具有两个并联连接的电流通路的继电器的制作方法
本发明涉及一种用于借助两个并联连接的电流通路接通继电器的方法以及用于实施所述方法的继电器。
背景技术：
在光伏产业中，逆变器通常用于将由光伏设施供应到顶盖上的直流电流转换成交流电流。为此使用的逆变器通常具有输入侧的直流电压侧、直流电压中间回路和输出侧的交流电压侧，以将由光伏模块产生的电功率馈入到供电网络中。为了能够在输入侧以及输出侧可靠地断开逆变器，亦即将其从电网或光伏设施电分离或者为了在运行时可靠地引导电流，使用机械断路开关以产生电断路。断路开关通常以继电器的形式实现，所述继电器在逆变器中直接设置在印刷电路板上。逆变器通常具有控制装置或调节装置，所述控制装置或调节装置调节输出侧电压的水平或由逆变器馈入到电网中的功率。控制装置或调节装置同样承担继电器的控制以及用于运行逆变器如减小evu(能源供应公司)侧的馈入功率的所有其它任务。如果开关闭合，那么负载电流可流过，否则不流过。
继电器是借助于执行器、通常通过接通和断开电磁体在至少两个开关状态之间(例如开关断开/开关闭合)进行切换的开关。
为此，继电器具有第一触头，所述第一触头可相对于第二触头移动。第一触头通常具有弹簧弹性的金属条，所述金属条以一个端部固定在承载件上，使得另一端部是可移动的。可移动的端部承载第一接触件，所述第一接触件用于触点导通相对置的第二接触件。第一接触件和第二接触件在触头闭合时相互压靠。第二接触件固定在可导电的金属轨上。金属轨能够是刚性的型材或者同样是弹簧弹性的金属条。保持轨和弹簧弹性的金属条在专业术语中一般也分别被称为接触指。第一接触指和第二接触指与相应的接触件一起形成主触头。接触件能够构成为例如铆钉或者构成为焊接到接触指上的接触面。接触件能够由导电材料例如铜、铝或黄铜制成。
通过执行器能够使第一触头移动，使得其触点导通第二触头或者与所述第二触头分离。第一接触指的复位能够经由附加的弹簧、或者仅经由接触指的弹簧弹性和/或执行器进行。
通常将可电操控的驱动元件用作为执行器。继电器通常具有线性马达作为执行器，所述线性马达例如由线圈和相对于所述线圈可移动地支承的电枢构成。在线圈接通时，使电枢移动的力作用到电枢上。可移动的电枢通常与可移动的第一接触件或相关的接触指耦联，使得其在电枢移动时随之移动。
在高电流应用中，例如在之前提及的逆变器中，继电器为了提高失效安全性或载流能力而通常具有两个并联连接的主触头对，所述主触头对分别具有一个可移动的第一触头和一个第二触头。四个触头中的每个触头具有接触件，所述接触件与互补的接触件相对置。共同的执行器作用到两个可移动的触头上。
技术实现要素：
继电器在光伏领域中使用在逆变器中。继电器失效通常引起整个设施的失效。通过停止馈电引起的盈利损失与此相关联。
本发明的目的在于，在一个主触头失效时减少具有至少两个并联连接的主触头的继电器的失效概率并且能够实现整个设施的继续运行。
本发明基于下述观察：如果由于外部情况在两个触头对之间的接触电阻是不同的或者两个并联的电流通路以其它方式发生故障(例如因为主触头之一由于安装错误或污染、起氧化皮或其它缺陷而没有正确接触)，那么具有两个并联连接的主触头的继电器失效。由于一个主触头的失效，电流仅还能够流过剩余的主触头。在这种情况下，电流流过剩余的主触头，亦即流过其接触指和接触件，所述电流高于剩余的主触头的规定电流。规定电流在下文中称为额定电流。由于经过剩余的主触头的电流增加，继电器被加热，使得在继电器上或在其部件上产生热损伤。
本发明的核心是冷却一个或多个剩余的主触头，使得所述剩余的主触头能够替代失效的主触头，或者继电器能够继续运行至少一段时间。通过冷却能够提高载流能力、即至少一个剩余的主触头能够承载的额定电流，而无需另外改变至少一个剩余的主触头。为此，至少两个主触头导热地相互连接。换言之，至少两个主触头经由热导体、例如经由热桥相互连接。由此有缺陷的主触头是至少一个剩余的主触头的冷却体。
