CN102918729B - 用于构建功率因数校正、滤波和吸收电路系统的模块组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于构建功率因数校正、滤波和吸收电路系统的模块组件。第一模块单元包括第一区段和槽形第二区段，第一区段容纳母线、标准熔丝夹持件、熔丝和作为免于与母线和/或熔丝意外接触的保护的母线覆盖件且第二区段容纳开关组件或开关装置使得其可机械固定和电接触。第二模块单元设计成容纳一个或多个特别是可切换的电容器绕组块，包围绕组块使其绝缘。第一和第二模块单元各自具有基部区域，机械和/或电气连接在对应基部区域中被引导经过孔口或开口使得可实现第一和第二模块单元通过直接对接的背对背组装，或带连接元件的紧凑扼流圈组可用第一或第二单元的对应基部区域中的孔口或开口以电绝缘方式机械地容纳在第一和第二单元间且能电气连接。

Description

用于构建功率因数校正、滤波和吸收电路系统的模块组件

技术领域

本发明涉及一种用于专用性构建具有选择地非扼流的、扼流的、保护性或晶闸管连接的设计的功率因数校正滤波器和吸收电路系统的模块组件，该模块组件包括一个母线系统、多个熔丝夹持件、多个开关装置、至少一个扼流圈以及多个功率电容器。

背景技术

非扼流的或扼流的设计的功率因数校正系统形成了现有技术的一部分。这类系统通常用于在具有低的或升高的谐波负载的低压三相电源系统中以准备连接的方式进行中央功率因数校正。这些系统大体上包括：具有多个母线支撑件和多个低压高分断能力的安装母线的熔丝元件的一个母线系统、多个开关装置、多个扼流圈和多个防超压的低损耗的自修复式电容器。

这些单独的元件被安装在钢板支撑板上以形成25kvar-150kvar的多个单元。取决于功率，然后通常1-6个这样的单元与一个功率因数控制器一起被安装在钢板或绝缘材料箱体中。

由于母线支撑件、母线、熔丝元件、分立的开关装置、滤波电路扼流圈和相对较大数量的电容器需要组装并且需要底盘，因此这种校正模块和由所述校正模块构建的系统的总重量和尺寸相当大。另外，所需的单独的组件和分立的绕组导致在组件上的高水平支出。

因此，从上文出发，本发明的目的在于实现一种用于专用性构建具有选择性地非扼流的、扼流的保护性或晶闸管连接的设计的功率因数校正滤波器和吸收电路系统的进一步发展的模块组件，该模块组件使这些单独的系统部件能够被最佳集成并且能够使这些单独部分的数量减小，使得能够以快速且成本高效的方式全面地实现更小的、重量更轻的、更可靠的和更易管理的系统。

发明内容

因此，本发明从一种用于专用性构建具有选择性地非扼流的、扼流的保护性或晶闸管连接的设计的功率因数校正滤波器和吸收电路系统的模块组件出发，该模块组件包括一个母线系统、多个熔丝元件、一个护指覆盖件、多个开关装置、多个扼流圈和多个按照功率划分的电容器。

根据本发明提供了一个第一模块组件，该第一模块组件具有一个第一区段用于容纳多个母线、一个母线/熔丝覆盖件以及多个标准熔丝夹持件。另外，该第一模块单元具有一个第二槽形区段，其中多个开关装置被容纳在该槽形区段中，从而使得它们可被机械地固定，可与它们进行电接触，并且保护手指。

一个第二模块单元用于容纳一个或多个、优选地两个电容器绕组块，其中该第二模块单元包围该至少一个电容器绕组块，从而使得其被绝缘。该第一和第二模块单元各自具有一个基部区域，其中多个机械连接和/或电气连接在该对应的基部区域中被引导经过多个切口或开口，从而使得或者可执行该第一和第二单元通过直接对接的背对背组装，或者作为替代方案，使用该第一或第二模块单元的对应的基部区域中这些切口或开口，带有多个连接元件的一个紧凑扼流圈组被机械地容纳在、并且能够被电气地连接在该第一和第二模块单元之间。

