CN102568960A - 限流电路断路器 - Google Patents

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Abstract

一种限流电路断路器(100)，包括：主电路(10)，包括超快转换开关(11)，当短路电流(I)流过主电路(10)时执行所述转换开关的断开。次级电路(20)包括与主电路(10)并联连接的超快限制部件(22)，当由于短路效应超快转换开关(11)断开时短路电流(I)流经所述部件。第一控制线圈(13)串联连接在输入端(2)和输出端(3)之间来产生磁控制场(B)。移动开关条(14)支撑主导体(15)和次级导体(16)，经受磁控制场(B)而由于拉普拉斯力(F)的动作引起在第一位置和第二位置之间移动，该拉普拉斯力通过在两个导体(15、16)中流过的电流(I)产生。

Description

限流电路断路器
技术领域
本发明涉及限流电路断路器，设计来连接到电源***和在输入端和输出端之间的负载。所述电路断路器包括主电路，该主电路包括在输入端和输出端之间串联连接的超快转换开关，当短路流经主电路时执行所述转换开关的断开。所述电路断路器包括并联连接到主电路的超快限制部件，当由于短路效应超快转换开关断开时电短路电流经过所述部件。
背景技术
一般通过能够是高速限流电路断路器的形式的电磁电路断路器或熔丝执行电线的短路保护。
参考图1，限流电路断路器100设计为连接在电子电路中并且包括内部断路电路1，即，具有与静态开关22并联连接的机械触点11的超快转换开关。具有机械触点11的转换开关默认为闭合。内部断路电路1串联连接在电子电路中并且连接到控制部件30，控制部件30具体用于使能内部断路电路1被断开和闭合。
限流电路断路器100包括至少一个元件，其阻抗根据电压改变，该电压根据非线性函数改变以便在开关部件断开时消散在限制短路中固有的能量。换句话说，其阻抗根据电压改变的元件是具有依靠电压的电阻的元件。在该实例中该元件是与静态开关22并联的变阻器24，以便在静态开关22从闭合状态改变为断开状态时消散在电子电路中存储的能量。
在图1中表示的实施例中，静态开关22在电压和电流中是双向的，并且它通过连接到控制单元40的控制部件30来控制。具有机械触点11的超快转换开关对于这部分是汤姆逊效应开关并且使能在几十微秒中从闭合状态到开关状态的非常快地切换。一般，当电流按每微秒10安培的速率增加时机械触点的断开速度大于每秒1米。具有机械触点11的转换开关通过控制单元40来控制，其中经由第一触点推进电路41使得所述转换开关被迅速断开以及经由第二闭锁或释放电路43使得所述转换开关被维持断开或被重新闭合。
因此，在已经识别短路电流之后，控制单元40使得电子电路被断开。在图1表示的实施例中，通过使用用于测量流经该电子电路的电流I的值的传感器31来执行短路电流的识别，所述传感器连接到控制单元40。
可是，使用具有机械触点的汤姆逊效应转换开关要求较大积累的能量来操作。这暗示着使用大尺寸的电容用于所述汤姆逊致动器的致动。此外，控制单元40必须能够管理整个***的时间同步。因此该控制组件的成本较高。
发明内容
因此，本发明的目的是弥补现有技术的缺点，从而提出一种包括具有简化操作的超快控制致动器的限流电路断路器。
根据本发明的电路断路器的主电路的超快转换开关包括串联连接在输入端和输出端之间并且能够产生磁控制场的第一控制线圈。移动开关条支撑导体和次级导体，经受磁控制场而由于拉普拉斯力的动作引起在第一闭合位置和第二断开位置之间移动，该拉普拉斯力通过在两个导体的至少一个中流过的电流产生。主导体在移动开关条处于第一闭合位置时连接输入端和输出端。次级导体在移动开关条处于第二断开位置时将输入端和输出端连接到次级电路的超快限制部件。
根据本发明的开发模式，超快转换开关包括具有彼此相对布置的两个磁极的固定磁轭。移动开关条被布置在所述磁极之间从而主和次级导体分别具有与极化两个磁极的磁控制场的方向垂直的纵轴。
根据特定实施例，超快转换开关包括串联连接到次级电路的第二控制线圈，短路电流随后流经第二控制线圈以产生用于极化彼此面对安置的两个磁极的互补磁控制场，两个磁控制场具有相同的方向。
优选地，超快转换开关包括将移动条偏置到闭合位置的灵活偏置部件，该灵活偏置部件产生比用于短路电流的拉普拉斯力更低的偏置力。
有利地，与主电路并联连接的次级电路的超快限制部件包括由控制部件控制的静态开关。
有利地，与主电路并联连接的次级电路的超快限制部件包括具有机械触点的电路断路器。
有利地，次级电路包括至少一个依靠电压的电阻元件，所述元件与超快限制部件并联连接，用于当静态开关处于断开状态时消散存储在所述部件的能量。
有利地，次级导体通过灵活和变形导体连接到次级电路的超快限制部件。
根据特定实施例，次级导体包括至少两个电支路，以一致的方式安排在移动条的周边。
附图说明
通过以非限制示例的目的给出的并且在附图中示出的本发明的特定实施例的以下描述，其他优点和特征将变得更显而易见，附图中：
图1表示公知类型的限流电路断路器的功能图；
图2表示作为本发明的目的限流电路断路器的概括图；
图3表示根据本发明的优选实施例的处于闭合位置的限流电路断路器的内部断路电路；
图4表示根据图2的内部断路电路的超快转换开关的具体截面图；
图5表示在断开位置的根据图2的内部断路电路；
图6表示根据图5的内部断路电路的超快转换开关的具体截面图；
图7表示本发明的不同实施例的超快转换开关的变体。
具体实施方式
