CN104838462B - 用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备 - Google Patents

Abstract

为了提供一种用于在直流电网的一个极(4)中切换直流电流的设备(1)，具有：两个接线端子(2，3)，用于与所述极(4)串联连接；在所述接线端子(2，3)之间延伸的运行电流支路(5)，其中布置有至少一个机械开关(7)；断开支路(6)，其中布置有具有可接通和断开的功率半导体开关(14)的、被构造用于断开大的短路电流的功率开关单元(9)；以及换向部件(8，18，19，20，29)，用于将电流从运行电流路径(5)换向到断开支路(6)，其成本低，产生小的损耗，同时能够快速地切换大的短路电流，建议所述换向部件(8，18，19，20，29)具有至少一个电感部件(8，18，19，29)。

Description

用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备

技术领域

本发明涉及一种用于在直流电网的一个极中切换直流电流的设备，具有：用于与所述极串联连接的两个接线端子；在所述接线端子之间延伸的具有至少一个机械开关的运行电流支路；布置有具有可接通和断开的功率半导体开关并且被构造用于断开大的故障电流的功率开关单元的断开支路；以及用于将电流从运行电流路径换向到断开支路的换向部件。

背景技术

这种设备例如从WO2011/057675A1中已知。其中示出的直流电压开关具有带有机械开关的运行电流路径和与运行电流路径并联连接的断开支路。在断开支路中布置了功率半导体开关的串联电路，所述功率半导体开关分别与一个续流二极管反向并联。由功率半导体开关和续流二极管组成的开关单元反向串联地布置，其中可断开功率半导体开关串联布置，并且对于每个功率半导体开关设置一个具有相反导通方向的相应的功率半导体开关。以这种方式可以中断在断开支路中的两个方向上的电流。此外，在运行电流路径中布置有电子辅助开关形式的有源换向部件。在正常运行中运行电流经过运行电流路径并且由此经过闭合的机械开关流动，因为断开支路的功率半导体开关对于直流电流是提高的电阻。为了中断例如作为故障电流的短路电流，将电子辅助开关转换到其截止位置。由此在运行电流路径中的电阻增加，从而使直流电流换向到断开支路中。快速的机械断路开关由此可以被无电流地断开。经过断开支路传导的短路电流现在可以通过功率半导体开关被中断。为了吸收存储在直流电网中的、在切换时要减少的能量，设置了放电器，其与断开支路的功率半导体开关并联连接。

除了这种有源功率电子换向装置之外，还描述了直流电压开关，其中，由于布置在运行电流路径中的机械开关的电弧电压而进行总电流的换向。还已知断开支路中的功率电子部件可以提供有源换向。在此，功率电子部件在由运行电流路径和断开支路形成的环路中产生与运行电流路径中的运行电流或故障电流相反的回路电流。在对功率半导体进行相应的控制时，在开关中这两个电流叠加为零，从而开关可以被无电流地断开。对于这种有源换向，功率半导体开关必须非常快地提供大的功率，因为在短路的情况下，电流非常快地上升。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题是，提供一种前面提及的类型的设备，其成本低，产生的损耗小，同时快速地切换大故障电流。

本发明通过换向部件具有至少一个电感部件来解决上述技术问题。

按照本发明，使用电感元件或部件，来支持例如由于短路而触发的电流上升的情况下的换向。在正常运行时，总的运行电流在稳定状态下完全经由机械开关流动，因为在断开支路的功率电子设备中，在有电流流动时，产生比在机械开关本身和在需要时与其串联连接的电感部件中明显更大的电压降。为了更快地达到电流经由运行电流路径流动的这种希望的稳定状态，也可以将功率电子设备控制为高欧姆状态。换句话说，可以使功率开关单元的功率半导体开关转换到其截止位置，以使运行电流或负载电流可靠地经由运行路径传输。

此外，在按照本发明的设备后面的电流流动方向上发生短路时，在运行电流路径中流动的恒定负载电流还在运行电流路径中流动。通过与电网电感相比小、但是与功率开关单元的电感相比大的电感部件的电感，自动使陡度主要由电网电感L_N确定的故障电流转向到断开支路中。因此，在本发明的范围内，作为功率开关单元的一部分或者作为运行电流路径中的辅助开关的功率电子设备不必再将负载电流和故障电流一起从每一个要断开的机械开关中换向到功率开关单元中，而仅将负载电流从每一个要断开的机械开关中换向到功率开关单元中。