一旦所述至少两个主触头中的一个主触头失效，那么负载电流经由至少一个剩余的主触头引导。在这种情况下，在至少一个剩余的主触头上作为热量释放的损耗功率的至少一部分能够经由至少一个与剩余的主触头导热连接的冷却体引出。
主触头的至少两个第一触头为此优选导热地相互连接和/或每个第一触头本身能够构造有用于引出在接触件和接触指上产生的热量的装置，使得在故障情况下继电器能够可靠地继续运行。
导热的连接部能够安装在与两个第一接触件的相同侧上。同样地，将导热的连接部安装在接触指的背侧上是可行的。为了改进导热的连接部，能够在接触指和导热的连接部之间施加导热膏。
在至少两个可移动的第一触头之间的导热的连接部能够通过至少一个金属条实现，一个或多个金属条将至少两个接触指和/或接触件连接。在连接部位上，能够在接触指和导热的连接部之间施加导热膏。
替选地，第一接触指也能够经由不同地成形的热导体例如借助于悬垂的绞合线实现，所述热导体同样具有电特性。在第一主触头的第一触头和至少一个另外的主触头的第一触头之间的热连接部的位置优选安装在接触件的高度上。因此由于用于引出待引出的热损耗功率的尽可能短的路径而减小热阻。
根据本发明，因此提出一种用于借助具有至少两个电并联连接的主触头的继电器来接通负载电流的方法。负载电流是在例如逆变器正常运行时在主触头闭合的情况下流过继电器的电流。至少两个电并联连接的主触头分别具有至少一个可移动的第一接触指，所述第一接触指具有第一接触件。其形成所谓的第一触头。接触指固定在承载件上。通过固定在承载件上，相应的第二端部可相对于第一端部移动。为了闭合负载电流回路，所述第一接触件优选至少大致同步地分别与相应的主触头的一个互补的第二接触件接触。为了再次(电)断开至少两个主触头，第一接触件从第二接触件移开，亦即接触件被移开，使得在所述接触件之间调节出空间距离(电断路)。负载电流回路因此再次断开进而中断。
第二触头能够具有固定的非柔性的承载轨作为接触指，所述承载轨以一个端部固定在承载件上。第二接触件例如固定在第二接触指的自由端部上。但是，第二接触指同样能够柔性地构成。
接触指能够由具有弹性特性的金属条构成或者也构成为刚性的承载件。金属条同样能够由多个相互连接的层构成，使得在各个层之间构成空气间隙，这引起弹性常数的提高以及引起改进的冷却效果。各第一和各第二接触件与承载件和/或接触指一起也称为所谓的主触头。
接触件能够由导电材料例如铜、铝或黄铜构成。为了改进表面导电性或为了防腐蚀保护，接触件也还能够设有表面覆层例如金或银。为了改进不同的特性，也能够使用合金金属例如添加钨，这引起改进燃烧特性。
优选的是，至少两个主触头经由冷却体导热连接，所述冷却体用作为热桥，使得能够将有缺陷的主触头作为(第二)冷却体用于至少一个剩余的主触头。替选地，导热的桥也能够由多个彼此平行设置的冷却体构成。关于具有自
优选地，监控至少两个主触头中的至少一个主触头的功能性。在一个主触头失效的情况下，负载电流能够通过继电器经由例如逆变器或另一设备的控制装置减小和/或发出报错消息。为了监控，例如能够监控在两个主触头之间的温度差。如果所述温度差大于极限差值，那么控制装置能够将这解释为一个主触头失效。替选地，为了监控也能够监控两个主触头之一的温度。当两个主触头之一的温度超出极限值时，存在失效。此外能够借助于温度传感器例如ptc或ntc或者以其它方式进行温度测量。温度传感器能够设置在继电器壳体中或者也设置在继电器之外或者设置在例如逆变器的印刷电路板上，其电路板同样能够用作为冷却面。替选地，各一个温度传感器能够安置在至少两个接触对中的每个接触对上。例如，替选地或附加地，也能够确定继电器的输入线路的温度。在实践中，继电器通常安装在印刷电路板上，其中，将继电器的用于安装的接线片或焊接片焊接或者插入到位于印刷电路板上的插座中。然后，接线片能够经由附加地存在于印刷电路板上的冷却体或冷却面用于散热。
