CN106575585A - 用于中断直流电流的具有恒定的电流斜率的电流过零脉冲 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于产生电流过零脉冲(1)的装置，该电流过零脉冲用于在流过直流电流(2)的电组件(3)中，特别是真空开关管中生成电流过零点，其中装置具有带有两个电极(12)、(13)的电能量存储器(4)和开关(5)，通过该两个电极能够从电压源(10)给电能量存储器(4)充电，并且利用所述装置通过能量存储器(4)、流过直流电流的电组件(3)和开关(5)能够形成环路，使得在开关(5)闭合时能量存储器(4)能够放电，从而产生流过电组件(3)的、与直流电流(2)相反的电流过零脉冲(1)。按照本发明设置，能量存储器(4)具有多个用于共同产生电流过零脉冲(1)的能量存储器元件。

Description

用于中断直流电流的具有恒定的电流斜率的电流过零脉冲
技术领域
本发明涉及一种用于产生电流过零脉冲(Strom-Null-Impuls)的装置，该电流过零脉冲用于在流过直流电流的电组件中，特别是真空管中生成电流过零点。
背景技术
通常使用真空管作为在交流电网中的电流的负载开关或功率开关。在此，用于断开阳极电流或开关电流的真空管需要以交流电压的负半波提供的负电压。对于应当中断直流电流的情况，由于缺少过零点，能够将直流电流与其叠加的电流脉冲，或也称为电流过零脉冲是必须的，以便产生所需的电流过零点。
在迄今为止的用于借助电流过零脉冲产生人工电流过零点的已知方法中，通常使用简单的RLC振荡电路(振荡电路基于电阻、电感、电容)。如果应当断开直流电流，则打开真空开关管、施加电流过零脉冲并且中断电流。通过RLC振荡电路生成的电流过零脉冲在此具有正弦形的电流形状。RLC振荡电路的频率的水平在此通常处于KHz范围内并且由此明显高于典型在交流电网中出现的频率。
通过真空开关管进行的电流中断相对可靠地直至特定的、最大电流斜率dI/dt(电流关于时间的导数)在电流过零点中实现。RLC振荡电路的电流斜率在此相应于余弦函数。可以仅对于特定的可预定的电流的幅度来优化RLC振荡电路的尺寸。对于电流中断的时间点由此在不同的开关电流和保持不变的电流过零脉冲的情况下对于开关电流的过零点给出不同的、可能不是最优的电流斜率。
由此，RLC振荡电路，其设计为用于产生具有高的幅度的电流过零脉冲，具有首先极高的、随时间和幅度增加按照余弦函数下降的电流斜率。如果待补偿的直流电流是大的，则在电流斜率已经按照余弦函数下降并且由此足够低的时间点实现电流过零点。但是如果待补偿的直流电流是小的，则在电流过零脉冲的电流斜率还极高、可能过高的早先的时间点就已经实现电流过零点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种用于产生电流过零脉冲的装置，其在尽可能恒定的电流斜率dI/dt的情况下能够实现不同幅度的开关电流的中断。
上述技术问题通过独立权利要求的特征来解决。优选的实施在从属权利要求中给出。
按照本发明设置用于产生电流过零脉冲的装置，该电流过零脉冲用于在流过直流电流的电组件中，特别是真空开关管中生成电流过零点，其中装置具有带有两个电极的电能量存储器和开关，通过该两个电极可以从电压源给电能量存储器充电。在此，利用装置通过能量存储器、流过直流电流的电组件和开关可以形成环路，使得在开关闭合时能量存储器能够放电，从而产生流过电组件的、与直流电流相反的电流过零脉冲，其中能量存储器具有多个用于共同产生电流过零脉冲的能量存储器元件。
这样的装置的优点是，电流过零脉冲的形状，也就是幅度关于时间的变化可以通过叠加多个能量存储器元件的放电曲线的叠加来形成。通过这种方式可以生成几乎任意形状的电流过零脉冲，其对于中断电组件中的直流电流可以是必须的。在此，电组件的概念一般地设置为，使得其还包括更复杂的(可能集成的)电路或设备，特别是常规的交流电流开关设备。
优选地，不同地构造能量存储器元件，从而能量存储器元件具有不同的放电曲线。用于共同形成电流过零脉冲的多个能量存储器元件的放电可以以不同的方式，例如并行、时间错开、彼此相关或链接地进行。
优选地，能量存储器构造为，使得在闭合开关时可以通过环路形成振荡电路，从而电流过零脉冲具有交变的方向。这样的构造提供如下优点，即，可以在直流电流方向上在电组件之前定位节点，在该节点处可以将能量存储器与直流电流流过其的导线连接。在能量存储器放电时在该情况下首先通过电流过零脉冲放大流过电组件的直流电流，在该放大之前基于所形成的振荡电路变换其方向并且在具有其反向方向的半振荡之后补偿直流电流。
优选地，用于共同产生电流过零脉冲的多个能量存储器元件形成链导体，其中能量存储器元件构造为分别具有电容的链环节。
在此，链导体的概念被理解为以电路装置形式的类似构造的链环节的链式的电关联。
应用这样的链环节提供可合理制造的优点以及链接提供能够形成时间依赖关系或序列的优点。
优选地，链导体的链环节具有电感、电阻和电容。具有无源组件的构造可以便宜地制造，其中特别地由电感、电阻和电容可以构成装置，其具有简单的构造方式并且此外允许作为能量存储器元件的电容的受控放电过程。
优选地，每个链环节构造为RLC环节，也就是每个链环节构造为由电感、电阻和电容构成的串联电路，其中第一链环节的串联电路在能量存储器的电极之间构造并且随后的链环节的串联电路与各个之前的链环节的电容并联连接。这样的构造提供如下可能性，形成在具有不同电流斜率的电流过零脉冲分量中得到的、不同频率的振荡电路。特别地，其提供如下可能性，形成电流过零脉冲，其负半波在高的幅度的情况下具有小的电流斜率。由此，用于高的直流电流的电流中断的真空开关管例如需要具有高的幅度和低的电流斜率的电流过零脉冲。与满足相应的前提条件并且由仅一个纯的RLC振荡电路构造的能量存储器相比，相应的且合适地参数化构造的、由RLC环节构成的链导体在发送相对短的电流脉冲以及结构上较小的尺寸的情况下需要少的待存储的能量。
优选地，装置具有多个能量存储器元件，这些能量存储器元件设计为，使得通过能量存储器元件的共同放电而产生的电流过零脉冲分区段地总体上具有近似恒定的电流斜率。例如，装置可以实施为，使得其具有带有多个链环节的链导体，其电感、电阻和电容设计为，使得电流过零脉冲分区段地总体上具有近似恒定的电流斜率。
这样的装置提供如下优点，即，其例如可以对于特定的、近似恒定的电流斜率构造，该电流斜率不取决于待补偿的直流电流的高度对于在电流过零脉冲方面的电流过零点的时间点具有计划的电流斜率。由此，这样的装置在相应的参数化的情况下例如适用于在可预定的电流斜率下不取决于其高度地补偿流过直空开关管的、在开关时间点恒定的直流电流。换言之，通过在这样的构造下的装置在最优的电流斜率下对于具有不同高度的直流电流可以产生电流过零点。
优选地，能量存储器具有多个，特别优选三个能量存储器元件，其设计为，使得通过能量存储器元件的共同放电而形成的电流过零脉冲总体上具有近似三角形的或斜坡形的电流变化。特别优选地，能量存储器具有带有三个链环节的链导体，其电感、电阻和电容设计为，使得电流过零脉冲总体上具有近似三角形的或斜坡形的电流变化。电流过零脉冲的这样的时间变化可以利用无源组件简单实现并且分区段地提供具有恒定的电流斜率的电流过零脉冲。
优选地，装置还构造为，能量存储器的电极可以经由充电电阻与电压源连接。此外优选地，装置在此构造为，使得该电压源是对于待补偿的直流电流提供电能的相同的电压源。这样的构造允许弃用第二电压源。在此优选地，充电电阻布置为，使得其利用电压源、电组件和开关形成第二环路并且在此不包含在由开关、电组件和能量存储器组成的前面提到的环路中，以及不布置在待补偿的直流电流的电流路径中。