按照一种优选构造，设置彼此感性地耦合的至少两个电感部件。借助布置在开关的不同支路中的电感部件的感性耦合，能够更好地实现换向。此外，能够抑制经由开关的电流流动，因此能够在不使用有源换向的情况下几乎无电流地断开机械开关。

有利的是，除了电感部件之外，换向部件还包括可控的功率半导体开关，其至少部分地被构造用于产生反向电压，其抑制要断开的机械开关中的故障电流。下面还将更详细地描述这种有源换向部件。由于电感部件，能够以低成本构造有源换向部件。

按照与此相关的一种适宜的构造，可控的功率半导体开关具有至少一个布置在运行电流路径中的晶闸管。在本发明的范围内，晶闸管与调节或控制单元相结合。所述控制单元例如确保在电网正常运行时，额定电流可以经由晶闸管沿各个需要的方向流动。为此，例如对晶闸管持续进行触发。然而，在发生故障的情况下，晶闸管抑制经由要断开的机械开关的不希望的电流流动。这可以通过适宜的控制来进行。适宜的是，与每一个晶闸管并联地布置过电压保护放电器或者其它过电压保护设备。

按照本发明的第一变形例，在运行电流路径中布置有两个机械开关，其中，旁路电流支路在与接线端子之间的运行电流路径的并联电路中延伸，在旁路电流支路中同样布置有两个机械开关和/或两个功率半导体，其中，断开支路将运行电流路径的布置在机械开关之间的中间支路电势点与旁路电流回路的布置在机械开关或者功率半导体之间的中间支路电势点连接。按照该有利扩展方案，设置所谓的H电路，其配备有电感部件，用于支持换向。在所谓的H桥中，电流优选经由运行电流路径流动。当然，原则上，所谓的H桥的完全对称的构造也是可以的。在对称的构造的情况下，运行电流不仅可以经由运行电流路径流动，而且可以经由旁路电流支路平均地流动。H电路具有独立于开关上的电流的方向的优点，该电流总是被换向到中间支路中来进行切换。于是，布置在那里的功率开关单元必须能够将电流切换成仅按照一个方向。在短路的情况下，电感部件不仅支持运行电流、而且支持短路电流到断开支路中的换向，在那里进行电流的断开。

适宜的是，每个电感部件布置在运行电流路径的中间支路电势点和开关中的一个之间，和/或布置在旁路电流支路的中间支路电势点和开关或功率半导体中的一个之间。

按照与此相关的一个适宜的扩展方案，至少一个电感部件布置在断开支路中，并且与运行电流路径和/或旁路电流路径的至少一个电感部件感性地耦合。

在本发明的与H电路不同的一个变形例中，运行电流路径可被断开支路桥接。按照该有利扩展方案，按照本发明的设备、即按照本发明的直流电压功率开关仅具有两个彼此平行的铺设的支路，即运行电流路径和至少部分地跨接其的断开支路。换向部件以电感部件的形式布置在运行电流路径中、断开支路中并且/在需要时布置在接线端子与运行电流路径和断开支路之间的分支点之间。

有利的是，至少一个电感部件布置在运行电流路径的可被断开支路桥接的区段中。在正常运行时，负载电流经由电感部件布置在其中的运行电流路径流动。因为电流没有变化，因此在电感部件中不感生电压。在按照本发明的设备后面看到的运行电流的方向上发生短路时，电流快速上升。上升的陡度又由所连接的直流电网的电感确定。陡然的电流上升在电感部件中产生电压，其确保将短路电流换向到断开支路中。仅一小部分短路电流还经由包括开关的运行电流支路流动。为了将其也换向到断开支路中，例如功率开关单元的功率电子设备可以产生电压，其在由断开支路和被其跨接的运行电流路径的区段构成的环路中驱动与要断开的机械开关中的运行电流相反的电流。这确保在开关中产生电流过零点，从而其能够尽可能无电流地断开。因此，避免了电弧的形成或者电弧可以快速地熄灭。

