CN110268493A - 低电压保护开关单元 - Google Patents

Abstract

在低电压保护开关单元(1)中，具体地说，在电机保护开关中，所述低电压保护开关单元包括至少一个外导体线(2)和中性导体线(5)，机械旁路开关(8)布置在所述外导体线(2)中，所述低电压保护开关单元(1)的半导体电路布置(11)与所述旁路开关(8)并联连接，连接到所述保护开关单元(1)的电子控制单元(13)的电流测量布置(12)至少布置在所述外导体线(2)中，所述电子控制单元(13)经形成而以可指定的方式致动所述旁路开关(8)和所述半导体电路布置(11)，本发明提出，所述控制单元(13)经形成以在所述旁路开关(8)断开时以可指定的时控方式接通/切断所述半导体电路布置(11)，从而限制下游负载(23)的接通电流。本发明还涉及一种电动机连接线，其包括这种类型的低电压保护开关单元(1)。

Description

低电压保护开关单元

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的前序部分的低电压保护开关单元。

背景技术

电气安装环境通常具有电感或电容负载或消耗器，其通常在接通期间汲取高电流。在这种情况下，在短时间内，出现过高电流，以至于相关系统上游的保护开关被激活，并且系统切断。

一方面，不希望激活相关保护开关，因为这会使系统停止启动，并且必须再次将网络设置为操作。另一方面，这并非真正意义上的错误激活，因为保护开关检测到的电流实际上高得足以证明在正常操作中激活是合理的。然而，相关状态通常仅极为短暂地持续，因此不存在损坏线路的风险。

具体地说，电动机的操作或启动因此需要大量系统，以便能够可靠地操作电动机并且不间断地启动电动机。

已知被提供并适当地形成以在特定类型的负载启动时限制接通电流的装置。然而，仅针对每种情况的特定类型的负载提供这些装置。例如，Δ-Y形开关也是已知的并且在特定类型的三相机器中广泛使用。这种类型的其它装置专门形成来用于电容或电感负载。

相关装置具有以下缺点：它们通常是除了官方规定的装置之外必须布置的并且增大了安装复杂性的单独装置。另外，它们依赖于结合特定负载使用，这意味着必须由制造商或分销商提供这种类型的许多不同装置。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种一开始所提及的类型的低电压保护开关单元，可通过所述低电压保护开关单元避免上述缺点，并且所述低电压保护开关单元在没有额外设备的情况下支持启动或接通尤其是电动机的电容和电感消耗器。

根据本发明，通过根据权利要求1所述的特征来实现这一点。

因此，无需其它设备就能以可靠方式限制电容和电感负载的启动电流。因此，可在无额外开关、启动电流限制器或保护开关的情况下仅使用单个装置来基本上视需要在正常操作中接通并操作电容或电感负载。因此，不必使用专门适用于特定形式负载的单独启动电流限制器。因此，特别是对于操作高功率负载，可降低安装复杂性和电气安装布置的复杂性。因此，可增大安装布置的灵活性。

本发明还涉及根据权利要求8所述的电动机连接线。

在电动机的操作中，由于使用根据本发明的低电压保护开关单元，可省略原本要使用的任何设备。只有当需要调节电动机时才需要提供当前常规逆变器。否则，可省略每种情况下的单独电机保护开关和电力开关以及熔断器布置和电机起动机的迄今发现的布置。因此，可仅用单个装置替换大量单元，并且以此方式可极大地降低安装复杂性。

附属权利要求项涉及本发明的进一步有利实施例。

在此明确地参考权利要求的措辞，权利要求由此以引用的方式在此并入本说明书中并被视为逐字再现。

附图说明

参考附图更详细地描述了本发明，附图中仅通过示例的方式示出优选实施例，其中：

图1是根据本发明的开关单元的第一实施例的示意图；

图2是电动机连接线的第一优选实施例的示意图；

图3是根据本发明的开关单元的第二实施例的示意图；以及

图4是电动机连接线的第二优选实施例的示意图。

具体实施方式

图1和3各自示出低电压保护开关单元1的实施例，具体地说，一种电机保护开关，其包括从低电压保护开关单元1的外线供应端3到低电压保护开关单元1的外线负载端4的至少一个外导体线2，以及从低电压保护开关单元1的中性导体端6到低电压保护开关单元1的中性导体负载端7的中性导体线5，机械旁路开关8布置在外导体线2中，低电压保护开关单元1的半导体电路布置11与旁路开关8并联连接，连接到保护开关单元1的电子控制单元13的电流测量布置12至少布置在外导体线2中，电子控制单元13经形成而以可指定的方式致动旁路开关8和半导体电路布置11，控制单元13经形成而在旁路开关8断开时以可指定的时控方式接通/切断半导体电路布置11，从而限制下游负载23的接通电流。

因此，无需其它设备就能以可靠方式限制电容和电感负载23的启动电流。因此，可在无额外开关、启动电流限制器或保护开关的情况下仅使用单个装置来基本上视需要在正常操作中接通并操作电容或电感负载23。因此，不必使用专门适用于特定形式负载的单独启动电流限制器。因此，特别是对于操作高功率负载23，可降低安装复杂性和电气安装布置的复杂性。因此，可增大安装布置的灵活性。

根据本发明的低电压保护开关单元1和根据WO 2015/028634 A1的保护开关单元都是低电压保护开关单元。就传统本身来说，低电压是指高至1,000V交流电或1,500V直流电的范围。

图1和2示出根据本发明的保护开关单元。这些开关具有至少一个外导体线2和中性导体线5，并且还提供用于交流电的包括三个外导体线2的配置。外导体线2从外导体供应端3延伸通过保护开关单元1到外导体负载端4。中性导体线5从中性导体端6延伸通过保护开关单元1到中性线负载端7。相关端3、4、6、7各自优选地形成为螺栓端或插入式端，并且布置在保护开关单元1中，从而可从外部接近。

保护开关单元1优选地具有绝缘材料壳体。

包括单个或多个接触中断的机械旁路开关8布置在外导体线2中。优选地并且如图所示，在低电压保护开关单元1中，第一机械断路器9进一步布置在外导体线2中，与旁路开关8串联。第二机械断路器10布置在中性导体线5中。半导体电路布置11与旁路开关8并联连接。断路器9、10也可在这实现连接的负载23与网络16的电流阻断的情况下布置在低电压保护开关单元1中的另一点处。

电涌放电器19也与旁路开关8并联连接。

保护开关单元1还具有电流测量布置12，其布置在外导体线2中并且优选地形成为包括分流电阻器或电流互感器。

电流测量布置12连接到保护开关单元1的电子控制单元13，所述电子控制单元优选地形成为包括微控制器或微处理器。电子控制单元13经形成以致动旁路开关8和第一半导体电路布置11以及第一机械断路器9和第二机械断路器10，且因此以可指定的方式致动它们或接通它们。为此目的，在电路方面，电子控制单元13连接到第一半导体电路布置11并且进一步，具体地说，连接到第一机械断路器9和第二机械断路器10的机械开关——并且因此旁路开关8——的电磁致动元件。图1中未示出源自电子控制单元13的对应连接。

第一半导体电路布置11优选地具有整流电路20，其优选地形成为全桥，以及在图1的实施例中，形成两个功率半导体21，所述功率半导体根据本发明形成为IGBT作为固有切换或调节元件。在这种情况下，还可提供相对大的功率半导体21。

或者，也可使用背对背IGBT 90作为半导体元件。图3示出对应地形成的低电压保护开关单元1。反并联二极管91被指派给每个背对背IGBT90。除了半导体电路布置11的配置之外，低电压保护开关单元1的两个实施例基本上相同。

作为实际切换元件，IGBT的优势在于，它们可切换高功率，并且可比可控硅更简单地切断。

特别优选地，提供的是，半导体电路布置3形成为双向H桥或H切换调节器。因此，有可能进行与负载类型无关的操作。因此，可调节电容和电感负载6的瞬态响应。

在图1中，除了实际的保护开关单元1之外，还指示电气环境。在这种情况下，电力网络由AC/DC供应电压源16、网络内部电阻17和网络电感18表示。此外，示出电负载23，特别是电动机80，以及呈短路形式的电气故障22。

在根据图1的开关单元中，提供的是，由旁路开关8和第一半导体电路布置11执行切断过程，并且第一断路器9和第二断路器10仅用于确保负载电路在切断完成后的电流阻断。

除了保护功能之外，还提供根据本发明的低电压保护开关单元1，以在正常操作中接通和切断——具体地说——电容或电感负载6。具体地说，提供的是，将根据本发明的呈电机保护开关形式或代替电机保护开关的保护开关单元1用于电动机80的正常操作。

因此提供的是，形成控制单元13而在旁路开关8断开时以可指定的时控方式接通/切断半导体电路布置11，从而限制下游负载23的接通电流。先前所描述的低电压保护开关单元1的切断功能主要在发生短路时不受此影响。因此，优选地提供直接切断电涌或短路，并且因此无需通过根据本发明描述的用于限制接通电流的方法预先限制电流。

在这种情况下，可提供不同类型的时控。具体地说，提供的是，形成控制单元13以根据脉宽调制接通/切断半导体电路布置11。已发现这特别适合于在实践中实施。

优选地，进一步提供的是，控制单元13连接到电流测量布置12，并且形成控制单元13以将开/关切换时间调适为随所测量负载电流而变。这形成了一个调节电路，其使对接通电流的更精确限制成为可能。

在这种情况下，优选地还提供的是，第一电压测量布置95布置在网络侧端3、6的区域中，并且第二电压测量布置96布置在负载侧端4、7的区域中，并且这些布置各自连接到控制单元13。通过网络侧端3、6处的电压测量，可检测所施加电压的过零点。由于负载侧端4、7处的电压测量，可测量并考虑脉宽调制期间在负载处的电压。

自然提供并以适当方式形成控制单元13以用于半导体布置11的可指定致动或连接。

图2和4示出作为本发明的另一主题的电动机连接线的两个实施例，根据本发明的低电压保护开关单元1连接到由图2和4中的每个图中的附图标记16、17、18标示的网络端。电动机80连接到低电压保护开关单元1。

