CN110506376B

CN110506376B - 电切换装置

Info

Publication number: CN110506376B
Application number: CN201880021523.0A
Authority: CN
Inventors: D.霍伊斯根; P.罗伊米勒; H.勒斯勒; D.普罗斯特雷尼克; W.沙布鲍尔
Original assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Current assignee: Siemens Mobility Austria GmbH
Priority date: 2017-04-06
Filing date: 2018-04-03
Publication date: 2022-05-24
Anticipated expiration: 2038-04-03
Also published as: AT519847A1; EP3566275A1; CN110506376A; WO2018185051A1; AT519847B1

Abstract

一种电切换装置（1），其包括：至少一个布置在电路（4、5）中的半导体开关（2、3）；电测量装置（7、8、9、24）；对通过所述测量装置（7、8、9、24）来确定的测量值进行分析的控制装置（6），所述控制装置构造用于操控所述半导体开关（2、3），其中所述控制装置（6）在检测到确定的测量值时引起对所述半导体开关（2、3）的自动确定的操控，其中用于操控所述半导体开关（2、3）的条件能借助于启动过程经由数据接口（10）被传送给所述控制装置（6）。

Description

电切换装置

技术领域

本发明涉及一种电切换装置。

背景技术

在电设备中设置保护装置，所述保护装置对装置、如导线或耗电器进行保护以防不容许的和危险的运行条件。例如，使用导线保护开关来保护导线以防短路电流或持续较长时间的过流。借助于故障电流开关来保护人员以防由于有缺陷的电装置而引起的危险的接触电压，其中流经人员的电流在值很微小时就已经被识别出并且进行切断。对于电机来说，常常使用电机保护开关，所述电机保护开关在三相交流***的一个相失灵时引起切断，因为电机本身在其起动之后也以剩余的相继续运转，但是会热过载。然而，所提到的以及其它保护装置并不适合于符合运行的、频繁的切换，使得还与这些保护装置串联地设置切换装置、例如电磁操纵的继电器。这些切换装置虽然有关数目很多的开关循环来设计，但是不能切断短路电流。因此，对于每个电路来说都设置至少一个保护装置并且必要时也设置切换装置。在用于插座的电路中，通常不设置切换装置，而在用于电机的电路中实际上总是设置切换装置。对保护以及切换***的操纵可以手动地或者遥控地力操纵地来实现。尤其是在车辆中、例如在轨道车辆中，对电保护和切换***的空间需求现在由于对车辆电气设备的不断提高的要求而是相当大的，使得希望将开关柜转移到只能困难地接触到的区域。由此，会使操作变得困难，使得该操作实际上只可能会更多在车间进行。但是，常用的可遥控的保护和切换装置有缺点、如空间需求大，这些缺点使得这些常用的可遥控的保护和切换装置并不适合于在车辆中使用。

发明内容

因而，本发明所基于的任务在于：说明一种电切换装置，该电切换装置能够实现遥控的切换动作以及能够实现对被连接到该电切换装置上的电装置的保护功能。

该任务通过根据本发明的电切换装置来解决。

根据本发明的基本思想，描述了一种电切换装置，其包括：至少一个布置在电路中的半导体开关；电测量装置；对通过测量装置来确定的测量值进行分析的控制装置，该控制装置构造用于操控半导体开关，其中该控制装置在检测到确定的测量值时引起对半导体开关的自动确定的操控，而且其中用于操控半导体开关的条件能借助于启动过程经由数据接口被传送给该控制装置。

由此能实现如下优点：可以提供一种电切换装置，该电切换装置不仅可以实施操作上的切换动作而且提供了对被连接到该电切换装置上的电装置的保护，而且该电切换装置在此具有微小的结构空间需求并且能遥控。

