直流网络制造技术

本发明专利技术涉及一种直流网络，该直流网络具有电导体和布置在导体的一端的开关单元，开关单元用于分离经由导体进行的电连接，其中，开关单元包括串联连接在导体的电流路径中的至少一个可控的功率半导体，其中，

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流网络


[0001]本专利技术涉及一种具有第一极和第二极以及用于分离第一极的导体的至少一个开关单元的直流网络。

技术介绍

[0002]在未来的工业设施中，DC网络应当减小损耗，保证转换器、存储器和电机之间的直接的能量交换，并且实现提高的鲁棒性。这种类型的网络在不同的负载出口和电源(Einspeisungen)之间可能具有非常不同的线缆长度。在此，现有的短的线缆长度导致馈电线中的纵向电感非常小，使得故障电流可能具有非常陡的电流上升。由此，需要非常快速的故障识别和故障断开。因为机械分离开关不能满足对开关速度的要求，因此使用功率半导体。在识别出故障之后，功率半导体在几百纳秒内断开故障。因为通过负载电感的电流现在没有续流路径，因此随后可能在功率半导体上产生电压，该电压在某些情况下可能使功率半导体会损坏。为了应对这个问题，开关可以具有过电压限制。不利的是，必须针对用于实际存在的线路长度或者馈电线电感的每一个开关，设计过电压限制，也就是说，必须使开关适配于存在的馈电线，或者仅允许在特定的线路长度之前使用开关，因为否则会存在过电压限制不足的风险。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是，给出一种直流网络，这种直流网络减轻或者解决开头提到的问题。上述技术问题通过具有权利要求1的特征的直流网络来解决。
[0004]根据本专利技术的直流网络具有电导体和布置在导体的一端的开关单元，开关单元用于分离经由导体进行的电连接。开关单元包括串联连接在导体的电流路径中的至少一个可控的功率半导体。
[0005]从开关单元出发，导体被划分成第一和第二区段。换言之，第一区段从开关单元开始延伸到第一区段和第二区段的连接点。第二区段从连接点开始延伸。
[0006]在第一和第二区段的连接点与直流网络的第二极之间连接有第一过电压保护设备。也就是说，导体形成直流网络的第一极。在第二区段的远离开关单元的一端与第二极之间连接有第二过电压保护设备。也就是说，第一和第二过电压保护设备并联连接；然而，在它们与导体、即与直流网络的第一极的连接点之间存在具有第二区段的长度的导体件。在第一过电压保护设备的连接点与开关单元之间存在具有第一区段的长度的导体件。
[0007]过电压保护设备分别具有电容器。
[0008]在此，第一和第二区段的长度适宜至少大于1m、特别是大于10m，在一个特别的设计方案中大于50m。
[0009]本专利技术有利地实现，通过以间隔开的方式布置在导体上的过电压保护设备来保护开关单元，以免建立在通过开关单元断开的过程中出现的、对功率半导体具有损坏性或者破坏性影响的过电压。在此，仅必须针对通过最接近的区段、即第一区段的电感引起的过电
压来设计开关单元本身。相反，第二区段的电感对此不再起作用。
[0010]对于本专利技术认识到，代替开关单元的适配，可以使用过电压保护设备形式的导体的适配。因此，优选可以在直流网络中使用相似的保护设备以及相似的开关单元。也就是说，与使用适配的开关单元的网络相比，虽然使用更多的部件，但是为此仅使用相似的部件，这使开销减小并且使可靠性提高。由此，可以更好地规划并且控制直流网络。
[0011]直流网络的极之间的具有电容器的过电压保护设备有利地提供电压稳定性和调节储备。因为该电容器与线路电感形成可振荡系统，因此存在串联电阻作为阻尼。
[0012]从权利要求1的从属权利要求中得到根据本专利技术的直流网络的有利的设计方案。在此，可以将根据权利要求1的实施方式与从属权利要求中的一个的特征组合，或者优选也可以与来自多个从属权利要求的特征组合。相应地，还可以附加地设置以下特征：
[0013]‑
直流网络可以包括一个或多个负载、多个另外的开关单元和多个另外的电导体，其中，这些另外的导体连接开关单元和负载。这些另外的导体同样被划分为区段，其中，对于这些另外的导体的相应的两个连接的区段的连接部位，在相应的连接部位与第二极之间连接有过电压保护设备。也就是说，在广大的直流网络中，也通过将过电压保护设备嵌入导体中，来针对过高的过电压对这些另外的开关单元进行保护。
[0014]‑
