电线圈组件、包括该组件的电线圈、包括上述线圈的操作机构以及包括上述操作机构的断路器制造技术

本发明专利技术公开了一种平面型电线圈组件，优选在一般平板基底（２１）上利用印刷电路技术制造，该电线圈组件具有设置在所述基底（２１）的一侧、构成具有输入端（２３）的第一电导体的导电材料的第一布图（２０）。将构成具有输出端（２４）的第二电导体的导电材料的第二布图（２０′）设置在所述基底的另一侧。利用通过基底（２１）的电连接器（２２）将第一导体与第二导体连接在一起，使得线圈组件的输入端与输出端之间的电压驱动电流从一端通过在基底一侧上的导体并经过穿过基底的连接（２２）和在基底另一侧上的导体到达另一端。本发明专利技术还描述了一种包括这种组件的电线圈以及包括这种线圈的操作机构和包括这种操作机构的电动断路器。（*该技术在2020年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电线圈组件、包括这种组件的电线圈、含有这种线圈的操作机构以及包括这种操作机构的断路器。本操作机构优选用于断路器，尤其用于保护诸如包括铁路机车在内的运输网络的DC装置的断路器。断路器通常用于限制装置中发生短路位置的电流。然而，它还可以具有许多其它工业应用。混合式断路器代表利用机械系统的非常快速的连续动作的断路器和静态断路器。目前，第一种类型的断路器，即机电断路器用于大多数馈电站和运输系统中的铁路机车。然而，第一种类型的断路器存在几个不足之处，例如损耗高、噪声高、反应时间较长、维护成本高等。静态断路器已经成为在实验室规模进行大量测试、研究以及实现的对象，但是由于正常运行期间的功耗高，所以它不能用于商业应用。最后一种断路器是混合式断路器，它的名字是根据机电系统与电力电子学的合并获得的。在正常工作条件下，电流通过损耗非常低的机械连接器。当被触发时，机械连接器断开并且电流流过所并联的静态断路器。一旦机械连接器被完全断开，静态部分断开通过电路的电流。由于机械系统的操作速度快和电流的转接，所以可以限制通过机械接触器产生的电弧。可以有几种不同的实现方法。一种已知的解决方案是，利用电容器放电过程产生的与短路电流方向相反的电流。这种断路器已经成为大量测试和实现的对象。然而，因为其复杂性、价格以及可靠性低，妨碍了其商业应用。本专利技术的另一个目的是提供利用这种线圈组件的极薄的小型电线圈，其优点特别在于，在构成部分断路器的所谓汤姆逊机构内作为驱动装置。这种类型的线圈还有其它应用。本专利技术的另一个目的是提供一种极快速有效的混合式断路器。断路器的优选实施例的特征在于机电操作机构的新型设计和断路器静态部分的特别小型的对称设计。根据本专利技术的断路器的重要优点在于，功耗极低。操作时的噪声级也非常低。机械接触器操作机构的新型设计提高了操作机构的速度并使它非常小型化。其可靠性良好且寿命长。附图说明图1图解示出了根据本专利技术的混合式断路器；图2图解示出了断路器的机电部分；图3a和图3b示出了位于构成断路器机电部分驱动机构内的线圈的第一实施例一部分的平面型线圈组件的不同示意图；图3c示出了被设置在图3a和图3b所示的两个连续线圈组件之间的隔离单元；图4a至图4d示出了位于构成断路器机电部分驱动机构内的线圈的第二实施例一部分的两个平面型线圈组件的不同示意图；图5示出了断路器静态部分各部件的机电布局；图6示出了断路器静态部分各部件的另一种机电布局；图7示出了通过分配能量有效降低MOV成本的MOV一电阻器组合图8图解示出了断路器机电部分锁扣机构；图9a和图9b示出了根据本专利技术的一个实施例的触头与驱动机构的侧视图。本专利技术的详细说明图1以一般方式图解示出了根据本专利技术的断路器。正常情况下，主电路3上的常闭机械接触器1通过电流。接触器1包括固定触头单元4和活动触头单元5。通常被指定为编号2的静态断路器与接触器1并联。在断路器被触发的瞬时，通过机械接触器的电流可以在任何一个方向流过。例如，如果主电路3发生短路，静态部分是对称的以便可以旁路或断开电流。断路器的静态部分2包括二极管电桥D1至D4，二极管电桥D1至D4使得断路器对于主电路3上两个方向上的电流均可以起作用。断路器的有源部分至少包括一个IGCT(集成栅极整流可控硅)型可控硅。上述实施例使用两个并联在一起在它们之间分配电流的IGCTT1、T2。这种设计及其部件可以断开6kA级的电流，而无需采取特定预防措施，如整流辅助电路、电流的静态平衡、电流的动态平衡、元件匹配等。当然，不能将此电流值理解为任意方向上的极限值。通过适当选择元件，当然，可以根据相同的原理设计高标称电流值断路器以及低标称电流值断路器。