限流电路断路器100设计为连接到电源***和连接到在输入端2和输出端3之间的负载。
根据如图2表示的优选实施例，电路断路器包括内部断路电路1。
内部断路电路1包括主电路10，主电路10包括串联连接在输入端和输出端2、3之间的超快转换开关11。当短路电流(I)流过主电路10时执行所述转换开关的断开。
限流电路断路器100的内部断路电路1还包括次级电路20，次级电路20包括与主电路10并联连接的超快限制部件22。当由于短路效应超快转换开关11断开时短路电流I经过所述部件。
根据本发明的实施例，超快转换开关11包括串联连接在输入端2和输出端3之间的第一控制线圈13。所述第一线圈被设计来在电流流经第一线圈时产生磁控制场B。
超快转换开关11包括支撑主导体15和次级导体16的移动开关条14。移动开关条14经受该磁控制场B而由于拉普拉斯力F的动作引起在第一闭合位置和第二断开位置之间移动，该拉普拉斯力F通过在两个导体15、16的至少一个中流过的电流(I)产生。
根据优选实施例，超快转换开关11包括具有彼此相对布置的两个磁极的固定磁轭12。移动开关条14然后被布置在所述磁极之间从而主和次级导体15、16分别具有与极化两个磁极的磁控制场B的方向垂直的纵轴。
如图3和4所示，主导体15在移动开关条14处于称为闭合位置的第一位置时连接主电路10的输入端2和输出端3。
如图5和6所示的，次级导体16在移动开关条14处于第二断开位置时连接次级电路20的超快限制部件22的输入端2和输出端3。
作为示例实施例，主导体15表现为移动触点电桥。移动触点电桥然后在移动开关条14处于闭合位置时通过两个静止的触点17、18连接到主电路。
当电流流过主导体15和/或次级导体16时，移动开关条14由于具有如下公式的拉普拉斯力F的动作而趋于移动。
Figure BDA0000114943250000041
其中：
-B是由控制线圈13产生的磁控制场，
-I是流经主导体15和/或次级导体16的电流，
-l是主导体和/或次级导体的各自长度。
移动开关条14能够由于所述拉普拉斯力F的动作而在第一闭合位置和第二断开位置之间移动。
超快转换开关11包括将移动条14偏置到闭合位置的灵活偏置部件。该灵活偏置部件(未示出)对于称为正常的工作电流(即，比称为短延迟门限的电流门限低的电流)产生比拉普拉斯力F更大的偏置力。偏置力被进一步校准从而在短路电流流经电路断路器时低于拉普拉斯力F。
如图3所示，当所述条处于闭合位置时，电流流经在输入端2和输出端之间的电路断路器，流经控制线圈13和主导体15。考虑到次级电路的阻抗，流经所述电路的电流可以忽略。例如，次级电路的阻抗至少比主电路的阻抗大10倍。
当流经主导体的电流大于跳闸门限时，产生的拉普拉斯力F具有比通过灵活偏置部件产生的偏置力大的强度(intensity)。实践中，这样确定跳闸门限从而短路电流负责让拉普拉斯力能够将移动条14从闭合位置移动到断开位置。短路电流一般包括在额定工作电流In的10和100倍之间。
从闭合位置到断开位置的移动条的移动引起主电路的主导体14的断开。短路电流马上折换到次级导体16中。被附于移动条14的次级导体16伴随移动条14移动。由于两个导体的双重移动，维持该拉普拉斯驱动力。移动条14也维持朝向断开位置。
如图5所示，当所述条处于断开位置时，电流流经在输入端2和输出端之间的电路断路器，流经控制线圈13和次级导体16以及次级电路20的超快限制部件22。
超快限制部件22以超快方式执行一般的电路断路。考虑到短路电流非常迅速地断开的事实，在次级电路20所见的电能I2t很低并且因此它能够尤其是使用相对小的导体截面而相应地形成所需尺寸。相对小的截面意味着对于额定电流100A而言小于1mm2的截面。额定电流In越高，即，电流具有包括在60A和几百安培之间的强度，则使用根据本发明实施例的限流电路断路器100的优点反而越大。
作为示例实施例，次级导体通过灵活和变形导体19连接到次级电路20的超快限制部件22。
由于次级导体16的截面很小，也可以将次级导体的截面加倍。根据如图4、5和6表示的本发明的实施例，单独的导体16包括至少两个电支路，以一致的方式安排在移动条14的周边。根据该实施例，产生的拉普拉斯驱动力F由此乘以系数2。
次级电路20包括至少一个依靠电压的电阻元件24。所述元件与超快限制部件22并联连接。此外，依靠电压的电阻元件24(诸如例如变阻器)按传统方式使用以当超快限制部件22处于断开状态时消散存储在所述电路的能量。
根据本发明的特定实施例，与主电路10并联连接的次级电路20的超快限制部件22包括由控制部件30控制的静态开关。作为示例实施例，静态开关包括IGBT类型的晶体管。
根据本发明的特定实施例，与主电路10并联连接的次级电路20的超快限制部件22包括具有机械触点的电路断路器。将仅根据在流过短路电流之后所支持的热应力(I2t)执行次级电路20的断路设备的尺寸形成。作为示例实施例，断路设备能够是10A电路断路器，因此包括非常快的短路断路能力。通常由传统电路断路器接受的热应力是大于50000A2s的幅度级别，次级电路且具体为超快限制单元22将仅看到幅度达500到3000A2s的热应力。
根据如图7所示的替换实施例，超快转换开关11包括串联连接次级电路20的第二控制线圈133。短路电流随后流经次级线圈133以产生用于极化彼此面对安置的两个磁极的互补磁控制场Bbis，磁控制场B、Bbis具有相同的方向。第二磁场进一步趋于加速移动条的移动。这能够称为雪崩***。