用于探测触头失效的一个替选的可行性是，探测在至少两个主触头上的电压值。电压降的探测同样能够经由继电器的接线片进行。如果在至少两个接触指中的至少一个接触指上的电压降下降到低于或升高到高于特定的值，那么同样能够减小负载电流和/或发出报错消息。用于监控无错地运行的另一替选方案是，例如借助于电感式测量转换器或霍尔传感器的内置的测量电阻探测流过主触头的电流。如果流过主触头的电流或者流过各主触头的电流之间的差值升高到高于或者降低到低于预先确定的值，那么同样能够触发之前提到的措施，以便能够实现继电器的可靠的继续运行。测量的评估以及所提及的措施的引入能够经由位于逆变器中的控制装置或调节装置进行。
所描述的方法用于运行用于接通负载电流的继电器。继电器为此构造有至少两个要电并联运行的主触头，所述主触头分别具有第一可移动的接触指。电并联连接能够通过在继电器中的主触头之间的桥或者通过例如在印刷电路板上的外部的导电桥进行。第一接触指分别承载至少一个第一接触件，所述第一接触件分别与至少一个互补的第二接触件相对置地设置。各第一接触指或第一接触件能够与至少一个执行器作用连接，以便第一接触件彼此同步地分别与相应互补的第二接触件接触。通过触点导通第一和第二接触件使负载电流回路闭合。如果接触件相互分离，那么负载电流回路断开。第一接触指中的至少一个第一接触指与至少一个冷却体导热地连接，以便散热。
优选的是，至少两个主触头的至少两个可移动的接触指相互导热连接。由此实现特别好的冷却。可移动的接触指通常具有比固定的接触指更小的横截面。因此，可移动的接触指经由继电器的端子进行的散热相对差。该问题能够通过可移动的接触指的导热耦合来补偿。
导热的连接部的横截面a优选能够满足下述关系式：
其中，pv是主触头在其额定电流情况下的损耗功率，l是在主触头之间的导热的连接部的长度，λ是导热的连接部的比热导率，并且δt是在导热的连接部的起点和终点之间的最大允许的温度差。
因为至少两个主触头电并联连接，流经所述主触头的电流被分配。然而在实践中，所述分配通常是不均匀的，例如70:30或60:40。在额定运行中，额定电流的平均值流过至少两个主触头中的每个主触头。
在这种情况下产生的每主触头损耗功率pv能够在额定运行(这对应于没有缺陷的运行)中以方程式pv＝rk*(in)2计算。rk表示主触头的相应的欧姆电阻，并且in是流过相应的主触头的额定电流。在这种情况下能够忽略在接触指中产生的损耗功率，因为所述损耗功率与在触头部位上的损耗功率相比、亦即与在接触件上产生的损耗功率相比是可忽略不计的。在一个主触头接触失效的情况下，至少一个仍可用的主触头必须承载流过主触头的双倍的额定电流。因此，在该主触头上产生双倍的损耗功率。为了避免不允许地加热剩余的主触头，额外的损耗功率经由有缺陷的主触头和/或在接触件的区域中安置在仍工作的主触头上的至少一个冷却体引出。为了经由导热的连接部散热，可近似应用方程式
在计算所引出的损耗功率时，当至少两个主触头的每个主触头设计用于比在正常运行时流过继电器的电流略多时，能够考虑预因子。替选地，如果主触头的较高的上极限温度允许比在正常运行时更高时，这也是可行的。因此，与此相应地不必引出全部额定损耗功率。
为了探测接触误差，能够在焊接片上或在主触头上或在单独的输出端上截取电压或其它测量信号并且将其输送给逆变器的控制装置或调节装置。因此，逆变器的控制装置或调节装置能够减小流过继电器的电流，使得所述电流对应于经冷却的主触头的载流能力。附加地，逆变器能够经由现有的网络连接或其它通信可行性将关于继电器缺陷的报错消息发送给例如运行中心。因此，继电器能够在设施完全失效之前尽可能快地被更换。
