DD282778A5

DD282778A5 - POWER-CONTROLLED SHUT-OFF DEVICE

Info

Publication number: DD282778A5
Application number: DD32796589A
Authority: DD
Inventors: Herbert Hoeft; Gerd Swaton
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1989-04-26
Filing date: 1989-04-26
Publication date: 1990-09-19
Also published as: DE4012385A1

Abstract

Die stromgesteuerte Abschaltvorrichtung findet Anwendung beim Schutz elektronischer Leistungsbauelemente sowie elektrotechnischer Anlagen und Geraete gegen UEberstroeme. Die erfindungsgemaesze Loesung besteht darin, dasz zwei Elektroden mit Stromanschluessen durch einen Isolator mit einer durchgehenden OEffnung getrennt sind, in der OEffnung des Isolators sich ein fluessiger Leiter befindet und ein Vorratsbehaelter fuer den fluessigen Leiter vorhanden ist.{stromgesteuerte Abschaltvorrichtung; Elektroden; Isolator mit OEffnung; fluessiger Leiter; Vorratsbehaelter; UEberstroeme; Schutz elektronischer Leistungsbauelemente}The current-controlled switch-off device is used in the protection of electronic power components and electrical equipment and devices against Überstroeme. The solution according to the invention consists in the fact that two electrodes with current connections are separated by an insulator with a continuous opening, in which the opening of the insulator is a liquid conductor and a reservoir for the liquid conductor is present. electrodes; Insulator with opening; liquid conductor; storage containers; UEberstroeme; Protection of electronic power components}

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Abschaltvorrichtung zum Schutz elektronischer Leistungsbauelemente, insbesondere Dioden, Transistoren, Thyristoren sowie elektrotechnischer Anlagen und Geräte, beispielsweise EC-Anlagen, Gleichrichteranlagen, Motore, Transformatoren gegen Überströme.The invention relates to a shutdown device for protecting electronic power components, in particular diodes, transistors, thyristors and electrical equipment and devices, such as EC systems, rectifier systems, motors, transformers against overcurrents.

Charakteristik des bekonnten Standes der TechnikCharacteristic of the known state of the art

In der Elektrotechnik und Leistungselektronik ist es erforderlich, Geräte, Anlagen, Bauelemente vor Überlastung, speziell vor Überströmen zu schützen. Dies geschieht vorwiegend durch SpezialSicherungen, die auf Schmelzbasis arbeiten oder durch Schutz- bzw. Leistungsschalter. Der Hauptnachteil der Schmelzsicherungen besteht darin, daß sie nicht wieder verwendbar sind (L. Fessat, Von der Verwendung der Schmelzsicherungen zum Schutz der Einkristall-Halbleiter gegen Überströme, Lyon 3'). Schutz- bzw. Leistungsschalter werden entsprechend den speziellen Anforderungen konstruiert. Um ihre Wirkung aufrechtzuerhalten, müssen L'chtbogenlöschvorrichtungen und Edelmetallkontaktwerkstoffe eingesetzt werden. Die Lebensdauer dieser Schalter wird begrenzt durch die Kontakterosion und das Kontaktverschweißen. Um diese Nachteile zu verringern, ist ein hoher konstruktiver und werkstofftechnischer Aufwand nötig (Burkhard, G., Schaltgeräte der Elektrotechnik, VEB Verlag Technik, Berlin 1985).In electrical engineering and power electronics, it is necessary to protect devices, systems, components from overloading, especially against overcurrents. This is done mainly by special fuses that operate on a melting basis or by protection or circuit breaker. The main disadvantage of fuses is that they are not reusable (L. Fessat, On the Use of Fuses to Protect Single Crystal Semiconductors Against Overcurrents, Lyon 3 '). Circuit breakers are designed according to the specific requirements. In order to maintain their effect, arc quenching devices and precious metal contact materials must be used. The life of these switches is limited by contact erosion and contact welding. To reduce these disadvantages, a high constructive and material-technical effort is necessary (Burkhard, G., Switchgear of electrical engineering, VEB Verlag Technik, Berlin 1985).

