固态开关系统技术方案

固态开关具有至少一个FET型器件以及与该至少一个FET型器件并联地耦合的至少一个晶闸管型器件。该至少一个FET型器件被构造有基于电气设备的额定电流的第一功率损耗曲线；以及该至少一个晶闸管型器件被构造有基于与该电气设备相关联的浪涌电流的第二功率损耗曲线。

Solid state switching system

The solid state switch has at least one FET type device and at least one thyristor type device coupled in parallel with the at least one FET type device. The at least one FET device is constructed with a first power loss curve based on the rated current of the electrical device, and the at least one thyristor device is constructed with a second power loss curve based on the surge current associated with the electrical device.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】固态开关系统
本申请总体涉及开关，并且更具体地但非排他地涉及固态开关。
技术介绍
各种类型的固态开关系统，例如，接触器、断路器、继电器和其它固态开关仍然是感兴趣的领域。一些现有系统相对于某些应用具有各种短处、弊端和缺点。例如，在一些固态开关中，可以例如在电气设备的稳态操作期间和/或在由电气设备汲取的涌入电流或其它浪涌电流期间进行功率损耗的改进。因此，仍然需要在该
中做出进一步的贡献。
技术实现思路
本专利技术的一个实施例是一种固态接触器。另一实施例是一种固态开关。其它实施例包括用于固态开关系统的器件装置、系统、器件、硬件、方法和组合。通过在这里一起提供的描述和附图，本申请的另外的实施例、形式、特征、方面、益处和优点将变得显而易见。附图说明本文的描述参照了附图，其中相同的附图标记在多个视图中指代相同部分，以及其中：图1示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电气系统的非限制性示例的一些方面。图2图示了根据本专利技术的实施例的能够被采用的电机启动期间的浪涌电流或过电流的非限制性示例的一些方面。图3示意性地图示了根据本专利技术的实施例的在高于和低于电流阈值的操作期间的固态开关和代表性电流的非限制性示例的一些方面。图4图示了根据本专利技术的实施例的FET型器件、晶闸管型器件以及组合的FET型器件和晶闸管型器件的损耗曲线的非限制性示例的一些方面。图5示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图6示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图7示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图8示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的非限制性示例的一些方面。图9示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。图10示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。图11示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。图12示意性地图示了根据本专利技术的实施例的固态开关的示例的拓扑的非限制性示例的一些方面。具体实施方式为了促进对本专利技术的原理的理解，现在将参照附图中图示的实施例，并且将使用特定语言来描述这些实施例。然而，要理解的是，并非由此意图限制本专利技术的范围。本专利技术所涉及领域的技术人员通常会想到所描述的实施例中的任何改变和进一步的修改、以及本文描述的本专利技术的原理的任何进一步的应用。参照图1，示意性地图示了根据本专利技术的实施例的电气系统10的非限制性示例的一些方面。电气系统10包括电源12、耦合至电源12的固态开关系统14、连通地耦合至固态开关系统14的命令输入16以及耦合至固态开关系统14的电气设备18。电源12是AC电源，诸如，公用电网或设施电网或发电机系统或者任何其它AC电源。固态开关系统14是可操作以将电气设备18连接至电源12并且将电气设备18从电源12断开连接的开关。电气设备18可以采取各种形式中的任何一种或多种形式。例如，在一种形式中，电气设备18是额定功率为1kW至5kW的电机，诸如，感应电机或任何其它类型的电动机。在其它实施例中，电气设备18可以是额定功率小于1kW的电动机或者可以额定功率大于5kW。在一些实施例中，固态开关系统14可以是断路器系统或者是断路器系统的一部分，并且电气设备18可以是这样的电路，该电路用于向电耦合至该电路的任何数目的电动器件装置供电，电动装置例如但不限于，一个或多个电动机、家用电器、HVAC系统、包括机床的工具系统、手动工具和其它电动工具、计算机系统、照明系统、输送系统、化学或其它处理系统、办公系统、建筑和/或设施系统、和/或由50Hz、60Hz或任何其它合适频率的AC电压/电流供电的任何其它类型的电动专利技术。电路可以是市政的、工业的、家庭的或其它性质的。在其它实施例中，固态开关系统14可以是继电器或任何其它类型的接通/关断开关。电气设备18具有额定电流，并且具有与该额定电流相关联的浪涌电流，例如，电气设备可以在某些操作状况下汲取浪涌电流，例如，在启动电气设备18的全部或一部分期间或者在电气设备18的全部或一部分的状态变化期间汲取浪涌电流。固态开关系统14包括具有固态开关元件的固态开关20以及栅极驱动器22。固态开关20可以设置在例如壳体或外壳或箱体或其它保护结构(未示出)中。在一种形式中，固态开关20是固态接触器。在其它实施例中，固态开关20可以是继电器，断路器或断路器开关，或者用于工业、家庭、办公室、车间、市政或任何其它目的的任何其它类型的开关。固态开关系统14的实施例可以用于单相系统、两相系统或三相系统以及其它多相系统中。栅极驱动器22可操作以提供控制固态开关20的固态开关元件的栅极驱动信号，以允许或防止电流流过开关20。在一些实施例中，固态开关可以包括电流隔离器。在一些实施例中，开关14(例如，栅极驱动器22或者另一控制器或系统)可以包括故障检测电路和保护电路，例如，可操作以引导栅极驱动器22将电气设备18从电源12断开连接的断路器保护电路，例如，响应于检测到的短路状况、接地故障状况或者其它安全或其它故障检测。在一种形式中，对于三相电气系统10，针对每个a、b和c相使用单独的开关20和栅极驱动器22。在一些三相实施例中，公用的栅极驱动器22可以被构造为向每个固态开关20提供栅极驱动信号。命令输入16连通地耦合至栅极驱动器22。命令输入16可操作以提供接通/关断控制信号，以引导栅极驱动器22接通或关断固态开关20，即，将电气设备18连接至电源12或者将电气设备18从电源12断开连接。在一种形式中，命令输入16是人工操作开关。