替选地，能够在继电器壳体中或者在至少两个接触指中的一个或所有接触指上安置温度传感器。在接触失效的情况下，对此负责的电路能够减小流过继电器的负载电流并且将报错消息发送给运行中心。
另一有利的构造形式是一种用于借助至少一个所描述的继电器运行逆变器的方法，所述继电器能够设置在印刷电路板上。附加地，逆变器能够具有控制装置或调节装置。在逆变器的印刷电路板上同样能够设置冷却体或印制导线面。印制导线面同样能够用作为冷却体。继电器能够直接与印制导线焊接，所述印制导线能够用于连接和/或用作为冷却体。替选地，其能够插到或插入用于固定和电触点导通的安装插座。
附图说明
下面在不限制本发明的一般发明构思的情况下借助实施例参考附图示例性地描述本发明：
图1示出继电器的一个实施形式的视图；
图2示出根据现有技术的具有两个接触指和相关的接触件的部分安装的继电器的视图；
图3示出具有热桥的继电器的实施形式的部分视图；
图3a示出具有热桥的继电器的实施形式的部分视图；
图4示出继电器的实施形式的对应于图1的另一视图；
图5示出继电器的实施形式的对应于图1的另一视图；
图6示出继电器的实施形式的对应于图1的另一视图。
具体实施方式
图1示出继电器10的斜视图。继电器10具有第一主触头19和第二主触头20，所述主触头能够经由安装插座41或经由印刷电路板电并联连接。主触头19、20中的每个主触头分别与第一焊接片21、23以及第二焊接片22、24电连接。焊接片21、22、23、44设置在安装插座或承载件41中。经由焊接片21、22、23、24能够从外部电触点导通主触头。第一焊接片21、23分别引导到第一接触指29、30上并且与所述第一接触指电接触。在第一接触指29、30的上部端部上安置第一和第二主触头19、20的第一接触件25、27。与此相对置地，在第一和第二导电保持轨33、34上分别安置有第二接触件26、28作为相对于相应的第一接触件25、27的配合触头。第一接触件25、27和第二接触件26、28在主触头19、20闭合时相对于彼此压靠并且建立电触点导通。
在承载件上安置有执行器，所述执行器具有线圈40和未示出的可移动的电枢，所述电枢与第一接触指29、30或者与接触件25、27作用连接，以便能够实现接触指29、30以及接触件25、27的同时运动。线圈40经由一对线圈端子11、12电触点导通。接触弹簧29、30在线圈40通电时经由线圈的未示出的集电弓朝向保持轨33、34的方向移动进而与第二接触件26、28接触，所述集电弓与线圈的可移动的电枢连接。由此经由接触件25、26、27、28闭合负载电流回路。在第一接触指29以及第二接触指30上安置冷却片50，以将在两个主触头19、20之一失效时附加地产生的废热引出。
图2示出部分安装的继电器，所述继电器具有在其下侧的端子上的承载件41，所述端子也称为焊接片21、23并且设置用于继电器。两个焊接片21、23分别与一个弹簧弹性的金属条25、27导电连接并且能够在端子侧21、23并联连接，所述金属条用作为接触指。
在接触指29、30的背离端子的末端区域上(简称在端部上)安置接触对的各一个第一接触件25、27。未示出的执行器作用到接触指29、30上，以便使接触指29、30分别朝向相应的接触对的互补的第二触头(未示出)的方向移动和/或以便断开接触对。
接触对的第二未示出的触头同样能够并联连接，亦即例如设置在共同的金属承载件上(未示出)。
如果现在两个触头25、26、27、28、29、30的接触电阻是不同大小的或者两个并联的电流通路之一以不同的方式被干扰，那么大部分的或所有的负载电流流过剩余的更好导电的或者还工作的电流通路，并且相应的接触指29、30以及接触件25、26、27、28被附加地加热。
