CN117321717A - 具有集成切断模块的电气保护设备和系统 - Google Patents

Abstract

一种电气保护系统(2)包括壳体(4)、连接端子(6，8)、可分离电触点(10)、开关机构(12)和与可分离电触点串联连接的至少一个功率开关(22)，其中系统还包括联接到至少一个功率开关的电子控制电路(24)，所述或每个功率开关包括连接到所述功率开关的电极的金属散热板(86)，所述散热板热连接到所述功率开关的主体，并且其中所述或每个功率开关经由连接到相应功率开关的散热板的导电板(90，92)与连接端子之间的可分离电触点串联连接。

Description

具有集成切断模块的电气保护设备和系统

技术领域

本发明涉及诸如断路器的电气保护装置和系统的技术领域。

背景技术

许多机电类型的电气开关装置，例如空气断路器，特别是微型断路器(MCB),通常包括灭弧室。灭弧室配置成当装置脱扣后电触点分离时，熄灭在装置的电触点之间的空气中出现的电弧。

灭弧室通常包括金属板的堆叠，这些金属板彼此叠置，以便拉伸和熄灭电弧。在壳体中形成的一个或多个孔使得从装置中排出灭弧气体成为可能。

然而，为了提高这些保护装置的性能，已经提出用包括基于半导体部件的功率开关的电子断路装置来代替灭弧室。

例如，这种改进的性能在包括电化学蓄电池组的直流(DC)电气系统中是有利的，在发生电气故障的情况下，该电气系统的电气保护装置必须能够以非常快的反应时间中断强电流。

为了与现有设施兼容，希望这些保护装置能够包含在与机电型开关装置的壳体具有相同尺寸的壳体中。

这些装置还必须能够正确地消除功率开关释放的热量。

因此，需要基于半导体部件的电气保护装置，例如断路器，其至少部分地弥补了这些缺点。

发明内容

为此，本发明的一个方面涉及一种电气保护系统，包括壳体、连接端子、连接在连接端子之间的可分离电触点、开关机构和与可分离电触点串联连接的至少一个功率开关，可分离电触点能够在断开状态和闭合状态之间移动，所述开关机构与所述可分离电触点联接，以便将所述可分离电触点切换到断开状态，所述电气保护系统还包括与所述至少一个功率开关联接的电子控制电路，所述或每个功率开关包括连接到所述功率开关的电极的由金属制成的散热板，所述散热板热连接到所述功率开关的主体，并且其中所述或每个功率开关经由连接到所述相应功率开关的散热板的导电板与连接端子之间的可分离电触点串联连接。

根据本发明，由于没有从传统的微型断路器中移除的部件(这些部件通常包括双金属条、磁脱扣器、磁屏蔽、气体发生颊板和灭弧室的金属板堆叠)而腾出的空间被用于容纳断路块，该断路块包括在至少一个(优选几个)导电板和装置壳体的壁之间的功率开关。另一个优点是，板散发的热能越多，需要的半导体断路部件就越少。

根据有利的但非强制性的方面，这种电气保护装置可以单独或以任何技术上允许的组合结合一个或多个以下特征:

与装置的极相关联的所述或每个功率开关安装在集成到块中的板状基板上，每个功率开关的相应导电板安装在块的基板的同一侧；

该系统包括两组至少一个功率开关，它们与安装在基板上的系统的同一极相关联，所述组的每个至少一个功率开关和相应的导电板安装在基板的相对侧；

该块或每个块容纳在壳体的专用隔间中；

该导电板或每个导电板覆盖壳体侧壁的相应面的至少40％的表面积；

该导电板或每个导电板平行于壳体的最宽壁延伸；

散热板是天然固定到功率开关的陶瓷体的金属板；

所述至少一个功率开关是场效应晶体管，优选为MOSFET；

该导电板或每个导电板由金属制成；

该金属板或每个金属板主要由铜或铝制成；

导电板之一包括适于形成电触点的段，该段用作固定电触点，其与系统的移动触点相互作用以一起形成所述可分离电触点；

该导电板或每个导电板连接到系统的相应连接端子。

根据另一方面，电气保护装置是微型断路器，壳体的宽度是9mm的倍数，并且电气保护装置是空气断路器。

附图说明

根据下面对电气保护系统的一个实施例的描述，将更好地理解本发明，并且本发明的其他优点将变得更加明显，该描述仅通过示例并参考附图给出，其中:

