专利名称：电分路开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种分路开关装置。
通常分路通过不同开关设备的串联来实现，例如西门子公司手册“低压电网的开关，继电保护，配电”(1992年版，表3.17，第143页)所描述。其中，一个中间连接有一个功率开关、继电器和过载保护器的电机由一个电压源供电。作为用于控制用电器的别的开关元件和部件已公知的有三相电流调节器，半导体继电器，变流器，机械限制器，电动机保护开关和熔断保险器以及间接过载继电器。利用所述的低电压分路可以实现各种开关转换，包括符合生产条件地开关用电器以及相位控制地或相(位)移控制地开关电机、电容器和灯、节流器之类的非线性用电器。在后一种情况下，开关转换是瞬态进行的，例如在过零点或过零点之间。为避免出现有害的过载，分路的短路电流应当被限制在其上限。低压分路的另一个作用在于，在考虑允许的过压下识别短路电流并且以最短的时间将其断开。此外，也希望短路时避免用电器被接通，或者尽管短路时被接通了但尽可能迅速地将其断开。另外在低压分路中需检测过载的发生，并且在必要时断电。为了进行状态监视，需报告分路当时的工作状态。
EP 0 421 891 B1公开了一种电气绝缘的静态断路开关。其中一个与半导体开关元件串联的负载被供予直流。半导体开关元件在正常状态以及过载和短路状态时将电流切断。对于半导体开关元件拒绝动作的情况，负载电流回路中的断路开关就被断开。在此，一个与负载并联的电磁铁用于触发，通过其衔铁的位置执行断开断路器的命令。如果用交流电源对负载供电，将使用两个双向连接的三极管代替一个半导体开关元件。
DE 4209167A1公开了一个用于电传动装置的开关和监控单元。该单元特别适用于工作电压大于60V的电传动设备的开关和监控，特别是具有如功率开关元件，保护开关元件和变流器的辅助和备用传动设备。取代机械开关，如断路开关和电机保护开关，这里串联了用于开关的半导体开关元件，在这种情况下量取它们在运行中的实际状态并且提供给监控元件或监控电路。
据此，本发明的目的在于，创造一种分路开关装置，利用它可以实现分路的已知功能，即在正常工作状态以及故障工作状态(过载、短路)下以一种简单方式、特别是遵守许可的过电压情况下将负载接通或切断。
本发明的目的是通过具有权利要求1所述特征的一种电分路开关装置来实现的。
本发明其它有利的设计方案由从属权利要求2-7可知。
下面结合附图对本发明的两个实施例作进一步详细说明，附图中
图1为根据本发明的用于电子分路开关装置的第一种电路，图2为根据本发明的用于电子分路开关装置的第二种电路。
根据图1，在交流电网1和一个三相负载2之间连接有一个三相电子分路开关装置3，通过它，对负载2，例如一个电机供电。该电子分路开关设备3在三个相位上的结构相同，此处为了简化，图中只表示了一相。电子分路开关装置3实际上主要包括两个双向连接并且与负载2串联的半导体开关元件4，一个零电位控制装置5和一个连接在装置5与半导体开关元件4之间的控制电路6。此处的半导体开关元件4为FETs，它最好被设计成与HITFET组件相对应但是明显用于更高电压的组件7，它同样含有一个设计成保护电路8的逻辑电路。有关HITFET-组件的结构和功能的详细说明由“HITFET-Low-Side-Schalter fuer alle Faelle”(Fachzeitschrift Components33(1995)，第2卷，59页以下)一文可知。此处的零电位控制装置被设计成一个变压器5，在其初级一侧连接了一个驱动-/调制电路9，该驱动-/调制电路例如可以是Unitrode集成电路公司生产的UC 3724型组件。该控制电路6主要由另一个驱动组件14，例如Unitrode公司的UC 3725，一个触发器11，一个比较器12和一个过载识别装置13组成。一个驱动-/解调电路10被连接在变压器5的次级，并通过其端点14和15与比较器12和触发器11连接。驱动-/解调电路10的另一端16与触发器11连接，其在输出侧通过连接点17连接到组件7。组件10的连接端点15与组件7之间的连接点18电连接。此外，该触发器11与比较器12的输出端19相连。该比较器12的输入端20与欧姆电阻22的连接端点21连接。该欧姆电阻22的另一连接端点是连接点18。过载识别装置13位于比较器12的输入端20和输出端19之间。
下面借助图1对分路开关装置3的功能作进一步详细说明两个FETs4用于在额定负载、过载和短路时接通/断开负载电流回路。在每个组件7中，利用内电阻22和一个分开的源电极形成一个旁路，利用它可测量负载电流。借助于该比较器12(其输入端具有欧姆电阻22上的压降)，能够检测出零电流，或小于最小临界电流值的负载电流。如果负载电流低于表示零电流的最小临界电流，触发器11就产生一个切断信号，从而在过零点时立即切断FETs 4，这对于断开感应负载来说是必不可少的。在组件7中所包含的逻辑电路8用于短路跳闸或称电流限制。这两个组件9和10与变压器5一起共同为触发器11，比较器12和过载识别装置13产生一个零电位的控制以及供电。过载识别装置13根据电流信号和当时的负载在超过电流临界值之后同样产生一个启动信号。