按照本发明，借助于如下半导体开关来建立切换装置，所述半导体开关可以无磨损地进行工作而且在此也可以接通和关断高电流。这种切换装置类似于机电接触器那样适合于符合运行的切换，但是在此不受磨损。附加地，按照本发明的切换装置包括控制装置和用于检测电参量、尤其是用于当前流经该切换装置的电流和当前的电压的测量装置。在此，用于电流强度的测量装置可基于不同的测量原理。可以使用电流转换器或者通过在电阻（分流）上的电压降来确定电流强度。在此，通过在电阻上的电压降进行的电流测量非常精确并且没有延迟，但是持续地产生热损失。如果不需要该高精度，例如如果电流值只是被用于保护目的，则半导体开关本身可以被用作电流传感器。在此，借助于所谓的VCE（sat）监控或对导通电压VDS（on）的监控，实现了在没有附加的测量电阻的情况下确定电流强度。这样确定的测量参量被传送给该控制装置，使得该控制装置例如可以据此来确定切断标准。这些切断标准涉及电值、例如由于切换装置引起的过高的电流，使得能模仿熔断器或者电磁安全自动开关的功能。在此，该功能借助于控制逻辑电路或在控制装置中的程序控制来模仿，使得例如电磁安全自动开关的触发特性曲线可以电子地被模仿。

按照本发明，切换装置可以在启动过程的框架内配备确定的切换或保护功能，其中经由数据接口将相对应的配置传输到控制逻辑电路的存储器中。因此，可以使用本身结构相同的分别具有不同的功能的切换装置，因为对切换装置的具体的功能性的规定通过启动过程才被确定。

由此，可以实现具有不同的切换或保护特性的切换装置，其中仅仅所使用的半导体开关的极限值起限制作用。

例如，按照本发明的切换装置可以实现所有常用的电保护功能。尤其可以实现如下功能性：

• 在短路时的快速切断，

• 在持续过载时的切断，

• 在负载电流的不容许的变化过程（在不超过所容许的最大电流的情况下也在电路中识别出电弧）时的切断，

• 故障电流保护，

• 保护以防过压或欠压，

• 在单个相失灵时的切断（电机保护），

其中所有触发特性曲线都能实现。

按照本发明的切换装置的另一优点在于：所有常用的电切换功能都能实现。尤其可以实现如下功能性：

• 无磨损的操作上的接通和关断，

• （例如用于电机或电灯的）软起动，

• 对大电容的接通，

其中某些参数（例如加速时间、电流限制）能调整。在此，在启动过程中通过将配置数据传送给控制装置来调整这些参数，或者这些配置数据可以以不能改变的方式存放在该控制装置中。

按照本发明，该切换装置配备有数据接口，使得通过该接口，除了对于启动过程来说所需的数据传送给控制装置之外，也能将数据从控制装置传送给所连接的数据接收方、例如上级诊断***。在此，值得推荐的是：传送当前的测量值、例如流经切换装置的电流作为数据值。

在本发明的另一扩展方案中，从这些测量值推导出的值、诸如电功率或者电工作（能量）可以通过控制装置来确定并且经由数据接口被传送给所连接的数据接收方。

尤其有利的是：通过控制装置将半导体开关的当前的切换状态传输给数据接口，因为由此上级控制装置、例如上级诊断***、车辆控制装置或者类似的装置可以检测电设备的当前的状态并且必要时将该状态以适合的形式呈现给操作人员。

在本发明的另一扩展方案中，值得推荐的是：已经经由数据接口来输出对电测量参量的极限值的接近，作为报警。例如，如果检测到了故障电流，但是该故障电流的值不曾达到导致切断的极限值，则可以进行报警。

本发明的一个优选的实施方式规定：经由数据接口来输出已经导致自动的切换动作的触发条件。这样，上级控制装置例如可以进一步处理相应的触发原因（例如短路）并且使目标明确的维护或修理简化。另一优点在于：在某些条件下，在没有排除触发故障的情况下，不应该立即重新接通。例如，在由于短路或故障电流引起的触发之后对电机的电路的重新接通（手动或自动）是不利的。本发明的一个优选的实施方式规定：该控制装置在半导体开关的自动确定的切断过程之后进行自动的重新接通。为此，在切换装置的启动过程中，其中容许自动的重新接通的那些条件应经由数据接口被传输。