该至少一个电容器绕组块包括具有一个内部串联电路的至少三个自修复式单独的绕组，其中多个热熔丝以一种分布在这些绕组芯管的纵轴上的方式串联地安排在所述绕组芯管之中，从而使得在每一情况下两个绕组的这些关键区域是由一个热熔丝监测。

这些热熔丝形成了具有一个导电外壳的一个串联电路，该导电外壳与这些绕组绝缘并且完全地或部分地包围这些绕组，以便在故障情况下，通过该控制电路实现到该电容器绕组块的外部供应电流的全极点中断。

电容器绕组块可包括至少六个自修复式单独的绕组。

在一个细化的实施方案中，这些电容器绕组连接通过该第二模块单元被引导至外部，以便建立多个外部可切换的部分电容，其中属于电容器壳体的该第二模块单元可同时作为用于这些扼流圈或该第一模块单元的一个绝缘性支承元件。到这些电容器绕组的内部连接及其互连是使用弹性材料而无焊料地通过新颖的弹簧力接触形成过程来实现的，但还可通过焊接连接来实现。

在来自于现有技术的电容器中，到这些绕组的连接是通过焊接或熔焊连接而建立的。这由于高焊接温度导致电容器膜上的高负载以及另外地由于焊料残留物而导致绕组上的负载，并且因此对电容器的预期使用寿命具有不利影响。

根据本发明的组件进一步包括一个扼流圈组，该扼流圈组包括多个单独的扼流圈，这些扼流圈各自具有多个线圈架，这些线圈架具有多个带有孔的延伸部，以便使其能够通过一个贯穿螺栓或贯穿螺钉附接到该第一和第二模块单元上，而该螺栓或该螺钉另外地被引导在该对应的扼流圈内芯中的一个中空铆钉之内，该铆钉在组装之前使该扼流圈稳固。

线圈架可包括两个相同构造的半壳。

电容器的功能可靠性可以是通过一个热熔丝链来实现的，热熔丝链可被定位成用于在具有一个导电膜或导电涂层的一个串联电路中跨接绕组，导电膜或导电涂层与绕组绝缘、完全地或部分地包围绕组、并且通过导电膜或导电涂层来引导开关装置致动装置的中性导体，从而在温度过高或内部短路的情形中可使串联电路中断并且这个或电容器在所有极点处与电源系统断开连接。

除了对于一个相对较低的电容器功率的总电感的一个连接或输出之外，一个扼流圈的每个绕组还可具有用于一个相对较高的电容器功率的部分电感的一个抽头，而一个锁定转换电路可通过这些开关装置确保了只有该部分电感亦或该总电感按要求被连接到多个电容器上。

该第一模块单元的第二区段用于容纳这些开关电容器或一个功率和控制电子系统，包括所需的冷却装置，特别是一个散热器。

在对应的模块单元上形成了用于通过顶帽式导轨进行插入以及附接的装置。

附图说明

以下将参照一个示例性实施方案并且借助于附图更详细地阐释本发明。

在所述附图中：

图1示出了用于容纳多个母线、多个熔丝夹持件和多个开关装置的第一模块单元的透视图；

图2用于容纳至少一个电容器绕组块的第二模块单元的透视图；

图3.1至图3.4(以图3.1至图3.4的顺序)示出了在示例性实施方案中实现的模块组件，这些模块组件没有插入的扼流圈，具有可被控制的(例如，在8.33kvar的六个级中)扼流圈，具有可被控制的(例如，在25kvar的两个级中)扼流圈，和可利用第一模块单元的第二槽形区段内的电力电子设备(动态地切换)和散热器而同样在25kvar的两个级中被控制；

图4示出了连接线圈架的透视图，该连接线圈架用于容纳绕组和铁芯并且用于固定轭板；

图5示出了具有多个可见的螺栓或附接螺钉的双25kvar设计的示例性扼流圈组；

图6通过具有多个保护性回路的一个电容器绕组组件的设计示出了一个基本区段示图，包括多个串联连接的热熔丝TS和一个导电膜；并且

图7示出了具有多个抽头滤波电路扼流圈的一个特定电容器电路，其中每个电容器绕组均具有一个例如8.33kvar和16.66kvar的抽头，从而使得可通过一个绕组包获得两个部分功率。