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht darin, eine stromgesteuerte Abschaltvorrichtung zu schaffen, die einen einfachen Aufbau hat und wiederverwendbar ist.The object of the invention is to provide a current-controlled switch-off device which has a simple structure and is reusable.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Dor Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abschaltvorrichtung zu schaffen, die die Erosion und das Kontakthaften in den bekannten Kontakten umgeht und kurze Abschaltzeiten aufweist. Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem zwei Elektroden mit Stromanschlüssen durch einen Isolator mit einer durchgehenden Öffnung getrennt sind, in der Öffnung des Isolators sich ein flüssiger Leiter befindet und oin Vorratsbehälter für den flüssigen Leiter vorhanden ist. Bei Überstrom wird der flüssige Leiter infolge der Kontraktionskraft zusammengezogen, so daß der Strom selbst den flüssigen Leiter abschnürt und trennt. Durch die Stromerige in der Öffnung des Isolators ist eine leitende Verbindung zwischen den Elektroden realisiert, die beim zu schaltenden Strom unterbrochen wird. Der Isolator ^ann aus Kunststoff, Glas oder Keramik bestehen. Es ist möglich, den Oberflächenspiegel des flüssigen Leiters beim Abschalten zu senken und dann wieder zu heben. Mögliche Überschläge sind vermeidbar, wenn sich die Abschaltvorrichtung im Vakuum, unter Schutzgas oder in einer isolierenden Flüssigkeit befindet.Dor invention has for its object to provide a shutdown device that bypasses the erosion and the contact in the known contacts and has short shutdown times. According to the invention the object is achieved by two electrodes with power connections are separated by an insulator with a through opening, in the opening of the insulator, there is a liquid conductor and oin reservoir for the liquid conductor is present. When overcurrent, the liquid conductor is contracted due to the contraction force, so that the stream itself strangers and separates the liquid conductor. By Stromerige in the opening of the insulator a conductive connection between the electrodes is realized, which is interrupted when the current to be switched. The insulator ^ ann made of plastic, glass or ceramic. It is possible to lower the surface level of the liquid conductor when switching off and then lift it again. Possible flashovers can be avoided if the switch-off device is in a vacuum, under protective gas or in an insulating liquid.

Um den Pincheffekt voll ausnutzen zu können, gilt es, für die Höhe des Flüssigkeitsspiegels eine Füllung der Öffnung unter Berücksichtigung der Kapillarwirkung zu garantieren. Für die Ausnutzung des Pincheffektes muß die Länge der Öffnung zwischen 0,5mm und 100mm und der Durchmesser der Öffnung zwischen 0,02mm bis 10mm betragen. Diese Größen sind abhängig von dem zu schaltenden Strom.In order to be able to fully exploit the pinch effect, it is necessary to guarantee a filling of the opening, taking into account the capillary action, for the height of the liquid level. For the utilization of the Pincheffektes the length of the opening between 0.5mm and 100mm and the diameter of the opening must be between 0.02mm to 10mm. These quantities depend on the current to be switched.

Der flüssige Leiter, der sich in dieser Öffnung befindet, ist Quecksilber, Gallium oder Cäsium und bildet in dieser Öffnung eine Stromenge, die aufgrund des Pincheffekts bei entsprechenden Strömen unterbrochen wird und den Abschaltvorgang bewirkt.The liquid conductor, which is located in this opening, is mercury, gallium or cesium and forms in this opening a current amount, which is interrupted due to the pinch effect at corresponding currents and causes the shutdown.

Die Elektroden, zwischen denen sich der Isolator mit der Stromenge befindet, ist aus Kupfer, Messing oder Aluminium und zweckmäßig mit Kühl örpern versehen. Ihre Form ist zylinder- oder plattenförmig, wobei wichtig ist, daß eine genügend große Wärmeableitung erfolgt, um die Eigenerwärmung zu verringern.The electrodes, between which the insulator with the current is located, is made of copper, brass or aluminum and conveniently equipped with cooling bodies. Their shape is cylindrical or plate-shaped, wherein it is important that a sufficiently large heat dissipation takes place in order to reduce the self-heating.

Es ist möglich, mehrere Abschaltvorrichtungen in Reihe, parallel oder als Matrix anzuordnen oder in einer Abschaltvorrichtung verschieden geformte Öffnungen zu realisieren.It is possible to arrange a plurality of cut-off devices in series, in parallel or as a matrix, or to realize differently shaped openings in a cut-off device.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung soll nachstehend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the accompanying drawings show:

Fig. 1: eine Schnittdarstellung einer Abschaltvorrichtung mit plattenförmigen Elektroden;1 shows a sectional view of a shutdown device with plate-shaped electrodes;

Fig. 2: eine Schnittdarstellung einer Abschaltvorrichtung mil zylindrischer Stromenge;Fig. 2 is a sectional view of a shutdown device with a cylindrical amount of current;

Fig.3: die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Durchmessern der Öffnung;3 shows the time as a function of the current at different diameters of the opening;

Fig. 4: die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Höhen des Flüssigkeitsspiegels;4 shows the time as a function of the current at different levels of the liquid level;

Fig. 5: die Zeit in Abhängigkeit vom Strom bei verschiedenen Längen der Öffnung.Fig. 5: the time as a function of the current at different lengths of the opening.