图1是根据本发明一些实施例的电气保护装置的示意性截面图；

图2是在双极装置的情况下，图1的电气保护装置的功能图；

图3是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护设备的开关机构的运动序列的第一步骤的示意图；

图4是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护设备的开关机构的运动序列的第二步骤的示意图；

图5是当装置被切换到断开状态时，图1的电气保护设备的开关机构的运动序列的第三步骤的示意图；

图6是示出当装置被切换到断开状态时，与图3至图5的开关机构相关联的控制杆的角位置随时间变化的曲线图；

图7是图1的保护装置的一部分的一个特定实施例的透视(插图A)和分解(插图B)示意图；

图8是根据第一变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是单相装置；

图9是根据第二变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是三相装置；

图10是根据第三变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是具有中性线的三相装置；

图11是根据第四变型的图1的电气保护装置的功能图，其中该装置是四极装置。

具体实施方式

图1和2示意性地示出了根据本发明一些实施例的电气保护装置2。

在许多实施例中，电气保护装置2是断路器。

优选地，装置2是微型断路器。

装置2包括壳体4，装置2的至少一些部件容纳在壳体4内。

壳体4优选由刚性电绝缘材料制成，例如热成型聚合物，例如聚酰胺PA 6.6，或任何其他合适的材料。

例如，壳体4是由模制塑料制成的壳体。

优选地，壳体4的尺寸，特别是壳体的宽度或壳体4的长宽比，与现有保护装置的壳体4的尺寸兼容。

在通过图示给出的一个非限制性示例中，壳体的宽度优选为9mm的倍数，例如等于9mm，或18mm，或27mm。

应当理解，在该示例中，电气保护系统的部件容纳在同一壳体4中。然而，在某些变型中，某些部件可以容纳在不同的壳体中。因此，这里参照装置2描述的内容可以推广到可以与壳体4分离的电气保护系统2。

装置2还包括连接端子6和8、连接在连接端子6和8之间的可分离电触点10以及开关机构12，该开关机构12包括控制构件14(下面也称为控制棒或控制杆)。控制杆14例如是枢转杆，该枢转杆可以从壳体4的外部触及，并且旨在由使用者操纵。

例如，触点10可以通过将固定电触点和可相对于固定触点移动的移动电触点相关联而形成，开关机构12联接到移动机械触点。

实际上，每个电触点10可以包括多个电触点指，尽管其他实施方式也可以作为变型。

可分离电触点能够在断开状态和闭合状态之间移动。在断开状态下，触点10被作为电绝缘体的大量环境空气彼此分开，这防止了电流流动。

在图2的例子中，装置2包括两对连接端子6、8:经由第一连接线连接到第一输出端子8的第一输入端子6，以及经由第二连接线连接到第二输出端子8的第二输入端子6。

为了说明的目的给出的这个例子对应于双极装置的情况(具有两个电极，或者两个电相位)。然而，其他例子也是可能的。

在许多实施例中，开关机构12配置成响应于开关命令将电触点10移动到断开状态。开关命令可以通过脱扣发送，或者由用户在控制杆14上的动作产生。

例如，开关机构12是肘节机构，例如与专利EP 2975628 B1或EP 1542253B1中描述的开关机构类似或相似的开关机构。

装置2还包括电子断路模块16，其配置为中断连接端子6和8之间的电流。电子断路模块16在这里基于固态断路部件，特别是半导体部件，例如功率晶体管。在这点上，装置2不同于包括灭弧室(消弧室)的机电空气保护装置。