具体实施方式

根据附图和示例性实施方案的本发明的解决方案首先从第一模块单元1开始，该第一模块单元包括包含一个覆盖件的用于容纳一个母线系统和多个标准熔丝夹持件的一个第一区段2。

一个槽形式的第二区段3邻近于所述第一区段2。如图3所示，用于动态切换的多个开关触点或一个电力电子系统与多个散热器一起可被安排在该槽形第二区段3中。

第一模块单元1包括一种注模塑料或具有相应的绝缘特性的其它材料。第一区段2中的腔形区段用于容纳多个标准熔丝夹持件和多个熔丝，并且具有用于容纳具有同时的母线和熔丝覆盖的多个母线的装置。

第二模块单元4适合用于容纳一个或多个电容器绕组块，并且以绝缘方式包围至少一个这样的绕组块。

第二模块单元优选地被分成两个部分，包括一个基部区域5和一个绝缘帽(电容器壳体)6。

基部区域5包含多个孔或引入口7，这些孔或引入口用于建立与第一模块单元1的机械的电绝缘连接。具体而言，可以通过所述孔来容纳多个螺栓8(参看图5)，以便以绝缘的方式在两侧固定一个扼流圈组。多个进一步的沟形开口9容纳到模块单元1或到该扼流圈组的多个电连接件(连接片)10。

如图3上部示图所示，在本发明的第一实施方案中，在第一模块单元1与第二模块单元4之间的背对背组装是可能的。在根据图3的所述示图中，多个低压、高分断能力的熔丝元件也已经被插入第一模块单元1的第一区段2的多个腔中。

此外，如图5中所示的紧凑的扼流圈组是根据本发明的。

在每一情况下，该扼流圈组包括一个扼流圈内芯11和多个绕组12。同样地存在着(参看图4)几乎是两个半壳的形式的多个连接线圈架13。使用在第一模块单元或第二模块单元的对应的基部区域中的多个切口或开口7/9，具有多个连接元件的该扼流圈组可被机械地容纳、附接和电连接在第一和第二模块单元之间。

位于第二模块单元4中的电容器绕组块能够例如以根据图6的基本示图所披露的方式来构建。

多个电容器绕组15位于所示电容器壳体14中。

这些电容器绕组被卷绕在多个芯管16上。

多个热熔丝17位于芯管16内，以便从一个绕组到另一个绕组地搭接，这些热熔丝是串联连接的并且当超过了预先指定的极限温度时能够中断电路。

此外，形成了与这些电容器绕组绝缘的一个中性导体返回装置作为导电膜或涂层18，该导电膜或涂层完全地或部分地包围所有这些电容器绕组。

其结果是，由最佳定位的热熔丝和外壳膜的串联电路实现了一个安全回路，其方式为在两侧上监测绕组芯中和进行接触的装置上的每个电容器绕组的温度。当绕组熔断时，或者是在N电位处的热熔丝存在短路或者是同样在N电位处的导电外壳膜18存在短路。

任何希望的绕组或具有包括热熔丝/外壳膜的串联电路的任何希望的外部导体的短路或安全回路的任何希望的点处的临界温度升高导致至少一个热熔丝的响应或导致在控制电路中的上游电流熔丝的响应。一个这种熔丝还可被安排在该电容器壳体之内，也就是说被安排在在该第二模块单元之内。

因此，一个热熔丝失效或具有控制熔丝的必然失效的内部短路总是会导致这些电容器开关装置的断电(断开)。因此，在若干极点处，所示实例中在全部极点处，确切地说是在三相中，电容器壳体外部的电容器的电流供应被可靠地中断。

对比之下，在使用低压功率电容器的现有技术的安全概念情况下，电容器壳体内的电流供应中断，其缺点为在一系列故障形态的情况下，不能够排除对外部有关键影响的内部短路，并且仅通过相对迟的压力增加对关键的绕组熔断现象和温度的增加作出反应。不会同时对温度和内部短路进行全面监测。

该电容器的这些绕组可被设计为使得在具有三个绕组的三相系统的情况下，可获得两个不同的或两个相同的三相部分功率。这通过根据图6被布线引出的绕组的这些连接来表示。

图4和图5所示的滤波电路扼流圈被设计为使得它们可通过被引导经过扼流圈内芯中的中空铆钉的多个连续的螺钉或螺栓以磁性和电性绝缘的方式被附接在多个装置支撑件与该电容器之间。