图2表示了通过一个分路开关装置31向负载30供电的另一个实施例，其中供电是通过一个三相电压源31完成的。该分路开关装置31在此处也仅仅示出一相，它主要包括两个双向连接的并且与负载30串联的场效应晶体管33(FET)，一个比较器34，一个触发器35和一个光电耦合器36。该光电耦合器36的一端与一个直流电源的正极相连接，该直流电源在图2中用虚线表示，它由一个变压器51，一个二极管52和一个电容器53组成。一个也连接在正极上的可调欧姆电阻37与比较器34的输入端38连接，一个场效应晶体管33的漏极45连接在该比较器34的另一输入端39上。该光电耦合器件36的另一端与触发器35相连，它的一个输出端42被接到场效应晶体管33的栅极44以及46用于控制它。触发器35的另一输出端43与比较器34的输出端电连接。两个反极向连接的二极管40,41分别位于场效应晶体管33的栅极44或46与漏极45或47之间。在漏极45与47之间有一个可变电阻48。在负载30和漏极47之间有电流互感器49的初级绕组，其次级绕组被接在一求值单元50上。在求值单元50上还以开三角接法连接了另一个电流互感器54。另一个可变电阻55被连接在用于负载30的三相电源32的一相与其中点MP之间。
下面对图2所示分路开关装置的功能作进一步详细说明。
此处的两个场效应晶体管33的作用同样也是在额定负载、过载和短路时切断负载电流回路。此处过载电流和额定电流的测量是通过一个场效应晶体管33的源-漏极电压进行的，该电压被引至比较器34的输入端39。该比较器的作用如前一实施例一样，用于检测零电流或特低电流，这对于切断感应负载来说绝对必需的，两个场效应晶体管33与二极管40,41相连的线路用于限制短路电流并因此对场效应晶体管33产生保护。借助于该光电耦合器36，整个分路开关装置31的电路可以被零电位地控制。整个电路的供电可以通过由变压器51，二极管52和电容器53构成的直流电源实现。两个以开三角形接法连接的电流互感器49和54为过载组件50供电，为该过载组件50限定一个电流负载临界值，当达到该临界值时，为防止过载，将所连接的一个电机断开。该求值组件50已知的有西门子公司生产的目前已经上市的3UB1和3RB1型电子过载继电器。这两个可调电阻48,55为分路开关装置31对负载30和对中点MP提供过电压保护。
该电子分路开关装置31总共具有如下的功能-在过载和额定负载时，由于高的负载电感在电流过零点时进行切断。-在短路时立即切断和限制电流。-零电位控制。-过载保护。
尽管根据附图所示实施形式对本发明进行了说明，但应当考虑到，并不是希望将本发明仅限制在所述的实施例，而是应当包括所有从权利要求的内容所能想到的可能的变动、改进和等同物。
权利要求
1．一种用于将一个负载(2,30)与一个电流源相接通或断开的电子分路开关装置，它具有以下特征a)具有两个双向连接并与负载(2,30)串联、由碳化硅作为衬底制造出的半导体开关元件(4,33),b)具有一个用于控制半导体开关元件(4,33)的零电位的控制装置(5,9,10,36)，通过它半导体开关元件(4,33)可以导通或断开，c)具有一个用于立即关断流过负载的短路电流的装置(8,22,40,41)，以及d)具有一个防止负载电流分路出现过载电流的保护装置(13,49,50),e)其中不设置切断负载(2,30)电流回路的具有分断距离的开关装置。
2．根据权利要求1所述的电子分路开关装置，其特征在于具有一个用于识别电流过零点的装置(11,12,34)。
3．根据权利要求1所述的电子分路开关装置，其特征在于该分路开关装置(3,31)被设计成为多相结构。
4．根据上述任一项权利要求所述的电子分路开关装置，其特征在于所述零电位的控制装置被设计成变压器(5)。
5．根据上述任一项权利要求所述的电子分路开关装置，其特征在于所述零电位的控制装置被设计成光电耦合器(36)。
6．根据上述任一项权利要求所述的电子分路开关装置，其特征在于为了确定负载电流值以及过零点，测量一个欧姆电阻(22)上的电压，一恒定百分比的负载电流分量流过该欧姆电阻，并且该电压被输送给一个比较器(12)，当其低于其可调的临界电压时，该比较器使一个为控制所述半导体开关元件(4)而设置的触发器(11)复位，进而能够断开该半导体开关元件。
7．根据上述任一项权利要求所述的电子分路开关装置，其特征在于对于负载电流值的测量通过半导体开关元件(33)上的电压降进行，该电压作为输入参数加在比较器(34)的输入端(39)上，它与一触发器(35)共同作用，可切断该半导体开关元件(33)。
8．根据上述任一项权利要求所述的电子分路开关装置，其特征在于它具有一个用于过电压限制的装置(42)。
全文摘要
一种电子分路开关装置,在传统分路中所熟知的在正常工作状态和干扰工作状态下接通或切断负载的开关功能将根据本发明以一种简单的方式在这种电子分路开关装置中实现,它优越地具有由碳化硅制造的半导体开关元件(4),一个零电位控制装置(5,9,10),一个用于识别和在短路情况下立即断开的装置(8,22)和一个用于识别和断开,防止过载电流的保护装置(13)以及一个用于过压限制的装置(42)。
文档编号H02H3/08GK1216644SQ97193979
公开日1999年5月12日 申请日期1997年3月13日 优先权日1996年3月27日
发明者彼得·卡鲁扎, 莱因哈德·梅尔, 海因茨·米特莱纳, 克里斯琴·施雷金格尔, 格哈德·施罗瑟 申请人:西门子公司