按照本发明的与此相关的一个不同的变形例，电感部件布置在接线端子与运行电流路径和断开支路之间的分支点之间，并且与布置在被断开支路跨接的运行电流路径的区段中或断开支路本身中的另一个电感部件感性地耦合。按照本发明的该有利扩展方案，不是仅使用单个的电感、即单个的电感部件，而是使用彼此感性地耦合的多个电感部件。特别地，这些电感部件经由铁磁材料、例如铁芯或者铁轭或者由其它铁磁材料制成的磁轭彼此耦合。在此，运行电流始终流经电感部件中的一个。另一个电感部件仅位于两个电流路径中的一个中，即位于运行电流路径中或者位于断开支路中。由于这种布置，在本发明的范围内能够实现其它优点。因此，如这里还将详细地说明的那样，在本发明的这种构造中，仅由于电感部件就可以进行电流从运行电流路径到断开支路中的完全换向。

有利的是，在每一个接线端子与运行电流路径和断开支路之间的每一个分支点之间布置有电感部件，其与布置在运行电流路径中或断开支路中的另一个电感部件感性地耦合。

按照一个有利扩展方案，彼此感性地耦合的电感部件具有绕线方向彼此相反的绕组。按照该有利扩展方案，由电感部件产生的磁通量可以在用于进行耦合的芯中互相抵消，从而优选一个方向上、即例如经由断开电流支路的电流流动。这显著地支持换向。

在此，例如适宜的是，两个彼此感性地耦合的电感部件的绕组的数量相同。

与此不同，两个彼此感性地耦合的电感部件的绕组的数量不同。按照该变形例，可以在由断开支路和被其跨接的运行电流路径的区段形成的环路中产生回路电流，其确保在运行电流路径中产生电流过零点。因此，机械开关可以几乎无电流地断开。

按照本发明的一种优选构造，功率开关单元包括具有至少一个功率半导体开关的两极子模块的串联电路和用于减少在开关时释放的能量的部件。在该范围内，子模块的构造原则上是任意的。因此，每个子模块例如可以仅具有一个可接通和断开的功率半导体开关，其能够反向导通或者其与一个续流二极管反向并联连接。

然而，在本发明的范围内，优选每个子模块具有自己的能量存储器和与能量存储器并联连接的功率半导体电路，从而在每一个子模块的两个接线端子上可产生降落在能量存储器上的电压或者零电压。功率半导体电路可以与相应的能量存储器形成所谓的全桥电路或者半桥电路。在全桥电路中，使用四个可接通和断开的功率半导体开关，例如IGBT、GTO、IGCT等。四个功率半导体开关布置在分别由两个功率半导体开关构成的两个串联电路中。所述串联电路中的每一个与能量存储器并联连接，其中，一个子模块接线端子连接到第一串联电路的功率半导体开关之间的电势点，第二子模块接线端子连接到第二串联电路的功率半导体开关之间的电势点。因此，可以在两个子模块接线端子上产生降落在能量存储器上的电压、零电压或者反向能量存储器电压。

在半桥电路中，仅设置有两个功率半导体开关，其布置在单个串联电路中，其与能量存储器并联连接。一个子模块接线端子也连接到所述串联电路的功率半导体开关之间的电势点。第二子模块接线端子直接连接到能量存储器的一个极。因此，可以在子模块接线端子上产生降落在能量存储器上的电压或者零电压。

在本发明的另一种适宜的构造中，换向部件仅具有电感部件。由于该有利扩展方案，可以完全弃用功率电子、即有源换向部件。当然，仅当出现具有足够大的di/dt的故障电流i时，才可以使用按照该有利扩展方案的切换。无法借助仅基于电感部件的换向部件切换运行电流。

附图说明

本发明的其他合适的构造和优点是以下参考附图对本发明的实施例的描述的内容，其中相同的附图标记表示相同作用的部件并且其中：

图1示意性地示出了按照本发明的设备的第一实施例，

图2示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，

图3示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，

图4示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，

图5示意性地示出了电流曲线的示意图，

图6示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，

图7示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，以及

图8示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例，以及

图9示意性地示出了按照本发明的设备的另一个实施例。

具体实施方式

图1示出了按照本发明的设备1的第一实施例，其具有两个接线端子2和3，设备1通过这两个接线端子2和3串联连接到在图中未进一步示出的直流电网的一个极4、换句话说一个导线中。所述极4具有在图1中示意性地示出的电网电感L_N。