此外优选地，装置构造为，使得装置具有吸能器，其与电组件并联布置。通过该吸能器在中断流过电组件的直流电流时可以吸收由于中断释放的能量。优选地，吸能器构造为金属氧化物放电器，例如金属氧化物电阻或金属氧化物可调电阻。金属氧化物放电器基本上老化稳定地运行并且适用于能够吸收在放电过程期间产生的能量。
优选地，应用用于在流过直流电流的电组件中产生电流过零脉冲的装置，其中电组件是真空开关管。在这样的应用中可以通过装置形成直流开关。
附图说明
下面对照所附的附图根据优选的实施例对本发明作进一步的说明。
附图中：
图1示出了具有由三个链环节组成的链导体的本发明的实施例；
图2示出了用于形成直流开关的本发明的应用的实施例。
具体实施方式
图1示出了本发明的优选的实施例。从图1可以看出用于产生电流过零脉冲1的装置，该电流过零脉冲用于在流过直流电流2的电组件3中生成电流过零点，其中电组件3实施为真空开关管。
装置具有带有两个电极12、13的电的能量存储器4，该能量存储器可以由图2中示出的电压源10来充电。此外，装置通过能量存储器4、流过直流电流的电组件3和开关5形成环路，从而在产生使流过电组件3的直流电流2首先放大的电流过零脉冲1的条件下在开关5闭合时能量存储器4能够放电。
在此，能量存储器4具有多个以链导体的链环节6、6'和6”形式的能量存储器元件，这些链环节用于共同产生电流过零脉冲1。链导体的链环节6、6'、6”具有电感7、7'、7”、电阻8、8'、8”和电容9、9'、9”。在此，每一个链环节6、6'、6”由电感7、7'、7”、电阻8、8'、8”和电容9、9'、9”组成的串联电路构造。在能量存储器4的电极12、13之间构造第一链环节6的串联电路。随后的链环节6'、6”的串联电路分别与前一个链环节6、6'的电容9、9'并联连接。
在这样的构造中，通过链导体构造振荡电路，其振荡(只要电组件3具有导通状态)可以通过闭合开关5发起。
在形成电流过零脉冲1的正半波的条件下在闭合开关5时电容9、9'、9”放电。电流过零脉冲1的正半波具有与直流电流2相同的方向，从而在电组件3中首先两个电流相加。
在电容9、9'、9”放电之后，电感7、7'、7”维持电流过零脉冲1，直至电容9、9'、9”中的电压U极性反转。随着电压的增加，降低电流过零脉冲1的幅度直至其过零点。
由于电容9、9'、9”中的电压U的极性反转，电流过零脉冲1的正半波之后连接负半波。电流过零脉冲1的该负半波抵消直流电流2，从而在相应的尺寸下直流电流2可以通过电流过零脉冲1的负半波来补偿并且在电组件3中对于两个电流的和可以获得电流过零点。
链环节6、6'、6”的电感7、7'、7”、电阻8、8'、8”和电容9、9'、9”设计为，使得电流过零脉冲1分区段地总体上具有近似恒定的电流斜率。
图2示出了用于形成直流开关17的本发明的应用的实施例。能量存储器4的实施以及其与电组件3和开关5的共同作用与图1中的实施例是相同的。除了图1描述的装置之外从图2中可以看出，图1中示出的能量存储器4，在此通过具有电感7、7'、7”、电阻8、8'、8”和电容9、9'、9”的链导体表示，经由充电电阻11与电压源10连接。
此外，从同一个电压源10提供用于待补偿的直流电流2的电能。充电电阻11布置为，使得其与电压源10、电组件3和开关5形成第二环路并且在此不包含在前面提到的由开关5、电组件3和能量存储器4组成的环路中，以及不布置在待补偿的直流电流2的电流路径中。由电压源10、能量存储器4以及充电电阻11组成的另外的第三环路允许将电容9、9'、9”充电到电压源10的电压UDC，只要开关5打开。
如果开关5闭合，则能量存储器4的电容9、9'、9”通过电组件3和开关5以电流过零脉冲的形式放电。以真空开关管形式实施的电组件3与开关5耦合并且在开关5闭合时被打开，从而通过达到由于电流过零脉冲1的负半波导致的电流过零点可以断开直流电流2。
具有电感部件15和电阻部件16的开关负载经由直流开关17连接到具有电压UDC的电压源10，通过该开关负载确定直流电流2。此外从图2可以看出，装置具有吸能器14，其与电组件3并联布置。
在中断流过电组件3的直流电流2时，由于开关负载的电感部件15在电组件3上形成过电压，其可以通过吸能器14来吸收，该吸能器实施为金属氧化物放电器。
附图标记列表
1 电流过零脉冲
2 直流电流
3 电组件
4 能量存储器
5 开关
6 链环节
7 电感
8 电阻
9 电容
10 电压源
11 充电电阻
12 能量存储器的电极
13 能量存储器的电极
14 吸能器
15 开关负载，电感部件
16 开关负载，电阻部件
17 直流开关

Claims (10)

1.一种用于产生电流过零脉冲(1)的装置，该电流过零脉冲用于在流过直流电流(2)的电组件(3)中，特别是真空开关管中生成电流过零点，其中所述装置具有带有两个电极(12)、(13)的电能量存储器(4)和开关(5)，通过该两个电极能够从电压源(10)给电能量存储器(4)充电，并且利用所述装置通过能量存储器(4)、流过直流电流的电组件(3)和开关(5)能够形成环路，使得在开关(5)闭合时所述能量存储器(4)能够放电，从而产生流过电组件(3)的、与直流电流(2)相反的电流过零脉冲(1)，其特征在于，所述能量存储器(4)具有多个用于共同产生电流过零脉冲(1)的能量存储器元件。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量存储器(4)构造为，使得在闭合开关(5)时能够通过环路形成振荡电路，从而电流过零脉冲(1)具有交变的方向。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，用于共同产生电流过零脉冲(1)的多个能量存储器元件形成链导体，其中所述能量存储器元件构造为分别具有电容(9)、(9')、(9”)的链环节(6)、(6')、(6”)。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，链导体的链环节(6)、(6')、(6”)具有电感(7)、(7')、(7”)和电阻(8)、(8')、(8”)。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，每个链环节(6)、(6')、(6”)构造为由电感(7)、(7')、(7”)、电阻(8)、(8')、(8”)和电容(9)、(9')、(9”)构成的串联电路，第一链环节(6)的串联电路在能量存储器(4)的电极(12)、(13)之间构造并且随后的链环节(6')、(6”)的串联电路与各个之前的链环节(6)、(6')的电容(9)、(9')并联连接。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述能量存储器元件设计为，使得通过能量存储器元件的共同放电而产生的电流过零脉冲(1)分区段地总体上具有近似恒定的电流斜率。
7.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，能量存储器(4)的电极(12)、(13)能够经由充电电阻(11)与电压源(10)连接。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置具有吸能器(14)，其与电组件(3)并联布置。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述吸能器(14)构造为金属氧化物放电器。
10.一种根据上述权利要求中任一项所述的用于在流过直流电流(2)的电组件(3)中产生电流过零脉冲(1)的装置的应用，其特征在于，所述电组件(3)是真空开关管。
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