优选地，电子断路模块16容纳在壳体4的专用隔间中。甚至更优选地，当壳体4与机电保护装置的壳体类型同样(或甚至相同)时，所述隔间对应于通常由灭弧室以及用于检测电气故障的装置(称为热磁的类型)所占据的空间，例如双金属片和线圈。

这使得保留现有断路器的结构并确保与现有设施的兼容性成为可能。

因此，装置2包括与可分离电触点10串联的至少一个功率开关22。

在图示的示例中，其对应于双极装置的说明性情况，装置2包括四个功率开关22，在这里由附图标记T1、T2、T3和T4标识。

例如，第一连接线包括与第一端子6和8之间的可分离触点串联的两个功率开关T1和T2。同样，第二连接线包括与第二端子6和8之间的第二可分离触点10串联连接的两个功率开关T3和T4。例如，所述第一和第二连接线中的每一条对应于一个电相。

实际上，根据装置的拓扑结构，特别是极的数量(单相、多相、有中性线或没有中性线),功率开关的数量可能不同，但也取决于装置的额定电流。

实际上，每个功率开关可以由几个并联的部件(例如晶体管)实现，这取决于希望生产的断路器的额定值。

例如，在装置2中，其说明性地且完全非限制性地具有16安培的额定值，使用了串联连接的两对晶体管，每对晶体管的晶体管并联连接。在具有更高额定值的变型中，例如三十二安培，可以使用大量并联的晶体管。

每个功率开关22可以在电断开状态和电接通状态之间切换。

例如，功率开关22是功率晶体管。

根据一个优选实施例，功率开关22是MOSFETs(金属氧化物半导体场效应晶体管)。

这种类型的晶体管是优选的，因为它具有低的导通电阻，而且因为当它静止时(例如当没有控制信号被发送到控制电极时)它保持在截止状态。

然而，根据断路器的额定值，可以设想其它半导体技术，例如绝缘栅双极晶体管(IGBTs)、或晶闸管、或集成门极换向晶闸管(IGCTs)、或甚至其它技术。

作为变型，功率开关22可以是JFETs(结型场效应晶体管)。在这种情况下，考虑到这种JFETs在静止时处于导通状态，控制电路24的操作可能必须被修改。

实际上，如图2所示，二极管与每个功率开关22并联，尽管其他实施例也可以作为变型。通常，这是功率开关结构中固有的寄生二极管。

电气保护装置还包括与所述至少一个功率开关22(即，每个功率开关22)联接的电子控制电路24。换句话说，电子控制电路24使得控制每个功率开关22成为可能。

在许多实施例中，电子控制电路24包括处理器，例如可编程微控制器或微处理器。

处理器有利地联接到计算机存储器或任何计算机可读数据存储介质，其包含可执行指令和/或软件代码，当这些指令被处理器执行时，该软件代码旨在实现用于检测电气故障的方法。

值得注意的是，这种方法可以检测电气故障，例如过载电流、短路、差动电流或受保护线路中串联(或差动)电弧的存在，还可以检测过电压或欠电压。

根据未详细描述的变型，电子控制电路24可包括数字信号处理器(DSP)、或现场可编程门阵列(FPGA)、或专用集成电路(ASIC)、或任何等效元件、或这些元件的任何组合。

有利地，装置2可以包括用于过电压保护的一个或多个元件26，该元件与一个或多个功率开关22并联连接，以便保护功率开关22免受过电压，特别是在触点10分离时发生电弧的情况下。