在电动机的操作中，由于使用根据本发明的低电压保护开关单元1，可省略原本需要使用的任何设备。如图2中所示，从网络端到电动机的整个链仅由根据本发明的低电压保护开关单元1组成。在现有技术中，在网络与电动机80之间通常需要四个单元，具体地说，在每种情况下单独的电机保护单元和电力开关以及熔断器布置和电机起动器。所有这些在根据本发明的电动机80的电气安装中可省略掉。

只有当需要调节电动机时才需要提供当前常规逆变器78或者是变频器70。否则，可省略迄今发现的布置。因此，可仅用单个单元替换大量单元，并且以此方式可极大地降低安装复杂性。

图4示出一种布置，其中仅在电路中的低电压保护开关单元1与电动机80之间布置变频器70。输入滤波器75被指派给变频器70。在这种情况下，变频器70本身由整流器76、在其下游的也称为电容器组的电容器布置77以及在其下游的也可称作DC-AC逆变器的逆变器78组成。在这种情况下，电容器布置77是如其对于低电压保护开关单元1而呈现的负载的部分。由于半导体电路布置11以可指定的时控方式接通/切断，因此电容器布置77也可预先充电，使得在这点上不需要进一步的电路措施以便对其充电。这同样适用于输入滤波器75，所述输入滤波器可具有能量存储区，例如特别是电容器，并且还可由根据本发明的低电压保护开关单元1预先充电而不因此发生接通电流的增大。

与图2和4相关的关于电动机连接线的陈述以及相关联描述各自旨在尤其涉及封闭列表。因此特别优选地，提供的是，相关联的电动机连接线实际上不具有其它组件，而提及熔断器作为这一点唯一可能的例外。在任何情况下，都不提供其它开关。

在下文中，描述用于设置操作中的电感或电容负载23的方法的优选实施例，所述负载23连接到根据本发明的低电压保护开关单元1。

在第一步骤中，在切断的保护开关单元1上，激活接通操作元件或在保护开关单元1的接口(未示出)处接收接通信号。

随后，当低电压保护开关单元1的旁路开关8断开时，通过低电压保护开关单元1的控制单元13在供电交流电的每个半波期间以可指定的时控方式将桥接断开的机械旁路开关8的半导体电路布置11接通/切断，以限制负载23的接通电流。

在这种情况下，优选地提供的是，由控制单元13根据脉宽调制来接通/切断半导体电路布置11。

一旦建立了通过低电压电源开关单元1的基本稳定的电流或基本上稳定的电力吸收，换句话说，一旦负载23的电力吸收已经稳定，则通过闭合机械旁路开关8来桥接半导体电路布置11。

优选地，进一步提供的是，电流测量布置12测量通过低电压电源开关单元1的负载电流并将电流测量结果传递给控制单元13。

Claims (9)

1.一种低电压保护开关单元(1)，具体地说，一种电机保护开关，其包括从所述低电压保护开关单元(1)的外线供应端(3)到所述低电压保护开关单元(1)的外线负载端(4)的至少一个外导体线(2)，以及从所述低电压保护开关单元(1)的中性导体端(6)到所述低电压保护开关单元(1)的中性导体负载端(7)的中性导体线(5)，机械旁路开关(8)布置在所述外导体线(2)中，所述低电压保护开关单元(1)的半导体电路布置(11)与所述旁路开关(8)并联连接，连接到所述保护开关单元(1)的电子控制单元(13)的电流测量布置(12)至少布置在所述外导体线(2)中，所述电子控制单元(13)经形成而以可指定的方式致动所述旁路开关(8)和所述半导体电路布置(11)，其特征在于，所述控制单元(13)经形成而在所述旁路开关(8)断开时以可指定的时控方式接通/切断所述半导体电路布置(11)，从而限制下游负载(23)的接通电流。

2.根据权利要求1所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述控制单元(13)经形成而以可指定的方式，具体地说，根据脉宽调制，来接通/切断所述半导体电路布置(11)。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述半导体电路布置(11)具有至少一个IGBT(21)，具体地说，两个背对背IGBT(90)，或至少一个MOSFET，作为半导体切换元件。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述控制单元(13)连接到所述电流测量布置(12)，并且所述控制单元(13)经形成以将开/关切换时间调适为随所测量负载电流而变。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述控制单元(13)经形成以在可指定的电气状态出现时，具体地说，出现电涌或短路电流时，致动所述旁路开关(8)和所述半导体电路布置(11)以切断所述低电压保护开关单元(1)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述半导体切换布置(11)形成为双向H桥。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的低电压保护开关单元(1)，其特征在于，所述低电压保护开关单元(1)具有用于所述外导体线(2)和中性导体线(5)的可指定电中断的机械断开触点(9，10)。

8.一种电动机连接线，其中根据权利要求1至7中任一项所述的低电压保护开关单元(1)连接到网络端，电动机(80)连接到所述低电压保护开关单元(1)。

9.根据权利要求8所述的电动机连接线，其特征在于，逆变器或变频器(70)，具体地说单独地，布置于所述低电压保护开关单元(1)与所述电动机(80)之间。