与两个IGCT并联的MOV(金属氧化物变阻器)6用于限制当两个IGCT截止时施加在设备上的电压并消耗主电路3的感应能量。另一方面，为了降低MOV 6消耗的能量，与两个IGCT并联的MOV 6可以与包括与电阻器25串联的第二MOV 6′的附加并联支路组合。这种布置示于图7。MOV 6′的耐压值必须接近馈线电压。实际上，利用例如汤姆逊型的非常快速的操作机构控制机械接触器1。图2示出了这种操作机构和接触器1。这种操作机构利用在线圈7和圆盘8中在两个相反方向循环的两个电流之间的电动排斥力产生所需的物理运动。在正常导通情况下，利用磁铁9固定接触器1。操作机构还包括机械运动减震装置(未示出)，将它优先设置在磁铁9下面。以下将对操作机构做进一步的说明。在正常运行期间，机械接触器1闭合，主电路3中的电流通过此接触器，而且不产生过量热效应。当主电路3内的某个位置发生短路时，电流会显著增加，甚至超过标称电流，这样当然会损坏电路中的元件和设备。为了将这种短路产生的影响降低到最小，所以希望尽快完全断开此电流。在电路中设置检测装置(未示出)检测由于例如短路引起的电流增加。协作控制装置(未示出)将信号传送到机械断路器的操作装置。还将信号送到可控硅T1、T2的栅极以触发可控硅T1、T2。如果在断开的瞬间触头单元5对称打开，即如果触头单元5同时产生两个火花隙，在触头单元5的各个端部各出现一个火花隙，两个火花出现在活动触头单元5与固定触头单元4之间。这些火花的电压在2×20V级，此电压可以相对快速地(为50微秒级)将电流转接到断路器的静态部分2。电弧会将两个火花隙内的空气电离，这意味着，火花隙内空气的介电特性被破坏。因此，在截止IGCT之前，必须等待空气消除电离并被冷却，否则存在高电压(例如3kV)在触头单元之间产生新电弧的危险。在另一种方法中，可以这样移动触头单元5，即它非对称断开，即仅以在断开的瞬间产生一个火花隙开始。因此仅在触头单元5的一个端部出现一个火花。在这种情况下，电流转接慢(例如100微秒)。此方法的优点在于，在触头单元5的端部，空气不会电离，因为在转接期间在这里不产生火花，并且整体介电特性非常好，这意味着，在IGCT被截止之前的延迟可以短许多。在触头单元4与触头单元5转接的空气体积消耗的能量非常低，因为电流快速降低了。触头单元的快速分离还有助于所述体积的空气的交换，这有助于良好冷却。此外，与利用机电断路器比较，可以忽略触头单元产生的金属蒸汽。转接速度主要依赖于静态单元连接器的几何形状和施加在导通半导体上的电压。两个IGCT T1、T2的并联连接要求母线几何非常好地对称，这样就可以产生对称的杂散电感。二极管D1、D2、D3、D4以及IGCT T1、T2需要承受在元件上施加的机械压力P1和P2的支架。如果二极管需要的压力P1与IGCT需要的压力P2不同，则可以将机械机构排列为图5所示的那样，具有两个分立的元件柱。如果需要相同压力P3，则采用图6所示的具有一个元件柱的排列。在图5和图6所示的排列中，对于并联的两个IGCT来说，电流通路完全相同(因此杂散电感相同)。当电流被完全转接到半导体后，断路器必须等待直到在开始静态中断前触头有效分离。机械触头单元之间的隔离距离必须足以确保不再产生电弧。各IGCT的电流中断几乎是瞬时的。电流通过MOV 6并迅速降低。从检测到短路电流到开始降低电流之间的时间约为350微秒，约为机电断路器的15倍至20倍。通常，功率半导体可以在不到2微秒时间内中断几千安培的电流。考虑到这一点，为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种平面型电线圈组件，优选在一般平板基底（２１）上利用印刷电路技术制造，其特征在于，将导电材料的第一布图设置在所述基底（２１）的一侧，上述第一布图构成具有输入端（２３）的第一电导体；将导电材料的第二布图（２０′）设置在所述基底的另一侧，上述第二布图构成具有输出端（２４）的第二电导体；利用穿过基底（２１）的电连接（２２）将所述第一导体与所述第二导体连接在一起，使得线圈组件的输入端与输出端之间的电压驱动电流从一端通过在基底一侧上的导体并经过穿过基底的连接（２２）和在基底另一侧上的导体到达另一端。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：让马克梅耶，亨利迪福尔，瑟奇马丁，
申请(专利权)人：塞克瑞股份有限公司，电子工业实验室，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]