在本发明的另一扩展方案中，值得推荐的是：在电路中设置至少一个可机电操纵的开关元件，该开关元件能通过控制装置来操控。这样，由切换装置照管的耗电器可以与能量供应装置电流隔离，使得在该电路上无危险地进行工作是可能的。在此，由切换装置照管的耗电器可以在故障（例如接地）的情况下与能量供应装置电流隔离。该切换动作可以通过在控制装置中的参数来配置，使得不仅自动隔离（在某些条件存在时）而且手动隔离都是可能的。为此，在切换装置的启动过程中，针对自动隔离的条件应经由数据接口来传输。手动隔离可以通过上级控制装置经由数据接口来引起。

在本发明的另一扩展方案中，值得推荐的是：在切换装置的构件上设置至少一个温度检测装置，该温度检测装置能通过控制装置来分析。这样，在存在不容许的温度值时可以实施自动的切换动作而且可以经由数据接口将有关这些这样被触发的切换动作的信息（例如温度的数值、在切换时间点的当前功率）传送给所连接的数据接收方。

按照本发明的切换装置可以以所有常用的极数来使用而且不仅被用于交变电压设备而且被用于直流电压设备。还值得推荐的是：给该切换装置配备操作元件，借助于这些操作元件，也可以直接在该切换装置上手动地执行切换动作。同样，该切换装置本身可以配备显示装置，所述显示装置直接在切换装置上显示切换装置的状态（例如供电电压附上/未附上，半导体开关闭合/断开，等等）并且因此使维护或故障查找简化。

附图说明

其中：

图1示例性地示出了切换装置、框图；

图2示例性地示出了控制装置、框图。

具体实施方式

图1示例性地并且示意性地示出了切换装置的框图。示出了切换装置1的框图，该切换装置两极地来实施。这种配置对于车辆中的如下切换或保护装置来说是典型的，所述切换或保护装置不仅切换和保护馈电线而且切换和保护回线，或相和零线。为此，在第一电路4中设置半导体开关2而在第二电路5中设置另一半导体开关3。流经第一电路4的电流借助于电流测量装置7来确定，流经第二电路5的电流借助于电流测量装置8来确定。第一电路4与第二电路5之间的电压借助于电压测量装置9来确定。输出电压测量装置24被设立用于确定附在电路4、5的输出端上的电压而且将该电压的值传送给控制装置6。温度测量装置25检测切换装置1的或者切换装置1中的确定的组件的温度并且将该温度的值传送给控制装置6。控制装置6被设立用于接收测量装置7、8、9、24、25的测量信号而且具有用于操控半导体开关2、3的控制输出端。控制装置6例如可以实施为存储可编程控制器或者实施为具有程序存储器和数据存储器的微控制器。该切换装置还包括用于控制装置的能量供应装置12并且当然包括用于电路4、5的电连接的接线柱11。数据接口10被设计用于与控制装置6的双向的数据传送，而且可以将从外部输送给切换装置1的控制信号传送给控制装置并且将由控制装置6产生的信号传送给其它装置。在电路4、5中布置两极的机电隔离开关13，该两极的机电隔离开关通过控制装置6来操控并且在此将该两极的机电隔离开关的切换状态反馈给控制装置6。示例性地在图1中示出的切换装置因为能够确定两个电路4、5中的电流和电压而可以满足多个功能，尤其是：

- 无磨损的接通/关断

- （例如用于电机或电灯的）软起动

- 对大电容的接通

- 对负载的电流隔离

- 过流保护

- 短路保护

- 过压/欠压保护

- 故障电流保护

- 电弧保护。

在两极的实施方案中，相失灵保护（电机保护开关）的功能当然不可能，而在三极的实施方案中能非常简单地实现。在启动过程的框架内，具体值、例如触发特性曲线、触发值和功能性本身可以经由数据接口10被传送给控制装置6，使得一种类型的切换装置1就可以执行分别不同的任务。