In Fig. I ist eine Abschaltvorrichtung dargestellt, in der die Öffnung 1 (Durchmesser 0,82 mm. Länge 11mm) zylindrisch im Isolator 2 aus Keramik realisiert ist. Dieser Isolator 2 befindet sich zwischen zwei Elektroden 3,4 aus Kupfer, die den elektrischen Kontakt zum Quecksilber, in der Öffnung 1 herstellen. Mit einem oval geformten Rohr 5, in dem sich das Quecksilber befindet, wird das System verschlossen. An den Elektroden 3,4 sind Kühlkörper 6,7 befestigt, die mit Anschlußbohrungon 11,21 der Abschaltvorrichtung für den Stromkreis versehen sind. Mittels dieser Abschaltvorrichtung ist es möglich, bei einer Höhe des Quecksilberspiegels von 15mm bezogen auf Vj, wobei I die Länge der Öffnung 1 ist, bei Schaltzeiten von 1 s 6OA und von 0,5s 80A zu schalten.1 shows a disconnecting device in which the opening 1 (diameter 0.82 mm, length 11 mm) is realized cylindrically in the insulator 2 made of ceramic. This insulator 2 is located between two electrodes 3,4 made of copper, which make electrical contact with the mercury in the opening 1. With an oval-shaped tube 5, in which the mercury is located, the system is closed. To the electrodes 3,4 heat sink 6,7 are fixed, which are provided with Anschlußbohrungon 11,21 the shutdown device for the circuit. By means of this cut-off device, it is possible to switch at a mercury level of 15 mm with respect to Vj, where I is the length of the opening 1, at switching times of 1 s 6OA and 0.5s 80A.

In den ^f<urven (Fig. 3, Fig.4 und Fig. 5) sind die Schaltzeiten in Abhängigkeit von den einzelnen Parametern für Gleich- bzw. Wechselstrom dargestellt.In the ^f <urven (Fig. 3, 4 and Fig. 5), the switching times as a function of the individual parameters for DC or AC are shown.

Im zweiten Ausführungsbeispiel bestehen die Elektroden 3,4 aus 3 mm starken Kupferplatten, zwischen denen sich der Isolator mit der Öffnung und die Verbindungen 9,10 zum Vorratsbehälter 8 befinden. Die Anschlußbohrungen 11,12 dienen der Stromzuführung.In the second exemplary embodiment, the electrodes 3, 4 consist of 3 mm thick copper plates, between which the insulator with the opening and the connections 9, 10 to the reservoir 8 are located. The connection holes 11,12 serve the power supply.

Claims

1. Stromgesteuerte Abschaltvorrichtung für Überströme von Gleich- und Wechselstrom im Bereich bis zu 100 A, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Elektrodon (3; 4) mit Stromanschlüssen durch einen Isolator (2) mit einer durchgehenden Öffnung (1) getrennt sind, in der Öffnung (1) des Isolators (2) sich ein flüssiger Leiter befindet, und ein Vorratsbehälter (8) für den flüssigen Leiter vorhanden ist.1. A current-controlled disconnecting device for overcurrents of direct and alternating current in the range up to 100 A, characterized in that two Elektrodon (3; 4) are disconnected with electrical connections through an insulator (2) having a through opening (1) in the opening (1) of the insulator (2) is a liquid conductor, and a reservoir (8) for the liquid conductor is present.

2. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3; 4) aus Kupfer, Messing oder Aluminium bestehen und mit Kühlkörpern (6; 7) versenen sind.2. Breaking device according to claim 1, characterized in that the electrodes (3; 4) made of copper, brass or aluminum and with heat sinks (6; 7) are versenen.

3. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (2) aus Keramik, Glas oder Kunststoff besteht.3. Breaking device according to claim 1 and 2, characterized in that the insulator (2) consists of ceramic, glass or plastic.

4. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolator (2) eine Höhe bzw. Dicke zwischen 0,5mm und 100mm und die Öffnung (1) einen Durchmesserzwischen 0,02mm und 10mm aufweist.4. switch-off device according to claim 1 to 3, characterized in that the insulator (2) has a height or thickness between 0.5mm and 100mm and the opening (1) has a diameter between 0.02mm and 10mm.

5. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der flüssige Leiter Quecksilber, Gallium oder Cäsium ist.5. Breaking device according to claim 1 to 4, characterized in that the liquid conductor is mercury, gallium or cesium.

6. Abschaltvorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (3; 4) zylinderförmig oder plattenförmig sind.6. shutdown device according to claim 1 to 5, characterized in that the electrodes (3; 4) are cylindrical or plate-shaped.