭。2.根据权利要求1所述的分离设备(1)，其特征在于，所述脉冲发生器(7)包括与所述蓄能器(C9)连接并且接在电压截取端(S1)之前的半导体开关(T4)，当所述蓄能器(C9)的充电电压达到所设定的或能设定的工作电压时，所述脉冲发生器的半导体开关(T4)就被控制为传导的。3.根据权利要求1或2所述的分离设备(1)，其特征在于，所述功率电子器件(6)在驱控侧在所述脉冲发生器(7)的电压截取端(S1)上截取由充电电压或者由工作电压生成的控制脉冲(P)。4.根据权利要求1至3中任一项所述的分离设备(1)，其特征在于，所述脉冲发生器(7)、尤其是所述脉冲发生器(7)的半导体开关(T4)在开关(5)闭合时阻断用于所述功率电子器件(6)的控制脉冲()的输出。5.根据权利要求1至4中任一项所述的分离设备(1)，其特征在于，-所述功率电子器件(6)具有第一半导体开关(T1)、尤其是IGBT、优选带有续流二极管，所述第一半导体开关(T1)连到第一电流路径(6a)中，所述机械开关(5)的第一开关端子(J1)引导到所述第一电流路径(6a)上，而且-所述功率电子器件(6)具有第二半导体开关(T2)、尤其是IGBT、优选带有续流二极管，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：恩斯特迪特尔·威尔克宁，亨德里克克里斯蒂安·科普夫，迪尔克·博舍，
申请(专利权)人：埃伦贝格尔及珀恩斯根有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE