本发明涉及一种特别是具有电流互感器的用于断路器的能量供应装置，该电流互感器具有用于对断路器进行能量供应的次级绕组并且其初级侧通过断路器的导体构造。该初级导体是要通过断路器监视的电路、特别是低压电路的导体。
本发明还涉及一种用于电气断路器的直流限流装置。
背景技术：
低压是指直至1000伏特交流电压或1500伏特直流电压的电压。
断路器监视借助导体流过其的电流并且中断至能量汇点或耗电器的电流或能量流，这在超过电流边界值或电流时间间隔边界值时，也就是在一定的时间间隔内存在一电流值时，称为触发。中断例如通过断开断路器的触点进行。
在本发明的意义上，断路器尤其是指在低压设备中用于63至6300安培的电流的开关。更特殊地，闭路断路器用于63至1600安培，特别是125至630或1200安培的电流。开路断路器尤其用于630至6300安培，更特殊地1200至6300安培的电流。
开路断路器也被称为空气断路器(aircircuitbreaker，缩写为acb)，并且闭路断路器被称为塑壳断路器(mouldedcasecircuitbreaker)或紧凑型断路器，缩写为mccb。
在本发明的意义上，断路器尤其是指具有电子触发单元(也称为电子跳闸单元(electronictripunit，缩写为etu))的断路器。对断路器的能量供应尤其是指对电子触发单元的能量供应。
利用电流互感器，围绕的次级绕组中的功率可以从初级导体中流过的交流电流磁退耦。电流互感器是一种形式的变压器。电流互感器的问题在于如下事实，即，该电流互感器的视在功率通过初级导体中的电流幅度确定。次级侧退耦的功率取决于初级导体中的电流。如果要给所连接的耗电器，诸如电子设备，例如断路器的电子触发单元提供能量，则耗电器的能量需求以及预计的最小初级电流确定电流互感器的尺寸设计(磁性材料、芯截面、匝数等)。高于预计的最小初级电流能够输出足够用于耗电器的能量。
断路器的特定特征是，要针对所监视的电路或电网中的过载电流和短路电流对其进行保护。因此，在设计电流互感器时必须假定极大的初级电流范围。预计的最小初级电流和最大短路电流之间的比例可以大于1:1000。结果是，电流互感器以及所连接的耗电器必须被特殊地设计尺寸。
广泛使用具有附加的磁分路的电流互感器，该磁分路限制次级电流的幅度，由此限制次级功率。这样的互感器的开发和制造要求极大的时间和成本开销。此外，这样的电流互感器需要较大的结构空间，因为除了磁主路之外，还必须以磁分路的形式设置附加的第二磁电路。
尽管如此，因为电流互感器的视在功率随着初级电流的上升而上升，所以必须在耗电器侧处理该功率增加。
此外，迄今为止还通过开关来中断次级电路中的电流。但是在该情况下在次级绕组上形成极高且危险的感应电压，其在技术上难以控制。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，改善对于具有电流互感器的断路器的能量供应。
上述技术问题通过具有本发明的特征的能量供应装置以及通过具有本发明的特征的直流限流装置来解决。
按照本发明设置为，特别是在断路器的电流互感器中，通过三端双向可控硅开关元件(triac)限制次级侧的交流电压，在直流电压的情况下通过晶闸管来限制。三端双向可控硅开关元件的触发在此按照本发明通过两个齐纳二极管的串联电路进行，特别是两个齐纳二极管的阴极或阳极彼此连接的串联电路。如果超过齐纳二极管的可确定的齐纳电压，则触发三端双向可控硅开关元件，由此限制交流电压。
在直流电压、例如电流互感器的经过整流的电压的情况下，使用晶闸管。其控制接头或栅极与齐纳二极管连接。如果直流电压超过可确定的齐纳电压，则触发晶闸管并且限制直流电压。
这尤其具有优点，即，在大的初级电流的情况下给出对次级功率的简单且有效的限制，由此有效地保护耗电器，例如断路器的电子触发单元。
在本发明中给出本发明的优选实施。
在本发明的优选实施中，第一电容器与三端双向可控硅开关元件的两个主接头并联连接。这尤其具有优点，即，通过电容器减小由于触发三端双向可控硅开关元件而可能引起的高频信号，由此可以实现改善的emv特性。
在本发明的优选实施中，次级绕组和三端双向可控硅开关元件的并联电路具有电感。这尤其具有优点，即，关于反馈和馈入到由断路器监视的能量供应网的高频信号同样减小，并且来自电网的高频信号不能到达耗电器。
在本发明的优选实施中，至少两个齐纳二极管的串联电路具有第一电阻。这尤其具有优点，即，给出对三端双向可控硅开关元件的接通电流的电流限制。由此各种各样的三端双向可控硅开关元件和/或齐纳二极管可以用于实现，其中可以通过第一电阻进行接通电流的单独调整。
在本发明的优选实施中，串联电路的控制接头侧或栅极侧的接头与第二电容器连接，该第二电容器在另一端与不与串联电路连接的三端双向可控硅开关元件的主接头连接。这尤其具有优点，即，实现高频信号分量的进一步减小，以实现本发明关于emv的改善的特性。
在本发明的优选实施中，三端双向可控硅开关元件的两个主接头与整流器的输入端接头连接，该整流器的两个直流侧的输出端接头与第三电容器连接。这尤其具有优点，即，通过确定三端双向可控硅开关元件的触发电压的大小，将电容器循环地充电到可确定的电压，该可确定的电压可以用于对耗电器、例如断路器的电子触发单元进行能量供应。由此可以提供特别稳定的能量供应。
在本发明的优选实施中，构造用于三相能量供应网的断路器。对每个相设置电流互感器和三端双向可控硅开关元件，整流器构造为三相整流器，具有三个输入端，其中每一相的三端双向可控硅开关元件的主接头与三相整流器的相应的输入端连接。这尤其具有优点，即，按照本发明的能量供应装置可用于三相断路器。
在本发明的直流限流装置的优选实施中，第二电阻与齐纳二极管串联连接。这尤其具有优点，即，给出对晶闸管的接通电流的电流限制。由此各种各样的晶闸管和/或齐纳二极管可以用于实现，其中可以通过第二电阻进行接通电流的单独调整。
在本发明的直流限流装置的优选实施中，在晶闸管的栅极接头和负极之间连接第四电容器。这尤其具有优点，即，实现高频信号分量的减小，以实现本发明关于emv的改善的特性。
在本发明的直流限流装置的优选实施中，第五电容器在一端与晶闸管的阴极侧的接头并且在另一端与阳极侧的接头连接。这尤其具有优点，即，通过电容器减小由于触发晶闸管而可能引起的高频信号，由此可以实现改善的emv特性。
在本发明的直流限流装置的优选实施中，在正极和负极之间电连接第一二极管和第三电容器的串联电路，其中第一二极管的阳极与正极连接或第一二极管的阴极与负极连接，并且对断路器的能量供应通过第三电容器上的电压提供。这尤其具有优点，即，通过确定晶闸管的触发电压的大小，将第三电容器循环地充电到可确定的电压，该可确定的电压可以用于对耗电器、例如断路器的电子触发单元进行能量供应。由此可以提供特别稳定的能量供应。此外，二极管防止第三电容器通过按照本发明的电路/晶闸管或齐纳二极管路线放电。
在本发明的直流限流装置的优选实施中，直流导体对与整流器的输出端连接，该整流器在输入侧与断路器的电流互感器的次级绕组连接。这尤其具有优点，即，本发明可以用于断路器的电流互感器的经过整流的电压。
仅与单独的特征有关或者与特征组合有关的所有实施方式使得对于断路器的能量供应得到改善。
附图说明
所描述的本发明的特性、特征和优点以及其实现方式结合下面对结合附图详细解释的实施例的描述变得更清楚且更容易理解。
在此，在附图中：
图1示出了能量供应装置的按照本发明的第一电路。
图2示出了电压/电流-时间曲线图。
图3示出了能量供应装置的按照本发明的第二电路。
图4示出了具有直流限流装置的能量供应装置的按照本发明的第三电路。
图5示出了具有直流限流装置的能量供应装置的按照本发明的第四电路。
具体实施方式
图1示出了用于电气断路器的能量供应装置的第一电路。电流互感器tx1在初级侧具有初级导体pl，该初级导体是通过未示出的断路器监视的、具有能量源i1的电路的部分。电流互感器在次级侧具有次级绕组sw，该次级绕组可以具有两个或多个接头。在次级绕组sw的两个接头处连接三端双向可控硅开关元件x1，该三端双向可控硅开关元件通常具有两个主接头t1、t2和一个控制接头g1，也称为栅极接头。两个主接头t1、t2与次级绕组sw的两个接头并联连接，也就是主接头t1与次级绕组的一个接头连接，而主接头t2与次级绕组的另一接头连接。
原则上，在并联电路或串联电路中意为，在电路中或处也可以存在另外的电气部件，诸如电阻、电容器、电感、二极管、晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关元件等。其可以形成另外的优选的实施。
例如，次级绕组sw与三端双向可控硅开关元件x1的并联电路具有电感l1，该电感例如连接在主接头t1和次级绕组的接头之间。该电感引起例如可能由于三端双向可控硅开关元件的开关特性引起的以及在能量源i1的电路中可能产生的高次频率的衰减。重要的是，三端双向可控硅开关元件x1的两个主接头与次级绕组sw的接头并联连接。由此例如可以在三端双向可控硅开关元件x1的第二主接头t2和次级绕组sw的相应的接头之间连接未示出的第二电感或电阻。
此外，例如可以在三端双向可控硅开关元件x1的两个主接头t1、t2之间连接第一电容器c1，如图1所示。利用该并联电路可以实现高次频率或高频信号分量的降低，由此可以实现改善的emv特性。
按照图1，在三端双向可控硅开关元件x1的控制接头g1处连接两个齐纳二极管z1、z2的串联电路，其又与三端双向可控硅开关元件x1的第二主接头t2连接。替换地，其也可以与三端双向可控硅开关元件x1的第一主接头t1连接。齐纳二极管z1、z2的串联电路实施为，使得齐纳二极管z1、z2的两个阳极彼此连接，如图1所示，或者齐纳二极管z1、z2的两个阴极彼此连接。如原则上已经提到的，串联电路可以具有另外的部件。在图1中，齐纳二极管z1、z2的串联电路具有第一电阻r1。该第一电阻不仅可以处于两个齐纳二极管之间的、串联电路的控制接头侧的一端，而且如所示的，可以处于串联电路的主接头侧的一端。
此外，可以在三端双向可控硅开关元件的控制接头g1和不与齐纳二极管z1、z2的串联电路连接的主接头(在按照图1的示例中为第一主接头t1)之间连接第二电容器c2。
两个主接头t1、t2与整流器gr的输入端连接。该整流器例如可以通过桥电路或格雷茨电路(graetzschaltung)实施，如图1所示。整流器gr的输出端a1、a2经由第三电容器c3彼此连接。耗电器i2，诸如断路器的电子触发单元，可以与第三电容器c3并联连接，以便为电气断路器提供能量供应。
图2示出了电压/电流-时间曲线图的示图。在水平x轴上以毫秒ms为单位描绘时间t。在垂直的y轴上以毫安ma为单位描绘第三电容器c3和耗电器i2中的近似正弦形的总电流i以及流过三端双向可控硅开关元件x1的电流。此外，以伏特为单位描绘电容器c3上的电压u。
图3示出了按照图1的电路，具有如下区别，即，设置三个电流互感器tx1、tx1'、tx1”，其分别对应于三相交流电路的一相。也就是，各个电流互感器tx1、tx1'、tx1”的初级导体pl、pl'、pl”对应于一相。次级绕组sw、sw'、sw”分别与按照本发明的按照图1的电路连接。此外，整流器gr由三相整流器dgr代替。例如，其具有三相桥电路，如图3所示。三相整流器dgr的输出端a1、a2又经由第三电容器c3彼此连接。耗电器i2，诸如断路器的电子触发单元，又可以与第三电容器c3并联连接，以便为电气断路器提供能量供应。
在图3中，在齐纳二极管z1、z2的串联电路中，两个齐纳二极管的阴极彼此连接。
图4示出了具有直流限流装置的用于断路器的能量供应装置的电路。按照图1的相同的部件在图4中具有相同的附图标记。电流互感器tx1在初级侧具有初级导体pl，该初级导体是通过未示出的断路器监视的、具有能量源i1的电路的部分。电流互感器tx1在次级侧具有次级绕组sw，该次级绕组可以具有两个或多个接头。在次级绕组sw的两个接头处连接整流器gr。该整流器例如可以通过桥电路或格雷茨电路实施，如图4所示。在次级绕组sw和整流器gr之间可以连接电感l1，例如连接在次级绕组sw的一个接头和整流器gr的输入端之间，如图4所示。类似地，例如可以在次级绕组的另外的接头和整流器的另外的接头之间连接未示出的第二电感或电阻。
原则上，在此，在提到的电路、诸如并联电路或串联电路中，在电路中或处也可以设置另外的电气部件，诸如电阻、电容器、电感、二极管、晶体管、晶闸管、三端双向可控硅开关元件等。
整流器gr的正输出端a1或正极和负输出端a2或负极可以经由第五电容器c5彼此连接，如图4所示。由此可以实现改善的emv特性。
晶闸管y1的阳极与断路器的能量供应装置的直流导体对或整流器的正输出端a1或正极连接，阴极与负输出端a2或负极连接。该路径可以具有第三电阻r3，利用该第三电阻例如可以测量流过晶闸管y1的电流。
在正输出端a1或正极上连接齐纳二极管z3的阴极，其阳极与晶闸管y1的栅极gy连接。齐纳二极管z3可以与第二电阻r2串联连接。由此可以实现对晶闸管的触发电流的电流限制或调节。
在晶闸管y1的栅极接头gy和整流器的负极或第二输出端a2之间可以连接第四电容器c4。利用该第四电容器可以实现改善的emv特性并且抑制高频分量。
在正极和负极之间连接第一二极管d1和第三电容器c3的串联电路。第一二极管d1的阳极与正极连接，或第一二极管d1的阴极与负极连接。对耗电器i2、诸如对断路器的能量供应又通过第三电容器c3处的电压提供
图5示出了按照图4的电路，具有如下区别，即，设置三个电流互感器tx1、tx1'、tx1”，其分别对应于三相交流电路的一相。也就是，各个电流互感器tx1、tx1'、tx1”的初级导体pl、pl'、pl”对应于一相。次级绕组sw、sw'、sw”分别与按照本发明的按照图4的电路连接。第一二极管d1和第三电容器c3的串联电路通过如下电路代替，在该电路中各个与相相关的电路的第一二极管d1、d1'、d1”的阴极彼此连接，该连接点又与第三电容器c3的一个接头连接，其另一个接头与负极或第二输出端a2、a2'、a2”的互连连接。
按照类似的方式，正极也可以彼此连接，并且二极管的阳极彼此连接，并且与第三电容器c3连接。
耗电器i2，诸如断路器的电子触发单元，又可以与第三电容器c3并联连接，以便为耗电器/电气断路器提供能量供应。
所提到的部件，诸如电阻、电容器、电感等，也可以以多个部件的形式实现，例如通过部件的另外的并联/串联电路实现。
下面要再次解释本发明或实施例。本发明以如下原理为依据，即，次级功率通过短路次级电流来限制。在图1中使用双向晶闸管或三端双向可控硅开关元件x1作为电子旁路。其具有如下特性，即，在施加电压时其使其两个主接头t1、t2之间的电流流动截止。该状态通过最大10ma的控制接头处的短电流脉冲而结束。三端双向可控硅开关元件x1触发并且允许在主接头t1、t2之间流过电流。主接头t1、t2之间的电压崩溃到大约0.5至1.5v。电流流动周期地由于交流电路中的极性改变而结束，一旦电流流动低于三端双向可控硅开关元件或晶闸管的保持电流，三端双向可控硅开关元件x1就再次截止。三端双向可控硅开关元件x1与次级绕组sw并联地布置。三端双向可控硅开关元件x1的截止特性允许电流经由整流器gr流入第三或充电电容器c3，由此至耗电器或电子设备。第三电容器c3随着时间的经过而充电。次级绕组sw上的感应电压也与第三电容器c3处上升的电压并行地提高。