设备1具有被断开支路6桥接的运行电流路径5。在运行电流路径5中布置有快速断开的机械开关7和具有电感L₃的电感部件8。电感部件8例如是线圈或者扼流圈。在断开支路6中布置有功率开关单元9，其具有由两极子模块10构成的串联电路，在图1中仅示出了其中的一个子模块10。

每个子模块10具有能量存储器11，其与分别由两个可接通和断开的功率半导体开关14、例如IGBT、IGCT或GTO构成的两个串联电路12和13并联连接。每个功率半导体开关14与一个续流二极管15反向并联连接。第一子模块接线端子16连接到第一串联电路12的功率半导体开关14之间的电势点，并且第二子模块接线端子17连接到第二串联电路13的功率半导体开关14之间的电势点。因此，在所述子模块接线端子16和17上可以产生降落在能量存储器、这里是电容器11上的电容器电压Uc、零电压或者反向电容器电压-Uc。

此外，功率开关单元9包括在图中未示出的放电器，用于导出在进行开关时释放的能量。如果控制子模块10的功率半导体开关14，使得在子模块接线端子16和17上产生零电压，则在整个功率开关单元9上可以流过直流电流。然而，由于多个串联连接的功率半导体13、14的欧姆电阻，在功率开关单元9上产生如此之大的电压降，使得在机械开关7闭合时，仅在运行电流路径5上流过直流电流。

在图1中示出的实施例中，电流从左向右、即从接线端子2向接线端子3流动。如果在设备1后面在所述电流流动的方向上存在短路，则导致在运行电流路径5上流动的电流陡然上升。由此带来的电感部件8中的磁通量的改变在电感部件8中感生电压，其确保短路电流从运行电流路径5换向到断开电流支路6中。电感部件8具有电感L₃，其与电网电感L_N相比小，然而与功率开关单元9的电感相比大。然而，此外，即使在短路情况下在运行电流路径5中也流过恒定的负载电流。通过对功率开关单元9进行相应的控制，只要在功率开关单元9上产生这样的电压，使得在由运行电流路径5和断开支路形成的环路中流过回路电流，其在机械开关7中与运行电流和在那里流动的短路电流分量相反并且确保总电流经过零点，同样可以将该负载电流换向到断开支路中。于是机械开关7几乎可以无电流地断开。因此，由于电感部件8，通过功率电子设备9在机械开关7中产生电流过零点所需的功率显著减小。

图2示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其与在图1中示出的实施例的不同之处在于，换向部件具有两个电感部件18和19，其二者也被构造为线圈或扼流圈。电感部件18布置在接线端子中的一个2与运行电流路径5和断开电流支路6之间的第一分支点20之间。另一个电感部件19仅位于断开支路6中。可以看到，电感部件18和19通过由铁磁材料、这里为铁制成的芯21彼此感性地耦合。部件19具有与部件18的绕线方向相反的绕线方向。换句话说，电感部件18和19具有相反的绕线方向。

在此，两个电感部件18、19的绕组的数量可以相同。在如示出的那样在图2中从左向右流动的恒定负载电流的情况下，电感部件18和19的电感不起作用。然而，由于功率开关单元9上的电压降，恒定负载电流在运行电流路径5上流动。当然，在这种正常状态下，机械开关7闭合。在短路的情况下，在设备1后面的电流流动方向上产生电流上升，di/dt大于零。如果该变化的电流不仅流过电感部件18、而且流过电感部件19，则该电流产生磁通量变化，其在耦合电感部件18和19的芯21中得到抵消。因此，对于该电流，几乎没有电感起作用。相反，在运行电流路径上流动的电流仅流过具有电感L1的电感部件18。该电感L1对该电流起作用，确保其换向到断开支路6中。功率开关单元9现在可以产生回路电流，其通过在开关7中产生反向电流仅使负载电流的基本保持恒定的分量减小到零。