这尤其使得在设施包括电感电路的情况下，在断路期间保护开关免受电压成为可能。

例如，保护元件26是斩波器或金属氧化物变阻器(MOV)或transil(TVS，或“瞬态电压抑制”)二极管。

在许多实施例中，装置2包括内部电源28，其配置为向电控制电路供电，优选地使用当装置2工作时在连接端子6、8之间流动的电流。

作为一种变型，内部电源28可以包括电池，或者任何其他使自主电源成为可能的装置。

例如，电子控制电路24配置成当测量电路30检测到电气故障时将功率开关22切换到断开状态。例如，装置2包括电流传感器30，其在这里联接到每个连接线。

例如，电气故障可以是过电流或短路，但也可以是其他电气故障，例如差动电流或待保护线路中存在串联(或差动)电弧，甚至还有过电压或欠电压。

当脱扣时(即，在检测到需要立即中断电流的电气故障之后)，装置2可以通过开关机构12和功率开关22的组合动作来切换。

此外，根据一些实施例，装置2还包括同步系统32，该同步系统32旨在使功率开关22的切换与触点10的断开同步，目的是避免当电触点10断开时电弧的发生。

为此，装置2包括传感器34，其配置为测量开关机构12的位置。优选地，传感器配置成测量开关机构12的控制杆14的位置，或者固定到控制杆14的部分的位置。

例如，传感器34连接到电子控制电路24的输入，以便发送测量信号。传感器34可以面向开关机构12的一部分放置(例如，面向承载控制杆14的机械部分)。换句话说，传感器34可以联接到控制杆14。

根据以图示方式给出的一个非限制性实施例，传感器34可配置成发出二进制信号，当开关机构12处于电触点10闭合的位置时，取第一值，当开关机构处于电触点10开始分离的位置之前的位置时(随着杆的打开运动继续)，取第二值(不同于第一值)。

例如，该位置可以对应于控制杆14的特定角位置阈值。

举例来说，位置阈值可以对应于相对于控制杆14的原始位置的20°角。作为变体，可以选择另一个角度。在实践中，该角度优选小于或等于20°，或者小于或等于10°，或者小于或等于5°。

优选地，传感器34是光学传感器。

根据一些实施例，传感器34是基于障碍物的光学传感器，例如布置成使得当控制杆14到达特定位置时，例如当控制杆14已经开始相对于闭合位置移动时，由传感器34的敏感元件接收的光信号被阻挡。

作为变型，传感器34可以采取不同的形式，因此可以是机械传感器，或者具有外场补偿的感应传感器。

在许多实施例中，传感器34容纳在与开关机构12和控制构件14相同的壳体中。然而，作为变型，传感器34可以容纳在第一壳体中，并且控制构件14以及开关机构12的至少一部分容纳在另一壳体中。

特别地，对于包括几个极的装置(例如，对于三相断路器或两极直流断路器)，每个极的控制构件(控制杆)是机械互连的。在该系统中，为整个保护装置使用单个传感器可能是有利的，而不是为每个极使用一个传感器。然后，该单个传感器可以远程地位于另一个壳体中。

如将参考图2至图6更详细解释的，电子控制电路24配置成当传感器34检测到开关机构移动到断开位置时，并且更具体地在电触点10分离之前，将一个或多个功率开关22切换到断开状态。

在可选但有利的实施例中，装置2可以包括辅助传感器(未示出)，该辅助传感器配置成测量开关机构的位置，该辅助传感器配置成与光学传感器34结合操作。这种布置特别适用于大型断路器，以便提高开关机构12的位置检测的可靠性。然而，这个辅助传感器可以省略。

可选地，同步装置32可以包括致动器36，该致动器36配置成使开关机构12运动。致动器36包括例如电动机或电磁致动器，该电磁致动器包括可在电磁致动器的作用下移动的移动机械部分。例如，致动器36由电子控制电路24控制，因此可以通过机构12控制电触点10的断开。