因此，这些扼流圈不再构成在现有技术的意义中的单独的部件，而是在第一模块单元与第二模块单元之间的连接和支撑元件。

根据该示例性实施方案，制定规定以形成具有相同构造且由绝缘材料构成的两个连接线圈架半壳13，而不是形成对于各个线圈的线圈架和连接片，并且由于它们具有两部分设计，所以允许连续调整到不同的内芯深度(扼流圈功率)和替换已知的线圈架及连接片，从而使得借助于所述中空铆钉螺纹连接，提供了允许扼流圈在模块组件内用作支撑和连接元件的电性和磁性条件。还可以使用插头来建立开关装置和扼流圈块之间或扼流圈块和电容器块之间的主电流连接。根据现有技术的线圈架不具有带有孔的延伸部，并且也不具有用于连接片的切口，并且因此必须在上轭板与下轭板之间另外地安排六个连接片，并且连接片也不能被精确地定位。

已知的三相滤波电路扼流圈大体上具有25kvar或50kvar的功率。这种扼流圈需要三个绕组用于这个目的。扼流圈具有两个大体上相同的例如12.5kvar或25kvar的部分功率的解决方案也是已知的。在这样的情况下，在两个共用的轭板之间通常需要六个单独的绕组。

根据本发明的解决方案可使用例如具有3个绕组的25kvar的扼流圈，以引发用于电容器功率(例如，8.33kvar、12.5kvar或16.66kvar)的总电感，或引发用于最大电容器功率(例如，25kvar)的部分电感。结果，有可能的是，例如在每一情况下，仅用具有三个绕组的两个25kvar的扼流圈引发在8.33kvar(8.33:25)-(16.66:25)的六个级中的50kvar的总模块功率。这在具有精密控制的相对较小的系统意义上构成了显著的优点。

利用从部分电感的抽头点开始的相应较小的截面可进一步卷绕线圈。

图7中示出了具有抽头的滤波电路扼流圈的电容器电路。

为了保护这些抽头的扼流圈和该系统免于过载和电感中的临界转移，确保了在每一情况下，只有扼流圈/电容器组合的总功率(例如，25kvar或对应的部分功率，例如，8.33kvar、12.5kvar或16.66kvar)可被引发和切换。这是利用根据图7的锁定和转换保护组合或通过相应的电力电子设备电路来实现的。通过功率因数控制器的软件锁定可靠地排除了临界切换状态。

根据现有技术的电容器电路不具有该锁定和转换组合。已知的功率因数控制器也不具有这种软件锁定。

动态功率因数校正系统是通过晶闸管开关来操作。在已知的解决方案中，晶闸管开关是分开地安装在安装板上的单独的、或多或少地大部件。

根据图3(下方的图)呈现的解决方案中，第一模块单元的第二槽形区段同时地形成了晶闸管开关的功率和控制电子系统的壳体和作为大功率散热器的支撑件。

本模块组件比可比的功率模块重量更轻且更小，并且可以无需螺钉地通过具有止挡件和弹簧的简单的顶帽式导轨系统来附接。可省去复杂的螺钉操作。

所描述的模块组件以高度集成的形式形成了一种用于功率因数校正的新颖的系统，在该系统中，所有相关部件在其电参数和结构参数方面都是以最佳的方式相互匹配的。这里，单独的部件被分配了例如在除固有电参数之外还有对扼流圈组和电容器的机械地支撑的功能的意义上的双重功能。此外，本校正系统能够确保高安全标准以及减小的空间要求、成本高效的生产和高计划安全。

具有熔丝夹持件和开关装置的电容器块和母线系统不再像先前那样由分立的独立部件和电容器来构建，而是与扼流圈一起构成了一个独立的完整的产品。

Claims (10)

1.一种用于构建具有选择性地非扼流的、扼流的保护性或晶闸管连接的设计的功率因数校正滤波器和吸收电路系统的模块组件，该模块组件包括一个母线系统、多个熔丝夹持件、多个开关装置、至少一个扼流圈以及多个功率电容器，