优选在直流网络中，开关单元和另外的开关单元相同地构建。换言之，仅使用针对要阻断的最大电压设计的一种类型的开关单元。在此，适宜地选择区段的长度或者电感，使得在通过开关单元中的一个断开时形成的过电压保持低于可控的功率半导体的击穿电压。总的来说，也就是说，为了在直流网络中进行断开，有利地仅使用两种不同类型的部件，即，一种为开关单元，一种为过电压保护设备。
[0015]‑
开关单元可以包括开关单元电容器，开关单元电容器连接在直流网络的第一极与第二极之间，并且具有至少10μF、特别是至少50μF、特别是至少100μF的电容。由此，开关本身也具有在不损坏的情况下吸收特定导体电感的过电压的固有的能力。
[0016]‑
过电压保护设备的电容器分别可以具有至少10μF、特别是至少50μF、特别是至少100μF的电容。足够大的电容才足够稳定地作用于电压，以有效地减轻开关单元的负荷。
[0017]‑
过电压保护设备可以分别具有与电容器串联连接的电阻，用于进行振荡衰减，特别是可以具有小于10欧姆的电阻。由此，在由电容器和线路电感构成的可振荡系统中避免振荡，其中，同时由于电阻小，保证了电容器快速充电的可能性。
[0018]‑
过电压保护设备可以包括与电容器串联连接的二极管，其中，连接二极管，使得阻断从电容器到直流网络的第一极的电流流动。这种连接使得在短路情况下断开的情况下能够通过电容器快速地吸收能量。此外，适宜地允许放电，但是通过电阻使放电减速。
[0019]‑
过电压保护设备可以包括与电容器串联连接的火花隙。其在电阻上形成不允许的高电压时，产生低欧姆的电流路径，该电流路径使得能够通过电容器快速地吸收能量。
[0020]‑
过电压保护设备可以具有与电阻并联的可控的功率半导体、特别是晶闸管。由此能够接通低欧姆的电流路径。
[0021]‑
过电压保护设备可以以与电容器并联的方式包括过电压元件、特别是变阻器。此外，可以与电容器并联的方式存在放电电阻，其中，放电电阻特别是大于1kOhm、特别是大于10kOhm或者大于100kOhm。由此，通过在电容器上的电压过高的情况下，导出能量，并且使过电压保护设备在反复触发时又快速地准备好使用，来支持电容器的放电。
[0022]‑
开关装置可以包括第二功率半导体，其中，两个功率半导体反向串联或者反向并联连接。功率半导体例如可以是IGBT。
附图说明
[0023]其它优点和特征从下面借助附图对实施例的描述中得到。在附图中，相同的附图标记表示相同的构件和功能。
[0024]图1示出了具有用于分离电导体的开关单元和过电压保护设备的直流网络，
[0025]图2至6示出了过电压保护设备的变形方案。
具体实施方式
[0026]图1示意性地示本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种直流网络(10)，所述直流网络具有电导体(121、122)和布置在所述导体(121、122)的一端的开关单元(19)，所述开关单元用于分离经由所述导体(121、122)进行的电连接，其中，所述开关单元(19)包括串联连接在所述导体(121、122)的电流路径中的至少一个可控的功率半导体，其中，
‑
从所述开关单元(19)出发，所述导体(121、122)被划分为第一和第二区段(141、142、144、145)，
‑
在第一和第二区段(141、142、144、145)的连接点与所述直流网络(10)的第二极之间连接有第一过电压保护设备(181、183)，
‑
在第二区段(142、145)的远离所述开关单元(19)的一端与所述第二极之间连接有第二过电压保护设备(182、184)，
‑
所述过电压保护设备(181
…
184)分别具有电容器(30)。2.根据权利要求1所述的直流网络(10)，所述直流网络具有至少一个负载(16)、多个另外的开关单元和多个另外的电导体，所述另外的电导体连接开关单元和负载(16)，并且被划分为区段，其中，对于所述另外的导体的相应的两个连接的区段的连接部位，在连接部位与所述第二极之间连接有过电压保护设备。3.根据权利要求2所述的直流网络(10)，其中，所述开关单元(19)和所述另外的开关单元相同地构建。4.根据前述权利要求中任一项所述的直流网络(10)，其中，选择区段(141
…
146)的长度或者电感，使得在通过所述开关单元(19)断开时形成的过电压保持低于所述可控的功率半导体的击穿电压。5.根据前述权利要求中任一项所述的直流网络(10)，其中，所述开...

【专利技术属性】
技术研发人员：K汉特，S汉塞尔，B库希尔，J维斯，
申请(专利权)人：西门子股份公司，
类型：发明
国别省市：