由两个反向布置的齐纳二极管z1、z2组成的串联将三端双向可控硅开关元件x1的控制输入端g1与次级绕组sw分离。一旦在次级绕组sw和控制输入端g1之间施加的电压超过齐纳二极管z1、z2的齐纳电压，则使得电流流过控制输入端g1并且三端双向可控硅开关元件x1触发。与齐纳二极管串联的第一电阻r1限制触发电流的幅度。
在触发状态下，三端双向可控硅开关元件x1是低欧姆的并且将施加的次级电压限制为剩余电压。
与之并行地，又通过齐纳二极管z1、z2中断控制到输入端g1中的电流流动。次级的电流流动在该周期的剩余时间内通过三端双向可控硅开关元件x1来短路。耗电器或电子设备在该持续时间期间通过在第三电容器c3中存储的能量来供能。结果是，第三电容器c3放电。通过电网中极性的下一次改变，三端双向可控硅开关元件x1截止并且第三电容器c3的充电重新开始。基于经由三端双向可控硅开关元件x1的电流中断的耦合，电路总是与电网同步地工作。与三端双向可控硅开关元件或晶闸管接头并联的小电容器稳定触发过程并且减小emv干扰。
从图2中可以看到直至第三电容器c3或缓冲电容器上的电压稳定的接通特性。一旦电流流过初级导体，就在电流互感器的次级侧sw输出功率。在该示例中，第三电容器c3在前四个周期内被充电到期望的电压。可以看出，次级电流从第二周期起重复崩溃。这是电流互感器的正常特性，其由于容性负载和与之相关联地在电流互感器中达到磁饱和而导致。从第五周期起，第三电容器或缓冲电容器c3上的电压足够高，使得三端双向可控硅开关元件x1可以在控制输入端处通过齐纳二极管z1、z2触发。从此以后，通过电网中极性的每次改变进行第三或缓冲电容器c3的再充电。从触发时间点起，次级电流被三端双向可控硅开关元件x1短路。次级电流关于整个周期的正弦变化示出了，电流互感器在线性范围内工作，也就是保持磁饱和效应被限制到初始充电阶段。
在图3中组合了三个按照图1的电路，以确保从三相电网对耗电器或电子设备供电。每个电流互感器具有自己的电子旁路。电流互感器的接头形成星形汇接点。星形汇接点和所有电流互感器经由三相整流器耦合到共同的缓冲电容器，该缓冲电容器又对连接的电子设备供电。电子旁路电路可以布置在电流互感器附近，并且防止耗电器或电子设备暴露于大的次级功率中。
图4示出了使用(单向)晶闸管的替换方案。在每个电流互感器tx1、tx1'、tx1”处设置自己的整流器。在整流器的正和负接头a1、a2之间布置晶闸管y1。连接到晶闸管的栅极gy的触发电路由第三齐纳二极管z3和可选地第二串联电阻r2组成。通过在电子旁路和第三电容器c3之间的第一二极管或阻流二极管d1来防止第三或缓冲电容器c3通过晶闸管y1放电。优选地，可以在负极和晶闸管阴极y1之间插入测量电阻r3。第三电阻或测量电阻r3上的电压降可以作为与相有关的电流测量信号被传送到分析电子设备，分析电子设备监视电流流动并且实施断路器的保护功能。对于该应用，直至大的初级电流范围的电流互感器的线性度是必须的。在此不期望具有电流限制特性的电流互感器。晶闸管是极其稳健的功率半导体，其能够短暂地承受几倍的连续电流强度。因此，其尤其适用于在此描述的电路。
在按照图5的三相情况下，对于每个相设置由整流器gr、gr'、gr”、如桥式整流器和晶闸管y1、y1'、y1”组成的电子旁路，其中所有整流器的负电位形成耗电器或电子设备的共同的接地地线，并且阻流二极管的下游至第三电容器或共同的缓冲电容器c3的连接点在耗电器或电子设备的上游聚集在一起。因为每个电子旁路例如实现自己的第三测量电阻r3、r3'、r3”，所以可以单独地跟踪并监视所有相的电流。
虽然本发明在细节上通过实施例详细阐述和描述，但是本发明不局限于公开的示例，本领域技术人员可以从中导出其它方案，而不脱离本发明的保护范围。