如果断开支路6中的电感部件19的绕组的数量小于电感部件18的绕组的数量，则断开支路中的电感部件19的电感L₂小于电感部件18的电感L₁。L₁中的例如在由于短路而产生的电流上升的情况下的电流变化使得芯21的磁通量发生变化。在电感部件19中也感生磁通量，其与其原因相反地作用。由于电感部件19的匝数较小，因此与在电感部件18上相比，在那里流过的电流更大，从而能够抵消芯21中的磁通量。因此，在部件19中电流比故障电流更快地上升。附加的电流上升在由断开支路6和运行电流路径5形成的环路中产生回路电流。回路电流由断开支路中的电感部件19的较小的电感L₂产生。其在断开支路6中沿与短路电流相同的方向流动。然而，其在运行电流路径5中与在那里流动的负载电流和在那里的较小的短路电流分量相反地流动。因此，该环路电流使得机械开关7中的电流减小。在部件大小合适的情况下，几乎可以抑制开关7上的电流。用于在开关7中产生电流过零点的功率开关单元9的功率电子设备的附加介入因此变得没有必要。换向单独通过无源元件、即通过电感部件18和19以及其经由芯21的感性耦合来进行。

图3示出了按照本发明的设备1的另一个实施例，其与在图2中示出的实施例的不同之处在于，第二电感19不再布置在断开支路6中、而是布置在运行电流支路5中。因此，在该变形例中，恒定负载电流沿在图5中由箭头示出的方向在低欧姆的运行电流路径5中流动，并且如在其它实施例中那样，引起芯21的一定的基波磁化。例如由于短路而在具有电感L₁的电感部件18中产生的电流梯度在芯21中产生变化的磁通量，由此在具有电感L₂的电感部件19中产生电流，其与其原因相反地作用并且抑制芯21中的磁通量变化。

如果电感部件18和电感部件19分别具有相同的绕组数量，则电流变化di/dt在具有电感L₁的电感部件18中产生变化的磁通量。在具有电感L₂的电感部件19中由于匝数相同而产生相同的电流上升，从而抵消芯21中的两个磁通量。电感部件19中、由此还有开关7中的电流上升关于恒定负载电流是负的，因此早晚使得电流在开关7中等于零。电感之间的比L₂/L₁越小，越早在开关7中达到电流过零点。这里，电流从运行电流路径5向断开支路6中的换向也可以由功率开关单元9的功率电子设备支持。然而，在电感部件18和19的大小合适的情况下，换向可以仅通过无源的电感部件18和19来进行。

图4示出了本发明的另一个变形例。可以看到，除了已经结合图2描述的在这里相应地布设或者可以布设的部件之外，还设置了其它电感部件。即在第二接线端3和第二分支点22之间布置有具有电感L₃的线圈或扼流圈形式的第二电感部件30。电感部件30与布置在断开电流支路6中的具有电感L₄的电感部件31感性地耦合。为了进行感性耦合，又使用由铁磁材料制成的芯21。这两个附加的电感部件30和31的工作方式与已经说明的电感部件18和18的工作方式相对应。当然，在本发明的范围内，电感部件31也可以基于按照图3的实施例布置在运行电流路径5中。

图5关于按照图2的设备1借助于虚线从左向右示意性地示出了在时刻t₀发生短路的情况下的运行电流路径5中的电流I_s的曲线。t₀在图5中为2ms。电流曲线I_s非常快地、也就是说在500μs之后，在t₁进行到电流过零点，其中，t₁＝t₀+500μs成立。这里，500μs仅应当理解为示例。然而重要的是，自出现故障直到第一个电流过零点经过的时间明显小于1ms。因为通常开关延迟时间大约在2ms，因此无法使用第一个电流过零点，来几乎无电流地断开机械开关7。然而，从图5中得知，在时刻t₃获得第二个电流过零点。因为在t₀和t₃之间可能经过了非常多的时间，因此在一些应用中可能无法等到第二个电流过零点。然而，如已经多次说明的那样，有源换向部件可以是断开单元9的一部分，其中，由运行电流路径5和断开电流支路6形成的环路驱动与开关7中的电流相反的回路电流。该回路电流加速第二个电流过零点的出现。在图5中借助于实线示意性地示出了利用有源换向的开关7中的电流曲线I_s。可以看到，以这种方式，在2ms之后已经可以产生第二个电流过零点，其中，随后电流几乎保持为零。

此外，在图5中通过点线示出了第三个电流曲线。该电流曲线可以利用在很大程度上与在图2中示出的实施例相对应的按照图6的设备获得，然而其中，在运行电流路径5中布置有晶闸管32，其与过电压保护放电器33并联连接。晶闸管32是可控的功率半导体开关，然而其无法主动地断开。

