布置用于断开电流的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种布置用于断开电流的装置。
【背景技术】
[0002]对于固态和混合断路器来说，电流在断路器的操作过程中一次或数次改变路径。电流路径的这种变化被称为电流换向。在固态断路器中，电流通常在具有IGBT(绝缘栅双极晶体管)或其他类似的组件的路径中流动。一旦IGBT关断，由于电路的电感，电流不能立即被中断。因而电流被换向到与IGBT并联的路径中。并联路径可以包含缓冲器电路，其包括例如金属氧化物变阻器MOV。当IGBT中的电流达到零时，电流换向结束。
[0003]在混合断路器中具有类似的换向，其中在正常闭合操作过程中，电流流过机械开关支路。当机械开关打开时，电流首先被换向到具有IGBT和另一与缓冲器并联的路径的并联固态断路器。因而这种类型的混合型断路器将具有两次电流换向；首先电流从机械开关换向到IGBT，并且然后从IGBT换向到缓冲器。
[0004]WO 2011/044928公开了一种本领域公知的混合断路器。该断路器包括具有机械开关元件的主电流路径，与主路径并联并且包括可控半导体开关元件的换向路径，以及与主路径和换向路径并联布置并且设置有合适的耗散元件的耗散电路，耗散元件诸如变阻器或类似物。
[0005]当故障发生时，通过该机械开关元件的电流增大，使得越来越难以将电流从机械开关元件换向。因此，现有技术中越来越难以在流过机械开关元件的电流已经增加到过大之前打开该机械开关元件。对于混合断路器来说，这需要快速将电流远离机械断路器路径换向。
【发明内容】
[0006]目的在于提供一种用于断开电流的装置，其能够断开电流并降低对时间的依赖。
[0007]根据第一方面，提供了一种布置用于断开电流的装置。该装置包括:机械开关支路，包括互感器的第一绕组和串联连接的机械开关；半导体开关支路，包括互感器的第二绕组和串联连接的半导体开关；以及过电压保护电路。机械开关支路和半导体开关支路并联连接，并且第二绕组的自感低于第一绕组的自感。
[0008]由于第一绕组和第二绕组的自感上的差异，电流变化的速率越大，将电流从机械开关支路换向到半导体开关支路的效果越容易。换句话说，利用故障来减少机械开关支路中的电流以允许机械开关打开，从而使得电流上升得更快，将电流从机械开关换向到半导体开关就越容易。现有技术的一些解决方案中，已经提供大电抗器来降低电流增加的速率。然而，根据所提出的解决方案，则不需要这样昂贵的电抗器。
[0009]据此的装置可以进一步包括第三支路，其包括过电压保护电路，并且所述第三支路可以并联连接到机械开关支路和半导体开关支路。
[0010]第三支路可以进一步包括互感器的第三绕组，第三绕组与过电压保护电路串联连接。
[0011 ] 过电压保护电路可以与半导体开关并联连接。
[0012]过电压保护电路可以是缓冲器(snubber)。
[0013]缓冲器可以是变阻器、RC缓冲器、RCD缓冲器或电容器。
[0014]半导体开关可以是晶体管。
[0015]半导体开关可以是晶闸管。
[0016]晶闸管可以是栅极可关断晶闸管。
[0017]晶体管可以是从包括绝缘栅双极晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管、以及场效应晶体管的组中选择的晶体管。
[0018]互感器可以包括空气芯或金属芯。
[0019]根据第二方面，提供了一种直流(DC)断路器，其包括根据第一方面的装置。
[0020]根据第三方面，提供了一种交流(AC)限流器，其包括根据第一方面的装置。
[0021]一般来说，权利要求中使用的所有术语将根据它们在技术领域中的普通含义来解释，除非在本文中明确地进行相反的定义。所有指代“一 / 一个/所述元件、装置、部件、器件、步骤等”都被开放地解释为指代元件、装置、部件、器件、步骤等的至少一个实例，除非明确地进行相反的说明。本文所公开的任何方法的步骤不必以所公开的确切顺序执行，除非明确说明。
【附图说明】
[0022]现在以举例的方式参考附图对本发明进行描述，其中:
[0023]图1是示出用于断开电流的装置结构的示意图；
[0024]图2A-D是示出图1的装置中的各种电流的示意图；
[0025]图3是示出根据一个实施例的用于断开电流的装置的示意图；
[0026]图4是示出图3的装置中的各种电流的示意图；
[0027]图5是示出根据另一实施例的用于断开电流的装置的示意图；
[0028]图6是示出根据另一实施例的用于断开电流的装置的示意图；
[0029]图7是示出包括图3、5_6的装置的DC断路器的示意图；
[0030]图8是示出包括图3、5_6的装置的AC电流限制器的示意图；以及
[0031]图9是示出图3、5_6的半导体开关的一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0032]现在将在下面参照附图更详细地描述本发明，其中示出了本发明的某些实施例。然而，本发明可以体现为许多不同形式，并且不应被解释为限于本文阐述的实施例；更确切地说，这些实施例是以示例的方式提供的，令本公开彻底和完整，并且将向本领域技术人员充分地传达本发明的范围。在整个说明书中，相同的数字指代相同的元件。
[0033]图1是示出断开第一点20和第二点21之间的电流的装置I的结构的示意图。机械开关支路10包括机械开关2。半导体开关支路11包括半导体开关3和第三支路12，所述第三支路12包括过电压保护电路4。半导体开关3可以是任何适合的可控半导体开关3，诸如晶体管或晶闸管。例如，半导体开关3可以是绝缘栅双极晶体管(IGBT)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、场效应晶体管(FET)或栅极可关断晶闸管(如图9所示)。
[0034]过电压保护电路可以例如是缓冲器，如变阻器、电容器、RC(电阻器电容器)缓冲器、RCD(电阻器电容器二极管)缓冲器、电容器或提及的缓冲器类型的任意组合，例如变阻器和RC。
[0035]三条支路10-12并联连接。还示出了连接电路的电感9。
[0036]流入装置I的总电流i被划分为三个电流:机械开关支路10中的第一电流分量I1，半导体开关支路11中的第二电流分量i2和第三支路12中的第三电流分量i 3。
[0037]图2A-D是示出图1的混合断路器中的各种电流时间变化的示意图。现在将同步参考图1进行阐述。应当注意的是，图2A-D中的曲线仅是用于说明操作原理的非限制性实例。
[0038]在时刻0.1000S，故障发生，并且电流继续流过机械开关支路10，如第一和第二电流分量L、i2。在0.1013S之前，检测到故障，半导体开关3接通(开始导通)。在约0.1013S，机械开关2打开(变成阻断)，由此电流换向到半导体支路11，从而使第二电流分量“增加，并且通过机械开关支路10的第一电流分量I1下降至零。在约0.1018S，半导体开关3关断，从而所有电流被换向到第三支路12为第三电流分量i3，以使得电路中电感性地存储的能量被过电压保护电路4所吸收。随着时间的推移，过电压保护电路4降低第三电流分量i3，例如通过电能量吸收，从而在大约0.1064S，使得第三电流分量i3，并且因此使得总电流i，下降到零。
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