其特征在于，

提供了一个第一模块单元，该第一模块单元具有一个第一区段和一个第二槽形区段，该第一区段用于容纳多个母线、多个标准熔丝夹持件、多个熔丝和一个母线覆盖件，以保护免于与这些母线和熔丝接触，并且在该第二槽形区段中容纳了多个开关装置或切换装置，从而使得所述多个开关装置或切换装置能被机械地固定并且能与所述多个开关装置或切换装置进行电接触，其中该第一模块是由绝缘材料制成的，

形成了一个第二模块单元，用于容纳一个或多个可切换的电容器绕组块，其中该第二模块单元包围该一个或多个可切换的电容器绕组块，从而使其被绝缘，

该第一模块单元和第二模块单元各自具有一个基部区域，其中多个机械连接和/或电气连接在对应的基部区域中被引导经过多个切口或开口，从而使得专用性地或者能进行该第一模块单元和第二模块单元通过直接对接的背对背组装，或者使用该第一模块单元或第二模块单元的对应的基部区域中的这些切口或开口，带有多个连接元件的一个紧凑扼流圈组被机械地容纳在、并且能够以一种电绝缘的方式电气地连接在该第一模块单元与第二模块单元之间，以及

在对应的模块单元上形成了用于插入顶帽式导轨以及用于无螺纹附接到顶帽式导轨的装置。

2.根据权利要求1所述的组件，

其特征在于，

该电容器绕组块包括至少三个自修复式单独的绕组，其中多个热熔丝以一种分布在绕组芯管的纵轴上的方式串联地安排在所述绕组芯管之中，从而使得在每一情况下两个绕组的这些关键区域是由共用的热熔丝监测，并且所述多个热熔丝形成了具有一个导电膜或涂层的一个串联电路，该导电膜或涂层完全地或部分地包围这些绕组并且与这些绕组绝缘，以便在一种温度过高或内部短路所导致的故障情况下，通过控制电路实现了到该电容器和到该绕组块的外部供应电流的全极点中断。

3.根据权利要求2所述的组件，

其特征在于，

该电容器绕组块包括至少六个自修复式单独的绕组。

4.根据权利要求2所述的组件，

其特征在于，

多个电容器绕组连接通过该第二模块单元被引导至外部，以便建立多个外部可切换的部分电容，其中属于电容器壳体的该第二模块单元同时作为用于这些扼流圈或该第一模块单元的一个绝缘性支承元件。

5.根据权利要求4所述的组件，

其特征在于，

到该电容器绕组的这些连接是通过多个无焊料的弹性压力接触系统来实现的。

6.根据以上权利要求之一所述的组件，

其特征在于，

该紧凑扼流圈组包括多个单独的扼流圈，这些扼流圈各自具有多个线圈架，这些线圈架各自具有至少一个带有孔的延伸部，以便使其得能够通过一个贯穿螺栓或贯穿螺钉附接到该第一模块单元和第二模块单元上，而该螺栓或该螺钉另外地被引导在对应的扼流圈内芯中的一个中空铆钉之内。

7.根据权利要求6所述的组件，

其特征在于，

该线圈架包括两个相同构造的半壳。

8.根据权利要求1至5之一所述的组件，

其特征在于，

这些电容器的功能可靠性是通过一个热熔丝链来实现的，该热熔丝链被定位成用于在具有一个导电膜或导电涂层的一个串联电路中跨接绕组，该导电膜或导电涂层与这些绕组绝缘、完全地或部分地包围所述绕组，并且通过该导电膜或导电涂层来引导开关装置致动装置的中性导体，从而在温度过高或内部短路的情形中使该串联电路中断并且这个或这些电容器在所有极点处与电源系统断开连接。

9.根据权利要求1至5之一所述的组件，

其特征在于，

除了对于一个相对较低的电容器功率的总电感的一个连接或输出之外，一个扼流圈的每个绕组还具有用于一个相对较高的电容器功率的部分电感的一个抽头，而一个锁定转换电路通过这些开关装置确保了只有该部分电感亦或该总电感按要求被连接到多个电容器上。

10.根据权利要求1至5之一所述的组件，

其特征在于，

该第一模块单元的第二槽形区段用于容纳这些开关装置或容纳包括多个散热器的功率和/或控制电子系统。