Claims (9)

1.一种限流电路断路器(100)，设计为连接到电源***和连接到在输入端(2)和输出端(3)之间的负载，并且包括：
-主电路(10)，包括串联连接在输入端(2)和输出端(3)之间的超快转换开关(11)，当短路电流(I)流过主电路(10)时执行所述转换开关的断开；
-次级电路(20)，包括与主电路(10)并联连接的超快限制部件(22)，当由于短路效应超快转换开关(11)断开时短路电流(I)流经所述部件；
超快转换开关(11)其特征在于其包括
-第一控制线圈(13)，串联连接在输入端(2)和输出端(3)之间并且设计来产生磁控制厂(B)；
-移动开关条(14)，支撑主导体(15)和次级导体(16)，经受磁控制场(B)而由于拉普拉斯力(F)的动作引起在第一闭合位置和第二断开位置之间移动，该拉普拉斯力通过在两个导体(15、16)的至少一个中流过的电流(I)而产生；
-主导体(15)，在移动开关条(14)处于第一闭合位置时连接主电路(10)的输入端(2)和输出端(3)；
-次级导体(16)，在移动开关条(14)处于第二断开位置时将输入端(2)和输出端(3)连接到次级电路(20)的超快限制部件(22)。
2.根据权利要求1所述的限流电路断路器，其特征在于，超快转换开关(11)包括具有彼此相对布置的两个磁极的固定磁轭(12)，移动开关条(14)被布置在所述磁极之间从而主和次级导体(15、16)分别具有与极化两个磁极的磁控制场(B)的方向垂直的纵轴。
3.根据权利要求1或2所述的限流电路断路器，其特征在于，超快转换开关(11)包括串联连接到次级电路(20)的第二控制线圈(133)，短路电流流经第二控制线圈以产生用于极化彼此面对安置的两个磁极的互补磁控制场(Bbis)，两个磁控制场(B、Bbis)具有相同的方向。
4.根据权利要求1所述的限流电路断路器，其特征在于，超快转换开关(11)包括将移动条(14)偏置到闭合位置的灵活偏置部件，该灵活偏置部件产生比用于短路电流的拉普拉斯力(F)更低的偏置力。
5.根据权利要求1或2所述的限流电路断路器，其特征在于，与主电路(10)并联连接的次级电路(20)的超快限制部件(22)包括由控制部件(30)控制的静态开关。
6.根据权利要求1或2所述的限流电路断路器，其特征在于，与主电路(10)并联连接的次级电路(20)的超快限制部件(22)包括具有机械触点的电路断路器。
7.根据权利要求3所述的限流电路断路器，其特征在于，次级电路(20)包括至少一个依靠电压的电阻元件(24)，所述元件与超快限制部件(22)并联连接，用于当静态开关处于断开状态时消散存储在所述部件的能量。
8.根据前述权利要求的任何一个所述的限流电路断路器，其特征在于，次级导体(16)通过灵活和变形导体(19)连接到次级电路(20)的超快限制部件(22)。
9.根据前述权利要求的任何一个所述的限流电路断路器，其特征在于，次级导体(16)包括至少两个电支路，以一致的方式安排在移动条(14)的周边。
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