图2示例性地并且示意性地示出了控制装置的框图。示出了控制装置6的框图，如其可在图1中的切换装置1中投入使用的那样。控制装置6包括：数字计算单元14，该数字计算单元被设立用于执行指令序列；和存储器15，用于这些指令序列并且用于固定值和可变值。计算单元6还包括用于测量装置7、8、9、24、25的测量值19的模拟-数字转换器16。通过模拟-数字转换器16确定的数字值可以由计算单元14读出。驱动电路17可以通过计算单元14来操控，而且将这些信号以适合于如下这些构件的形式转发给被连接到该驱动电路上的半导体开关2、3以及隔离开关13。同样，通过计算单元14来识别隔离开关13的反馈并且适当地准备该信号用于进一步处理。在此，附加地可以设置半导体开关2、3与控制装置6之间的电位隔离，例如借助于光电耦合器或者感应变压器来设置半导体开关2、3与控制装置6之间的电位隔离。为了双向的数据传输，通信接口18配备有计算单元14并且将计算单元14的数据字符转换成经由数据接口10来传输的那个数据协议（例如TCP/IP）。在启动过程的框架内，经由该数据接口10（在图2中未示出）将限定了切换装置1的相应所希望的功能的那些配置数据传输给计算单元14，其中计算单元14在此将参数化数据23（如触发电流、特性曲线和类似的参数化数据）以及描述了切换装置的功能（保护开关、软起动等等）的配置数据存放到存储器15中。此外，经由通信接口18将切换指令传输给切换装置1，而且将值、例如所连接的耗电器的当前的电功率值输出给外部监控装置。在图2中未示出其它组件、诸如对用于显示切换装置1的状态或者用于检测手动输入的显示装置的操控装置。

附图标记列表

1 电切换装置

2 第一电路的半导体开关

3 第二电路的半导体开关

4 第一电路

5 第二电路

6 控制装置

7 第一电路的电流测量装置

8 第二电路的电流测量装置

9 电压测量装置

10 数据接口

11 接线柱

12 能量供应装置

13 隔离开关

14 计算单元

15 存储器

16 模拟-数字转换器

17 驱动电路

18 通信接口

19 测量值

20 控制信号

21 数据

22 切换指令

23 参数化数据

24 输出电压测量装置

25 温度测量装置。

Claims

1.一种电切换装置（1），其包括：至少一个布置在电路（4、5）中的半导体开关（2、3）；电测量装置（7、8、9、24）；对通过所述电测量装置（7、8、9、24）来确定的测量值进行分析的控制装置（6），所述控制装置构造用于操控所述半导体开关（2、3），其中所述控制装置（6）在检测到确定的测量值时引起对所述半导体开关（2、3）的自动确定的操控，

其特征在于，用于操控所述半导体开关（2、3）的条件能借助于启动过程经由数据接口（10）被传送给所述控制装置（6），而且其中所述数据接口（10）被设立用于接收针对所述半导体开关（2、3）的切换指令。

2.根据权利要求1所述的电切换装置（1），其特征在于，所述控制装置（6）被设立用于将所述半导体开关（2、3）的相应当前的切换状态传送给所述数据接口（10）。

3.根据权利要求1或2之一所述的电切换装置（1），其特征在于，所述控制装置（6）被设立用于将通过所述电测量装置（7、8、9、24）所检测到的测量值传送给所述数据接口（10）。

4.根据权利要求1至2之一所述的电切换装置（1），其特征在于，用于操控所述半导体开关（2、3）的条件基于过流或短路或相失灵或故障电流或过压或欠压或负载电流的确定的变化过程。

5.根据权利要求4所述的电切换装置（1），其特征在于，在基于条件而对所述半导体开关（2、3）的自动确定的操控时，显示所述条件的信号附在所述数据接口（10）上。

6.根据权利要求1至2之一所述的电切换装置（1），其特征在于，在启动过程中，能经由所述数据接口（10）来预先给定在所述半导体开关（2、3）的自动确定的切断过程之后的自动的重新接通。

7.根据权利要求1至2之一所述的电切换装置（1），其特征在于，一旦通过所述电测量装置（7、8、9、24）所检测到的测量值处在引起所述半导体开关（2、3）的自动确定的切断过程的那个值周围的范围内，所述控制装置（6）就将所述测量值传送给所述数据接口（10）。

8.根据权利要求1至2之一所述的电切换装置（1），其特征在于，在所述电路中设置至少一个可机电操纵的开关元件（13），所述开关元件能通过所述控制装置（6）来操控。