在其它实施例中，命令输入16还可以包括以下项、或者备选地自身是以下项、或者是以下项的输出：计算机、可编程逻辑电路、断路器控制器或保护控制电流、或者可操作以向栅极驱动器22发送接通/关断信号(例如，数字接通/关断信号)以用于接通和关断固态开关20的任何其它电气或电子器件。在考虑固态开关设计时，可以采用晶闸管技术来制造固态开关，例如，固态接触器，并且可以具有比机电开关高得多的功率密度。然而，在许多设施中，任何这种晶闸管开关或接触器可能要求在相同的DIN(德国标准化学会，DeutschesInstitutfürNormung)或其它轨道(例如，高达22mm)上的两个或多个器件之间的间隔，以便充分利用晶闸管电流额定值。由于晶闸管冷却要求，例如，从这种晶闸管器件汲取热量所要求的必要或期望的散热器、冷却销/散热片或者其它冷却结构/器件所要求的间隔，额外的间隔是必要的。单独使用的任何这种晶闸管开关可以间隔地更紧密，但是更紧密的间隔可能需要降低晶闸管开关的额定值，在一些情况下，这意味着可能需要附加开关，因此增加了对于开关的空间要求并且增加了成本。对于切换超过4kW的电动机负载以及在高电流水平中(例如，高于5至7A)的电阻性负载来说尤其如此。因此，晶闸管技术的传导功率损耗迫使人们转向更大的壳体和与具有相同额定值的传统机电开关/接触器不同的外形因素。考虑还包括诸如电气设备18等许多电气设备可能在一些情况下汲取浪涌电流，因此需要附加散热。浪涌电流包括，例如但不限于，通常的涌入电流(inrushcurrents)、励磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固态接触器系统，所述固态接触器系统用于将电机连接至电源以及将所述电机与所述电源断开连接，所述电机具有额定电流，所述固态接触器系统包括：第一端子，所述第一端子被构造用于耦合至电源并且从所述电源接收功率；第二端子，所述第二端子被构造用于将来自所述电源的功率提供给所述电机；至少一个FET型器件，所述至少一个FET型器件被耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及至少一个晶闸管型器件，所述至少一个晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地耦合至所述第一端子和所述第二端子，其中所述至少一个FET型器件被构造有第一功率损耗曲线，所述第一功率损耗曲线基于所述额定电流；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被构造有第二功率损耗曲线，所述第二功率损耗曲线基于与所述电机相关联的涌入电流和启动电流。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.22 US 15/217,5711.一种固态接触器系统，所述固态接触器系统用于将电机连接至电源以及将所述电机与所述电源断开连接，所述电机具有额定电流，所述固态接触器系统包括：第一端子，所述第一端子被构造用于耦合至电源并且从所述电源接收功率；第二端子，所述第二端子被构造用于将来自所述电源的功率提供给所述电机；至少一个FET型器件，所述至少一个FET型器件被耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及至少一个晶闸管型器件，所述至少一个晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地耦合至所述第一端子和所述第二端子，其中所述至少一个FET型器件被构造有第一功率损耗曲线，所述第一功率损耗曲线基于所述额定电流；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被构造有第二功率损耗曲线，所述第二功率损耗曲线基于与所述电机相关联的涌入电流和启动电流。2.根据权利要求1所述的固态接触器，其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在所述额定电流时和在低于所述额定电流时具有比所述至少一个晶闸管型器件低的功率损耗；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在与所述电机相关联的所述涌入电流和启动电流时具有比所述至少一个FET型器件低的功率损耗。3.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中电流被共享在所述至少一个FET型器件与所述至少一个晶闸管型器件之间。4.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个晶闸管型器件包括：第一晶闸管型器件，所述第一晶闸管型器件与所述至少一个FET型器件并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子；以及第二晶闸管型器件，所述第二晶闸管型器件与所述第一晶闸管型器件反并联地直接耦合至所述第一端子和所述第二端子。5.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件包括栅极，所述固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在所述电机的操作期间向所述栅极提供连续接通信号。6.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个晶闸管型器件包括栅极，所述固态接触器系统进一步包括栅极驱动器，所述栅极驱动器与所述栅极连通，并且可操作以在所述电机的稳态操作期间向所述栅极提供连续关断信号。7.根据权利要求6所述的固态接触器系统，其中所述栅极驱动器可操作以在高于所述额定电流的电流时向所述至少一个晶闸管型器件提供脉冲接通信号和/或连续接通信号。8.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件是反串联地耦合的至少两个FET型器件。9.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述额定电流等于或低于阈值电流；其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在低于所述阈值电流时将第一电流提供给所述电机；以及其中所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在超过所述阈值电流时将第二电流提供给所述电机。10.根据权利要求9所述的固态接触器系统，其中所述阈值电流被限定为通过所述至少一个FET型器件的所述功率损耗等于通过所述至少一个晶闸管型器件的所述功率损耗的电流；以及其中所述至少一个FET型器件和所述至少一个晶闸管型器件被选择并且构造为在所述额定电流时或在高于所述额定电流时具有达到期望阈值电流的功率损耗曲线。11.根据权利要求1所述的固态接触器系统，其中所述至少一个FET型器件被选择并且构造为在至多所述额定电流的电流水平时将电流提供给所述电机；以及其中所述至少一个晶闸管器件被选择并且构造为在超过所述额定电流时将...

【专利技术属性】
技术研发人员：P·凯罗利，L·霍夫施泰特尔，M·巴托尔，R·比尼，M·拉希莫，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH