CN110494947A

CN110494947A - 断路器

Info

Publication number: CN110494947A
Application number: CN201780088938.5A
Authority: CN
Inventors: M.施特勒
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2017-03-24
Filing date: 2017-12-19
Publication date: 2019-11-22
Anticipated expiration: 2037-12-19
Also published as: WO2018171926A1; DE102017205004A1; DE102017205004B4; US20200051767A1; CN110494947B; US11133142B2

Abstract

本发明涉及一种断路器，用于在超过电流极限值和/或电流‑时间段极限值时中断电路，断路器具有至少一个控制单元，通过能量转换器对其进行能量供应，能量转换器的初级绕组通过电路的导体形成，能量转换器的芯包围用作初级绕组的电路的导体，能量转换器的次级绕组包围芯的一个区段。次级绕组附加地包围扼流圈芯，扼流圈芯通过绝缘的间隔元件相对于芯布置，其中，次级绕组和扼流圈芯通过引导通过芯的屏蔽板相对于初级绕组至少部分地被磁屏蔽。

Description

断路器

技术领域

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的断路器。

背景技术

断路器是与保险装置类似地工作的保护装置。断路器监视借助导体流过断路器的电流，并且当超过保护参数、例如电流极限值或者电流-时间间隔极限值时，即，当在一定的时间间隔内存在电流值时，中断至能量汇或者用电设备的电流或者能量流，这称为触发。例如，通过断路器的断开的触点来进行中断。

尤其是对于低压电路或者低压电网，与所提供的电流的大小相关地，在电路中存在不同类型的断路器。本发明的意义上的断路器尤其是意为在电流为63至6300安培的低压设备中使用的开关。更具体地，针对63至1600安培、尤其是125至630或者1200安培的电流使用闭路断路器。尤其是针对630至6300安培、更具体地1200至6300安培的电流使用开路断路器。

开路断路器也称为空气断路器(Air Circuit Breaker)，简称为ACB，闭合断路器也称为塑壳断路器(Moulded Case Circuit Breaker)或者紧凑断路器，简称为MCCB。

低压尤其是意为最大1000伏特的交流电压或者1500伏特的直流电压的电压。

本发明的意义上的断路器尤其是意为具有控制单元、例如电子触发单元(也称为电子脱扣单元(Electronic Trip Unit)，简称为ETU)的断路器。控制单元监视通过传感器、例如罗氏线圈(Rogowskispulen)测量的电流的大小，或者附加地以类似的方式监视电路的电压和/或其它参数的大小，并且使得电路中断。控制单元的运行需要电能，通过能量转换器、例如变压器来提供电能。能量转换器在初级侧与要保护的电路连接，并且在次级侧与控制单元连接。

在电流太“大”的情况下，断路器根据其保护参数或者响应值中断电路。保护参数或者响应值基本上是电流的大小或/或电流和如下时间的大小，在持续“大”的电流的情况下，应当在该时间之后中断电路。与保险装置不同，断路器中的这些保护参数或者响应值，例如可以借助控制单元、例如电子触发单元来调节。

能量转换器用于对断路器进行所谓的自供电。能量转换器基于磁耦合的功率传输原理，由此为控制单元、例如电子触发单元提供能量。

在此，电路的导体经常形成能量转换器的初级侧。也就是说，例如，电导体是能量转换器的初级线圈。

导致相应的大的次级电流(变压器原理)的大的初级电流在这些转换器中是有问题的。这种大的初级电流尤其是可能在大的负载电流或者短路电流的情况下出现。其结果是，超过电力转换器的视在功率。能量转换器由此进入磁饱和状态。

电力转换器的视在功率随着初级电流幅值和电网频率而线性地增大。由此得到为了满足控制单元或者ETU的次级侧的功率要求而需要的最小初级电流。该最小初级电流通过应用的要求来确定，由此得到能量转换器或者电力转换器中的铁磁芯的磁尺寸设计(尤其是材料选择以及磁芯长度和横截面)。对于在电网频率f下从所需要的次级电压U导出的磁工作点B，基本上得到最小磁截面A。这通过已知的变压器方程来描述：

U＝4·4＊N2*·A＊B＊f

次级电流I2通过次级绕组的匝数与初级电流I1的匝数比N2得到，其中，从初级电流中减去产生磁通所需要的磁化电流Iμ。

I2＝(I1-Iμ)/N2

两个次级参量的乘积定义电力转换器的视在功率Ps＝U＊I2。如果该视在功率小于布置在次级的功率消耗，则磁芯进入饱和，因为磁通密度受磁芯材料限制。

在最小初级电流以上，视在功率被初级电流幅值驱动而增大。但是电子设备的功率消耗对于所有运行条件在一定程度上保持恒定，因此得到源(能量转换器或者电力转换器)与汇(控制单元或者ETU)之间的所谓的误匹配。多余的功率在输入电压调节器中和/或在次级绕组中转换为热。这些热必须被导出，否则在控制单元中和/或在能量转换器中形成严重的自发热。

当前，在断路器中使用如下能量转换器、例如电力转换器，这些能量转换器在线性范围内工作，直到达到定义的初级电流的大约200％。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，改进开头提到的类型的断路器，尤其是减小视在功率或者发热。

对于从权利要求1的前序部分出发的断路器，上述技术问题通过权利要求1的特征部分，以及通过根据权利要求16或者17的用于断路器的能量转换器和扼流圈来解决。

根据本发明，通过添加限制电流的扼流圈，来对误匹配进行补偿，因为该扼流圈的电抗同样随着次级电流幅值和频率增大。能量转换器或者变压器的视在功率通过初级电流来确定。能量转换器或者变压器在次级侧的电流与电压之间没有固定的相位关系的情况下工作。因此，也不强制性地需要汲取有效功率。如果附加地以串联的方式添加电抗，则可以通过该阻抗上的无功功率来补偿变压器的视在功率。针对该目的，在能量转换器与控制单元之间添加扼流圈。在此，应当注意在能量或者电力转换器与扼流圈之间高的电压尖峰的出现，在初级电流的变化非常快(幅值大或者频率高)的情况下，可能由于这些电压尖峰而产生潜在的危险。根据本发明，提出了一种特殊的磁设计，这种磁设计将能量转换器和连接在后面的限制电流的扼流圈共存于一个整体磁模块中。

这具有如下特别的优点，即，针对电流受限的能量转换器，尤其是针对断路器的控制单元的能量供应，提供紧凑的实现方案。

在从属权利要求中给出有利的设计方案。

在一个有利的设计方案中，屏蔽板部分地包围次级绕组和扼流圈芯。屏蔽板尤其是被设计为U形的型材(Profil)或者板。

这具有如下特别的优点，即，直到在最大的初级短路电流的范围内，也确保扼流圈的功能。

在一个有利的设计方案中，扼流圈芯具有中间开口，次级绕组(15)的至少一部分或者完整的匝被引导通过该中间开口。例如，扼流圈芯被设计为具有相应的开口的环形芯或者四边形的芯。

这具有如下特别的优点，即，可以进行有效的扼流圈设计，并且集中芯中的磁通。

在一个有利的设计方案中，扼流圈芯被实施为两件式或者多件式的芯。例如通过两个U形、C形等的芯拼接在一起，来实现扼流圈芯。替换地，也可以通过U-I芯组合来实现扼流圈芯。尤其是可以通过夹紧部件将这些芯保持在一起。

这具有安装简单的优点。

在一个有利的设计方案中，扼流圈芯与初级绕组平行地和/或与芯垂直地布置。在此，尤其是，一方面，意为能量转换器的芯和扼流圈芯的主平面垂直地进行安装，即，相对于彼此以直角安装。主平面尤其是意为芯的面积最大的平面。

另一方面，扼流圈芯与初级绕组、尤其是与初级导体尤其是平行地进行安装，意为扼流圈芯的主平面与初级导体的纵向方向、尤其是初级导体的主平面平行地取向。

这具有如下特别的优点，即，初级导体的磁场均匀地作用到扼流圈芯上。另一方面，芯和扼流圈芯的(剩)磁场相互垂直，并且使相对于彼此的影响最小化。

在一个有利的设计方案中，次级绕组具有第一和第二绕组。第一和第二绕组尤其是在空间上彼此分离。尤其是，第一和第二绕组布置在第一和第二线圈体上。

这具有如下特别的优点，即，可以分开通过第一绕组来调节能量转换器的次级侧的能量，并且通过第二绕组来调节扼流圈的其它电流受限的作用。这在紧凑的设计中是有利的。

在一个有利的设计方案中，第二绕组包围扼流圈芯的如下第二区域，与第一绕组的区域相比，该第二区域与芯间隔更远。

这具有如下特别的优点，即，使芯对第二绕组的影响最小化，由此能够实现电流限制作用的更好的可调节性。

在一个有利的设计方案中，第二绕组的绕组方向沿着扼流圈芯的磁芯长度，继续次级绕组的第一绕组的绕组方向。尤其是使得第一和第二绕组的磁通在扼流圈芯中在结构上叠加。

这具有如下特别的优点，即，得到扼流圈的更大的总匝数或者电感以及整体设计的优化的尺寸设计。

在一个有利的设计方案中，能量转换器具有芯，和/或扼流圈具有扼流圈芯，其：

a)剩磁通密度(Br2)小于饱和磁通密度(Bs2)的30％或者小于饱和磁通密度的20％，或者

b)矫顽场强(Hc2)小于10A/m或者小于5A/m。

替换方案是，能量转换器具有芯(10)，其饱和磁通密度(Bs2)是至少1T，尤其是至少1.2T。

替换方案是，能量转换器具有由纳米晶体材料制成的铁磁芯，尤其是纳米晶体带芯。

这具有如下特别的优点，即，给出针对低的唤醒条件(Aufwachbedingungen)的大的磁导率或者用于使反复磁化损耗(Ummagnetisierungsverluste)最小化的窄的磁滞。

在一个有利的设计方案中，扼流圈芯至少部分由铁磁粉末形成，尤其是由Fe、Fe/Ni合金或者铁氧体粉末形成。

这具有如下特别的优点，即，实现良好的扼流圈作用。

在一个有利的设计方案中，屏蔽板具有Fe、Ni或者Co元素，或者特别地是具有所提到的元素中的至少一种的合金。

这具有如下特别的优点，即，扼流圈芯的区域中的初级导体的磁场强度明显减小，从而在扼流圈芯或者次级磁路中感应出很少的附加功率。

在一个有利的设计方案中，间隔元件是电绝缘的。间隔元件尤其是由塑料、陶瓷、玻璃或者硬纸/纸板中的一种制成。

这具有如下特别的优点，即，尤其是当两个芯以其主磁通相互垂直地布置时，使芯与扼流圈芯之间的涡流或者漏磁通最小化。

在一个有利的设计方案中，扼流圈芯具有气隙。在此，扼流圈芯尤其是可以由磁导率大的材料来实施。尤其是以单件式、两件式或者多件式的方式。在此，设置至少一个气隙。在气隙中可以添加材料，例如绝缘材料和/或非磁性材料。

这具有如下特别的优点，即，通过选择扼流圈磁芯长度与气隙的宽度的比，给出了针对扼流圈的电感的另一种调节可能性。在此，优选可以使用具有小的磁芯损耗的用于扼流圈芯的材料。

以从属的形式引用权利要求1、以及仅引用权利要求的各个特征或者特征组合的所有设计方案，产生对断路器的改进。

附图说明

所描述的本发明的特性、特征和优点以及实现本发明的方式和方法，结合下面对结合附图详细说明的实施例的描述，将变得更清楚并且更容易理解。

在此，附图示出：

图1示出了具有根据本发明的扼流圈的第一电路图，

图2(2a、2b、2c)示出了具有扼流圈的能量转换器的第一设计方案，

图3(3a、3b、3c)示出了具有扼流圈的能量转换器的第二设计方案，

图4示出了具有第一磁滞曲线的第一曲线图，

图5示出了具有第二磁滞曲线的第二曲线图，

具体实施方式

图1示出了用于说明本发明的第一电路图。用作能量源的交流电源AC向用作能量汇的能量消耗设备Load(负载)供电。该电路的导体形成能量转换器CT的初级侧20。在此，导体可以具有能量转换器CT的初级线圈的多个匝。但是也可以仅导体(没有匝)直接通过能量转换器CT的芯10，或者在能量转换器CT的芯10旁边经过。

在此，能量转换器CT的芯10还具有次级侧15，次级侧15通过次级绕组或者线圈15的一个或多个匝形成。

次级绕组15的两个接头形成能量转换器CT的次级侧的输出端，其为未进一步示出的断路器的至少一个控制单元ETU的两个输入端提供能量供应。断路器还具有至少一个触点CB，利用触点CB，可以中断(初级)电路。

相应的一个输出端与一个输入端电连接。

根据本发明，在输出端与输入端之间的至少一个连接线中，设置扼流圈L。

在此，应当注意相应地出现的电压，该电压通过“高电压”表示。

尤其是在初级电流的变化非常快(幅值大或者频率高)的情况下，在电力转换器与扼流圈之间出现高的电压尖峰，这些电压尖峰导致潜在的危险。

图2示出了根据本发明的具有扼流圈的能量转换器的布置。图2a示出了能量转换器CT的环形或者四边形的芯10。芯10包围初级导体20，初级导体20用作能量转换器CT的初级绕组。通过倾斜的阴影线示出了初级导体20的截面图。

芯10的一部分被屏蔽板31包围。

图2b示出了根据图2a的能量转换器的侧视图，区别在于，示出了屏蔽板31下方的细节。芯10的一部分或者一个芯区段被次级绕组15包围。次级绕组15例如可以具有线圈体16，次级绕组15缠绕或者安装在线圈体16上。这具有如下特别的优点，即，使得能够简单地安装能量转换器。

次级绕组15不仅包围芯10的一个芯区段，而且包围根据本发明的扼流圈芯11的一部分或者扼流圈芯11的一个芯区段。

在此，芯10和扼流圈芯11通过间隔元件30彼此隔离。尤其是，扼流圈芯10的芯柱与芯10的芯柱平行地布置。在此，两个芯的主平面，即芯的面积最大的平面，例如以直角或者相互垂直地布置。尤其是，扼流圈芯的主平面可以与形成初级绕组的初级导体平行地布置，尤其是与初级导体的延伸方向、例如纵向方向和/或主平面平行地布置，如在图2b中所示出的。

在此，扼流圈芯可以实施为单件式的、两件式的或者多件式的芯，其尤其是通过夹紧或者保持凸鼻26保持在一起。

屏蔽板31的环绕不是闭合的，而是可以以U形、C形、板状或者类似的形状设计，如例如在图2b中所示出的。屏蔽板31例如不仅包围次级绕组15、扼流圈芯11，而且包围芯10的芯柱的至少一部分。

在图2c中示出了从下方看的视图。在此，可以看到夹紧或者保持凸鼻26的示例性的位置。此外，扼流圈芯11以四边形的、两件式的U/U形状实施，其通过夹紧或者保持凸鼻26保持在一起。

优选可以想到作为分离型或者单件式的环形芯、四边形的芯、U/U、U/I、E/E、E/I或者类似的芯的扼流圈芯11；即，优选扼流圈芯11具有至少一个中间开口，尤其是次级绕组的至少一部分或者一个部分区段引导通过该中间开口。

此外，扼流圈芯还可以具有至少一个气隙50。

图3示出了根据图2的设计方案，不同之处在于，次级绕组具有第一绕组15和第二绕组35。

在此，第一绕组15包围芯10和扼流圈芯11。在此，第二绕组35仅包围扼流圈芯11。

第一绕组15除了芯10之外，例如还包围扼流圈芯11的例如靠近能量转换器芯10的第一区段或者芯柱。在此，第二绕组35仅包围扼流圈芯，例如扼流圈芯的另一个芯柱，例如扼流圈芯的远离能量转换器芯10的区段或者芯柱。

两个绕组例如借助连接线路40相互连接。

第二绕组35可以布置在另一个或者第二线圈体36上。这使工业制造和安装变得容易。

在此，扼流圈芯也可以具有气隙50。

图4示出了具有例如绕制的FeSi环形带芯的第一磁滞曲线的曲线图。在曲线图的水平的X轴上绘制了以A/m(安培每米)为单位的磁场强度H。在竖直的Y轴上绘制了以T(特斯拉)为单位的磁通B。绘制了本领域技术人员已知的一般的磁滞。这种类型的曲线也称为所谓的Z形。在曲线中绘出的材料的主要特性是饱和磁通密度Bs1、经常也仅称为剩磁的剩磁通密度Br1和矫顽场强Hc1。

如果铁磁芯用电气初级绕组或者初级线圈绕制，并且通过初级绕组的电导体发送电流，则得到的磁场H[A/m]在芯中产生磁通B[T]。绕制也可以仅仅是一匝，或者导体可以引导通过(环形)芯，即所谓的匝数的一半，以便在芯中产生磁通。

该磁通随着磁场的增大或者磁场强度的增大而增大。然而，不任意地增大，而是仅在所谓的饱和磁通密度Bs1之前增大。如果达到饱和磁通密度，则磁场强度H的增大不使芯中的磁通B的增大。磁通在饱和磁通密度Bs1下保持恒定。这在图1中利用在特性曲线的右侧部分旁边示出的向上的箭头示出。

如果磁场H仅又减小到值0(H＝0A/m)，则在芯中仍然剩余磁通Br1。将该磁通称为剩磁通密度Br1。

只有利用方向相反的磁场(图1中的负的磁场强度)，才可以使芯中的磁通又为值0(B＝0T)。将为此需要的磁场强度Hc1称为矫顽场强Hc1。这在图1中利用在特性曲线的左侧部分旁边示出的下降的箭头示出。

能量转换器的芯中的剩余的磁通Br1是有问题的。根据本发明，在一个设计方案中，芯应当具有尽可能小的剩磁通。根据本发明，在一个设计方案中，这利用纳米晶体芯作为能量转换器来实现。

由铁磁性材料制成的纳米晶体带，通过在旋转盘或者辊上将熔液快速固化为无定形带，并且对缠绕的无定形带进行定义的热和磁后处理来形成。

对带的热后处理(退火过程)使得在带中产生再结晶。形成具有铁磁特性的纳米晶体。如果该再结晶过程在外部磁场下进行，则在形成纳米晶体时，磁化的易磁化轴以磁场方向定向。在缠绕的纳米晶体带冷却之后，得到具有非常高的磁导率和非常窄的磁滞、即非常小的磁功率损耗的铁磁芯。这种类型的磁芯和电力转换器可以在高达MHz的范围内运行。

在图5中示出了这种芯的磁滞曲线。图5示出了根据图4的曲线图，不同之处在于，示出了例如尤其是具有横向各向异性的纳米晶体环形带芯的磁滞曲线。该纳米晶体环形带芯的特征在于，小得多的剩磁通密度Br2和小得多的矫顽场强Hc2。

在此，饱和磁通密度Bs2和图4所示的饱和磁通密度几乎一样大。

该曲线具有所谓的F形状(F表示平的)。

对于作为用于对控制单元ETU供电的用于断路器的能量转换器的使用，即作为对断路器中的电子触发单元进行磁耦合的自供电的使用，1.2T(至少1T)的相对高的饱和极化以及非常高的磁导率是特别有利的。小的磁芯损耗特别是在例如现在越来越多地暴露于断路器下的、具有大量电流谐波的电网中是有利的，因为晶粒定向的电磁钢板在高频下具有非常高的磁功率损耗。

如前面所描述的，在再结晶期间，磁场影响绕制的带芯中的磁取向。如果磁场环形地围绕环形芯的中心点定向，则在纳米晶体带中形成纵向磁各向异性。这种类型的环形芯具有极其高的磁导率，但是也具有非常明显的Z形形状的磁滞。因此，这种芯显示明显的剩磁通。

相反，如果外部磁场均匀地与环形芯轴线平行地取向，则在再结晶期间形成横向磁各向异性。由纳米晶体带制成的这种类型的环形芯几乎没有剩磁通，因为在没有外部磁场的情况下，纳米晶体的磁极化与环形圆周垂直地取向。磁滞具有F形状，如在图5所示出的。尽管如此，这种类型的芯仍然具有与一般的电磁钢板类似的磁导率，其中，附加地，纳米晶体环形带芯中的磁功率损耗小得多。

在磁芯横截面类似的情况下，这种类型的纳米晶体环形芯可以代替由晶粒定向的电磁钢板制成的绕制的环形芯，这尤其是对于断路器、尤其是塑壳断路器或者开路断路器是有利的。

通过本发明，可以实现具有相对小的能量转换器的断路器，其也在具有谐波的电网中，并且在超过定义的电流的大的初级电流的情况下实现，其中，给出针对控制单元的可靠的能量供应。

利用由纳米晶体带制成的芯，在本发明的范围内，可以实现以下优点：

非常高的磁导率；

高的磁饱和极化；

＝>在视在功率相同的情况下，比在由铁氧体材料制成的环形芯的情况下明显更小的结构空间；

＝>适用于一般的电网频率。

在视在功率相同的情况下，与由电磁钢板制成的芯类似的结构大小；

＝>在已有的设计中的简单的替换。

非常窄的磁滞、即小的磁功率损耗；

＝>适用于高频；

＝>适用于电流谐波负荷大的电网。

此外，通过在再结晶过程期间可调节的磁各向异性，得到以下优点：

由于横向磁各向异性而产生非常小的剩磁通；

＝>没有剩磁效应；

＝>与断路器的之前的切断/触发的“先前的历史”无关的、断路器中的控制单元、例如ETU的没有延迟的触发准备。

下面，在设计方案中进一步说明本发明。

对于能量或者电力转换器，芯10布置在初级电导体20周围。其应当具有针对低的唤醒条件的高的磁导率和/或用于使反复磁化损耗最小化的窄的磁滞。

尤其是芯10，芯10的：

a)剩磁通密度Br2小于饱和磁通密度Bs2的30％或者小于饱和磁通密度Bs2的20％，或者

b)小于10A/m或者小于5A/m的矫顽场强Hc2优选适合于此。

替换方案是饱和磁通密度Bs2至少为1T、尤其是至少为1.2T的芯10。

替换方案是由纳米晶体材料制成的铁磁芯10，尤其是纳米晶体带芯。

这种材料也可以用于扼流圈芯。

限制电流的扼流圈11的磁路优选由铁磁粉末、例如Fe、Fe/Ni合金或者铁氧体粉末构成。例如以U/U或者U/I的形状实施。电力转换器的次级绕组15除了磁(主)芯10之外，还包围扼流圈磁芯11。两个磁芯优选相互电和/或磁隔离地布置。这例如通过具有匹配的外形的、进行隔离的例如电的和/或非磁的间隔元件或者盘30来实现。可以在制造次级绕组之后，将间隔元件或者盘30以及扼流圈芯11的例如两个半芯，例如插入线圈体16中。例如半芯例如通过线圈体上的、在结构上集成的夹紧/保持凸鼻26，例如机械地夹紧在一起。

在这种设计中，电力转换器的次级绕组经由第二扼流圈磁芯11也作为扼流圈绕组起作用。因此，不在次级绕组15外部出现上面提到的由于限制电流的扼流圈而出现的电压尖峰。在次级绕组15内部，必须考虑到沿着次级绕组15分布的较大的感应电压。因此，例如通过适当的线隔离(Drahtisolierung)，可以获取两个相邻的绕组线之间的电压降。

进行电隔离的间隔元件或者板30在该板30的横截面内或者上防止涡电流。间隔元件或者板厚度以及间隔元件或者板由非磁性材料构成的特性在两个芯之间防止漏磁通。由此，尤其是防止经由例如垂直地从芯逸出的磁场分量产生涡电流。