在额定工作状态下，电流流过运行电流路径5，因此例如从接线端2流过晶闸管32和机械开关7到达接线端3。在额定工作状态下，晶闸管32总是延后触发，以确保其导电性。在按照本发明的设备1后面的电流流动方向上出现短路的情况下，在d_t后产生的电流上升d_i，从而经由铁磁的芯21彼此感性地耦合的电感部件18和19用于在时刻t₁，参见图5，即在500μs之后已经快速地产生电流过零点。因为晶闸管32不能反向导通，因此自时刻t₁起流过运行电流路径5的电流保持为零。如果阻止对晶闸管32的触发命令，则在又产生正电流、即从接线端子2到接线端子3的电流时，电流流动也保持等于零。对于晶闸管32存在相应的关断间隔。与晶闸管32并联连接的过电压保护放电器33例如是压敏电阻。确定该压敏电阻的大小，使得在出现TRV时，实际上不允许电流流过过电压保护放电器33。在该实施例中，机械开关可以完全无电流地断开，因为电流流动被晶闸管阻止。在此，确定晶闸管的大小，使其仅用于小的电压、明显小于DC额定电压的电压。

图7示出了按照图6的实施例，然而其中，该电路可以用于两个电流方向。为此，设置了另一个晶闸管34，其与第一晶闸管32反向并联连接。然而，晶闸管32、34的工作方式对应于结合在图6中示出的设备1所说明的工作方式，然而其中，在每一种情况下在发生故障的情况下中断晶闸管的触发。

在图8中示出了按照本发明的设备1的另一种构造，其对应于所谓的H电路。在按照本发明的设备1的该实施例中，在运行电流路径5中布置有两个机械开关7和23。此外，设置了旁路电流支路24，其在接线端子2和3之间在与运行电流路径5的并联电路中延伸，其中，在运行电流路径5和旁路电流支路24之间形成两个分支点20和22。在旁路电流支路24中布置有两个二极管25和26，作为具有彼此相反的导通方向的功率半导体。在运行电流路径5的机械开关7和23之间形成运行电流路径5的中间支路电势点27。旁路电流路径的中间支路电势点28位于两个二极管25和26之间。具有在其它方面与按照图1至6的功率开关单元9相对应的功率开关单元9的断开支路6在所述两个中间支路电势点27和28之间延伸。在运行电流路径5的中间支路电势点27与每一个机械开关7和23之间又布置有具有电感L3或L3'的电感部件8。在正常运行时，由于恒定负载电流在功率开关单元9上的高电压降，电流仅在运行电流路径5上流动，因此流过两个开关7和23以及在那里布置的电感部件8。在短路的情况下电流上升时，两个电感部件8将阻止电流上升。然而，由于布置在旁路电流支路24中的二极管25和26，这仅可以在其开关应当断开的支路中进行。如果电流从接线端子2流向接线端子3，则这是机械开关23。电流于是换向到断开支路6中，并且经由二极管26流向接线端子3。

图9示出了按照本发明的设备1的另一个实施例。该实施例与在图7中示出的变形例的不同之处在于，除了运行电流路径5中的两个电感部件8之外，还在断开电流支路6中布置了另一个电感部件29，其中，所有三个电感部件8和29经由由铁磁材料制成的芯21彼此感性地耦合。在正常运行时，恒定负载电流经由具有开关7和23的运行电流支路5流动。在由于短路而电流上升时，电感部件8和29起作用，其中，由于二极管25和26的取向，电流换向到断开支路6中。由于关于运行电流路径中的电感部件8具有相反的绕线方向和相同的匝数的断开支路6中的电感部件29，由于通过芯21感性地耦合，针对换向到断开支路6中的电流产生为零的有效电感。这进一步有利于电流换向到断开支路6中。

在图中未示出的另一个变形例中，在断开支路6中没有第三电感部件29，其中，运行电流路径5中的电感部件8彼此耦合。在该变形例中，阻止要断开的开关23中的电流上升。然而，恒定负载电流还经由开关23流动。因此，在这种构造中，断开单元9的功率电子器件必须确保经由开关23保持流动的电流的有源换向。例如，这可以通过感生与运行电流路径中的恒定负载电流方向相反的经由分支点27、28和22流动的电流来进行。

Claims (17)