根据本发明，两个接触指29、30优选相互导热连接，例如通过由尽可能良好导热的材料例如铜或铝制成的热桥31导热连接(参见图3至图6)。通过导热桥31，有缺陷的电流通路的接触指29、90能够作用为用于完好的电流通路的元件的冷却体50，由此能够以受控的方式引出热量。这在图3至图5中标明。
图3示出具有接触件25的第一接触指29，所述第一接触指经由冷却体与第二接触指30连接，所述冷却体用作为热桥31。热桥31具有横截面a和长度l，在此在第一接触件25、27之间测量。在横截面a中的交叉表示箭头的背侧并且示出在故障情况下从较热的接触指29至较冷的接触指30的热量流方向。这意味着，在第二主触头20失效的情况下，所有电流流经接触件对25、26。由于所述事实，第一主触头19、尤其第一主接触件25、26附加地加热并且热量朝向第一接触件对27、28的方向经由冷却体50或导热桥31引出。在这种情况下，第二主触头20的第二接触弹簧30由于导热桥而用作为冷却体。为了改进散热，能够如示例性示出的那样，导热桥可选地设有冷却肋。
图3a示出具有图3的特征的一个替选的实施形式。与在图3中示出的实施形式不同，热桥31安置在第一接触件25、27的侧上。所述设计方案引起附加地减小在两个第一接触指29、30之间的接触热阻，进而引起在一个主触头19、20失效时更快的散热。冷却肋50是可选的。
在图4中，热桥31是金属的绞合线，所述绞合线将两个接触指29、30相互热连接。热桥31例如能够与接触指29、30和/或接触件25、27焊接和/或铆接。与所示出的不同，绞合线优选固定在接触指29、30上的接触件25、27的高度上或者直接固定在接触件25、27上。
在图5中示例性地示出的是，热桥31具有在接触指29、30之间的多个导热的连接部，所述连接部由导热条31、例如由金属片制成。优选的是，导热条31与接触指29、30钎焊、焊接或铆接。同样地，条31和接触指29、30能够一件式地构成，例如由金属片冲压而成。附加地，在接触指29、30的上部部分中能够冲制穿通口35，以便改进冷却。
在根据图6的实施形式中，两个接触指29、30一件式地制成有热桥31，例如由金属片裁切或冲压而成。也在该示例中，热桥31设置在接触指29、30之间的接触件25、27的高度上，其也称为接触指。
如果两个并联的电流通路之一的缺陷归因于有缺陷的例如端子，有利的是，热桥31也是导电的，因为电流则能够通过热桥31再次分配到两个接触指29、30上，由此整体减少热量产生(适用于所有实施形式)。但是，根据原理，接触指29、30的纯热连接就足够，亦即连接能够是完全电绝缘的(适用于所有实施形式)。
上文中，术语金属条也被用作为“电导体”的同义词。在所示出的示例中，也称为接触指29、30的金属条具有机械和电功能。但是，所述功能也能够被分离。一般而言，本发明能够概括成在例如继电器中的至少两个并联的电流通路之间的至少导热的连接，由此在电流通路之一失效时在还工作的电流通路中产生的热量经由失效的电流通路引出。因此，失效的电流通路的构件用作为或者是仍完好的电流通路的冷却体。热桥也用作为冷却体。
附图标记列表：
10继电器
11a1，第一线圈端子
12a2，第二线圈端子
19第一主触头
20第二主触头
21第一主触头的第一焊接片
22第一主触头的第二焊接片
23第二主触头的第一焊接片
24第二主触头的第二焊接片
25第一主触头的第一接触件
26第一主触头的第二接触件
27第二主触头的第一接触件
28第二主触头的第二接触件
29第一主触头的第一接触指
30第二主触头的第一接触指
31热桥
32热量流方向
33第一保持轨、第一主触头的第二接触指
34第二保持轨、第二主触头的第二接触指
35穿通口
40具有电枢的线圈
41承载件
50冷却体/冷却片
l冷却体的长度
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