理想地，例如(主)芯10和扼流圈芯11相互垂直地布置，即，扼流圈芯11例如与初级导体20平行。由此实现初级导体20的磁场均匀地作用到扼流圈芯11上，并且在次级磁路中感应出尽可能小的附加的功率。布置在初级导体与扼流圈芯之间的、例如磁性的屏蔽板31例如进一步使扼流圈芯的区域中的初级导体的磁场强度减小。该屏蔽板31不是闭合的，而是例如仅作为板或者U形型材，填充初级导体与次级线圈之间的区域。

在达到最大的初级短路电流的范围内之前，这两个措施彼此独立地确保限制电流的扼流圈的功能。

将次级绕组划分为(迄今为止的)第一绕组和第二绕组35带来有利的扩展。在此，保留迄今为止的点，例如：

-围绕初级电导体20优化的电力转换器，

-夹紧在一起的由粉末材料制成的两件式的扼流圈芯11，

-次级绕组15包围(主)芯10和扼流圈芯11，

-在两个芯之间进行电和磁隔离的间隔板30，

-两个磁芯的垂直的布置，

-初级导体和扼流圈芯之间的磁性屏蔽板31。

迄今为止，在此，通过扼流圈芯11的磁特性、例如扼流圈芯的磁截面来调节扼流圈的电感。通过对电力转换器或者控制单元ETU的要求来确定次级绕组的匝数。必须确定磁截面和磁导率的大小，使得扼流圈芯11在所有运行情况下，在磁饱和下方的线性区域中工作。

因为匝数与电感呈平方关系，因此得到，与电力转换器的匝数相比，通常希望扼流圈的匝数更大，以实现对整体设计的良好的电流限制。

根据本发明，当例如在不与(主)芯10接触的情况下，在扼流圈芯的自由区域上方，放置了(补充的)第二绕组35时，实现了限制电流的扼流圈的优化的尺寸设计。

第二绕组35的绕组方向例如沿着磁芯长度在扼流圈磁路中继续第一绕组15的绕组方向。因此，得到扼流圈的更大的总匝数，由此得到更大的电感以及整体设计的优化的尺寸设计。

通过得到的扼流圈电感的划分，可以看到两个绕组之间的连接位置处的反向电压的一部分。由两个电感部分的比得到电压尖峰的大小，因此与在电力转换器和扼流圈完全分离的情况下相比，电压尖峰的大小更小。此外，电压尖峰的位置被局部地限制在两个绕组之间，因此简化了对气隙和爬电路径的观察。

能量或者电力转换器(功率源)与控制单元ETU(功率汇)之间的串联电路中的扼流圈的电抗，对源与汇之间的功率误匹配进行补偿。由此得到已经部分地提到的优点：

-在次级不需要的功率不转换为热。

＝>热设计明显得到简化。

＝>能效得到改善。

-这种设计在不同的频率下工作，因为来自电力转换器的、随着频率线性地增大的次级电压，与随着频率线性地增大的扼流圈的电抗一致。

-通过电抗来限制次级电流。可以针对该较小的电流，设计控制单元ETU内的供电电路中的所有构件(例如整流二极管、电子旁路等)。

＝>因此得到成本和空间优势。

电压尖峰由于在此设想的根据本发明的集成设计而得到避免或者明显减小。因此，潜在的电气危险明显减小。

一个决定性的根据本发明的扩展在于，能量/电力转换器与扼流圈的两个磁路/芯尤其是通过间隔元件/板30完全地磁分离。

由此得到以下优点：

-在两个磁路/芯之间避免了(漏)磁通。

＝>不会由于垂直的磁通分量而产生附加的涡流。

＝>在电流谐波下没有明显过高的发热。

-针对电力转换器和扼流圈清楚地分开的尺寸设计。

选择磁性粉末材料、例如Fe、Fe/Ni合金或者铁氧体粉末作为扼流圈芯，简化了结构设计，因为例如可以取消磁导率大的扼流圈芯中的气隙。

尤其是通过两个磁芯相互垂直的布置，确保扼流圈的限制电流的作用，直到达到非常大的初级电流。此外，尤其是通过扼流圈芯与初级电导体平行的取向。通过初级导体与线圈布置之间的屏蔽板、尤其是磁性屏蔽板，实现了本发明针对初级导体周围的非常大的磁场的负面影响的进一步的改善。