1.一种用于在直流电网的一个极(4)中切换直流电流的设备(1)，具有：

-两个接线端子(2，3)，用于与所述极(4)串联连接，

-在所述接线端子(2，3)之间延伸的运行电流路径(5)，其中布置有至少一个机械开关(7，23)，

-断开支路(6)，其中布置有具有可接通和断开的功率半导体开关(14)的、被构造用于断开大的故障电流的功率开关单元(9)；以及

-换向部件(8，18，19，20，29，30，31)，用于将电流从运行电流路径(5)换向到断开支路(6)，

其特征在于，

所述换向部件(8，18，19，20，29，30，31)具有至少一个电感部件(8，18，19，29，30，31)。

2.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述换向部件具有彼此感性地耦合的至少两个电感部件(18，19，30，31)。

3.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

所述换向部件具有可控的功率半导体开关(14，32，34)，其至少部分地被构造用于产生反向电压，该反向电压抑制要断开的机械开关(7，23)中的故障电流。

4.根据权利要求3所述的设备(1)，

其特征在于，

所述可控的功率半导体开关包括至少一个布置在运行电流路径中的晶闸管(32，34)。

5.根据前述权利要求中的任一项所述的设备(1)，

其特征在于，

在运行电流路径(5)中布置有两个机械开关(7，23)，其中，旁路电流支路(24)在与接线端子(2，3)之间的运行电流路径(5)的并联电路 中延伸，在旁路电流支路(24)中同样布置有两个机械开关和/或两个功率半导体(25，26)，其中，断开支路(6)将运行电流路径(5)的布置在机械开关(7，23)之间的中间支路电势点(27)与旁路电流支路(24)的布置在机械开关或者功率半导体(25，26)之间的中间支路电势点(28)连接。

6.根据权利要求5所述的设备(1)，

其特征在于，

电感部件(8)布置在运行电流路径(5)的中间支路电势点(27)和一个开关(7，23)之间，和/或布置在旁路电流支路(24)的中间支路电势点(28)和一个开关或功率半导体(25，26)之间。

7.根据权利要求6所述的设备(1)，

其特征在于，

至少一个电感部件(29)布置在断开支路(6)中，并且与运行电流路径(5)和/或旁路电流支路(24)的至少一个电感部件(8)感性地耦合。

8.根据权利要求1所述的设备(1)，

其特征在于，

运行电流路径(5)能够被断开支路(6)桥接。

9.根据权利要求8所述的设备(1)，

其特征在于，

至少一个电感部件(18)布置在运行电流路径的被断开支路桥接的区段中。

10.根据权利要求8所述的设备(1)，

其特征在于，

电感部件(18)布置在接线端子(2，3)与在运行电流路径(5)和断开支路(6)之间的分支点(20，22)之间，并且与布置在运行电流路径(5)中或断开支路(6)中的另一个电感部件(19)感性地耦合。

11.根据权利要求8所述的设备(1)，

其特征在于，

在每一个接线端子(2，3)与在运行电流路径(5)和断开支路(6)之间的每一个分支点(20，22)之间布置有电感部件(18)，其与布置在运行电流路径(5)中或断开支路(6)中的另一个电感部件(19)感性地耦合。

12.根据权利要求10或11所述的设备(1)，

其特征在于，

彼此感性地耦合的电感部件(18，19，30，31)具有绕线方向彼此相反的绕组。

13.根据权利要求12所述的设备(1)，

其特征在于，

两个电感部件(18，19，30，31)的绕组的数量相同。

14.根据权利要求12所述的设备(1)，

其特征在于，

两个彼此感性地耦合的电感部件(18，19，30，31)的绕组的数量不同。

15.根据权利要求1-4中的任一项所述的设备(1)，

其特征在于，

所述功率开关单元(9)包括具有至少一个可接通和断开的功率半导体开关(14)的两极子模块(10)的串联电路和用于减少在开关时释放的能量的部件。

16.根据权利要求15所述的设备(1)，

其特征在于，

每个子模块(10)具有能量存储器(11)和与能量存储器(11)并联连接的功率半导体电路(12，13)，从而在每一个子模块(10)的两个接线端子(16，17)上能够产生降落在能量存储器(11)上的电压或者零电压。

17.根据权利要求1或2所述的设备(1)，

其特征在于，

所述换向部件仅具有电感部件(8，18，19，20，29，30，31)。