虽然在细节上通过实施例详细说明并且描述了本发明，但是本发明不局限于所公开的示例，本领域技术人员可以从中推导出其它变型方案，而不脱离本发明的保护范围。

Claims

1.一种断路器，用于在超过电流极限值和/或电流-时间段极限值时中断电路，

所述断路器具有至少一个控制单元(ETU)，通过能量转换器对其进行能量供应，

-所述能量转换器的初级绕组(20)通过所述电路的导体(20)形成，

-所述能量转换器的芯(10)包围用作初级绕组(20)的所述电路的导体(20)，

-所述能量转换器的次级绕组(15)包围所述芯(10)的一个区段，

其特征在于，

所述次级绕组(15)附加地包围扼流圈芯(11)，

所述扼流圈芯通过进行隔离的间隔元件(30)相对于所述芯(10)布置，

其中，所述次级绕组(15)和所述扼流圈芯(11)通过屏蔽板(31)相对于初级绕组(20)至少部分地被磁屏蔽，所述屏蔽板被引导通过所述芯(10)。

2.根据权利要求1所述的断路器，

其特征在于，

所述屏蔽板部分地包围所述次级绕组(15)和所述扼流圈芯(11)，

所述屏蔽板尤其是被设计为U形型材或者板。

3.根据权利要求1或2所述的断路器，

其特征在于，

所述扼流圈芯(11)具有中间开口，所述次级绕组(15)的至少一部分被引导通过所述中间开口。

4.根据权利要求1、2或3所述的断路器，

其特征在于，

所述扼流圈芯(11)被实施为两件式或者多件式的芯，所述两件式或者多件式的芯尤其是通过夹紧部件(26)保持在一起。

5.根据权利要求1、2、3或4所述的断路器，

其特征在于，

所述扼流圈芯与初级绕组平行地和/或与所述芯垂直地布置。

6.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述次级绕组(15)布置在线圈体(16)上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述次级绕组(15)具有第一绕组和第二绕组(35)，所述第一绕组和所述第二绕组在空间上彼此分离，尤其是布置在第一线圈体(16)和第二线圈体(36)上。

8.根据权利要求7所述的断路器，

其特征在于，

所述第二绕组(35)包围所述扼流圈芯的如下第二区域，与所述第一绕组(15)的区域相比，所述第二区域与所述芯(10)间隔更远。

9.根据权利要求7或8所述的断路器，

其特征在于，

所述第二绕组(35)的绕组方向沿着所述扼流圈芯的磁芯长度，继续所述次级绕组的所述第一绕组(15)的绕组方向。

10.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述能量转换器具有芯(10)，其：

b)矫顽场强(Hc2)小于10A/m或者小于5A/m。

11.根据权利要求10所述的断路器，

其特征在于，

所述能量转换器具有芯(10)，其饱和磁通密度(Bs2)是至少1T，尤其是至少1.2T。

12.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述能量转换器具有由纳米晶体材料制成的铁磁芯(10)，尤其是纳米晶体带芯。

13.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述扼流圈芯(11)至少部分由铁磁粉末形成，尤其是由Fe粉末、Fe/Ni合金粉末或者铁氧体粉末形成。

14.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述屏蔽板(31)具有Fe、Ni或者Co元素，或者特别地是具有所提到的元素中的至少一种的合金。

15.根据前述权利要求中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述间隔元件(30)是电隔离的，尤其是由塑料、陶瓷、玻璃或者硬纸/纸板制成。

16.一种能量转换器，其用于根据权利要求1至15中任一项所述的断路器。

17.一种扼流圈，其用于根据权利要求1至15中任一项所述的断路器。

18.根据前述权利要求1至15中任一项所述的断路器，

其特征在于，

所述扼流圈芯(11)具有气隙。