在可选实施例中，在电子控制电路24外部的外部脱扣件可以连接到电子控制电路24的输入，以便传输脱扣命令，从而经由电子控制电路24使装置2脱扣。

由外部脱扣件发出的脱扣命令可以通过有线链路或射频信号以电子方式传输。

在其他实施例中，外部脱扣件可以机械地联接到开关机构12或电子控制电路12(例如，经由机电传感器)。

在某些实施方式中，辅助电源38可用于给电子控制电路24供电。

例如，装置2外部的辅助电源38连接到装置2的端子A1、A2，所述端子连接到配电电路(例如电源轨)。

现在参照图3至5描述开关机构12和同步系统32的操作的一个例子。

图3、4和5示意性地示出了随时间变化的各种连续配置中的开关机构12的简化版本50。更具体地，图3对应于开关机构12的闭合状态，其中电触点10接触(处于闭合状态)并使得电流能够流动。图5对应于开关机构12的断开状态，其中电触点10彼此分离。图4对应于从闭合状态转换到断开状态期间的中间状态。

如图3所示，开关机构12包括:

-控制杆14，其采用旋转部件52的形式，该旋转部件52被安装成能够围绕固定到壳体4的旋转轴旋转(在图3中可以看到的阴影区域，其中一个具有附图标记51，表示相对于壳体4不可移动的锚固点)；

-传动杆54或连杆；

-脱扣钩56，其通过传动杆54可旋转地安装并联接到部件52；

-甲板53，其安装成能够绕固定到壳体4的旋转轴旋转，并联接到钩56；

-脱扣棒58，其联接到甲板53和钩56；

-接触保持器60，其承载活动电触点10并与固定电触点61相互作用，接触保持器被安装成能够绕固定到壳体4的旋转轴旋转；

-止动件62，其限制控制杆52的旋转运动，例如分别在断开和闭合位置。

旋转轴在这里平行布置，例如全部垂直于壳体4的侧壁布置。

在脱扣阶段，脱扣棒58被驱动旋转，这释放了钩56并驱动甲板53和接触保持器60旋转到断开位置。并行地，甲板的运动通过传动杆54触发部件52的旋转运动。

在所示的例子中，传感器34以这样的方式布置，即在断开状态下，部件52的至少一部分放置在传感器34的前面，以便例如遮蔽传感器34的至少敏感部分。相反，在闭合状态下，部件52保持远离传感器34，并且不遮蔽传感器34的敏感部分。传感器34的敏感部分被部件52遮蔽的位置可以对应于角位置阈值。当部件52经过传感器前面时，传感器34改变状态，然后发送不同的测量信号。

如图4和图6所示，利用所示示例中采用的配置，最迟在电触点10开始分离之前达到角位置阈值。

在图6中，时序图70示出了作为时间(在x轴上标记为“t”)函数的变化:

-在开关机构12的位置，这里由控制杆14的角位置(曲线72)示出，

-在光学传感器34的状态下(曲线74，根据测量信号是取第一值还是第二值，曲线74在这里可以分别取低值或高值)；

-在可分离电触点10的闭合或断开状态下(曲线76，其在这里可以取低值或高值，分别对应于断开状态和闭合状态)。

因此，在脱扣之后，控制杆14的角度直到其达到传感器改变状态的阈值(这里由曲线74上的第一垂直虚线表示)。作为响应，电子控制电路24触发功率开关22切换到它们的断开状态，以便中断电流的流动。在一定的延迟之后，这里是紧接在图4中可以看到的位置之后，电触点10最终被开关机构12分开，然后到达打开运动的终点。

这种操作可以有利地通过特定的开关机构来获得，例如如上所述的拨动开关机构，其中该机构的部件的相对运动配置成引起控制杆14的旋转和触点10的实际打开之间的角度偏移，例如以便在断开时短暂地延迟触点10的分离。

当电触点由于电触点在装置2的整个寿命期间逐渐磨损而下沉时，这种偏移使得有可能补偿游隙的减小。

实际上，在这些实施例中，控制电路24利用这种偏移，使得功率开关的切换(由传感器34检测到的控制杆14的开始旋转引起)预期电触点10的分离。

根据本发明，在断开阶段，电子控制电路32和传感器34使得可以同步功率开关22和开关机构12的动作，特别是为了在电触点10分离之前命令功率开关22切换到它们的断开状态。这防止了电触点10之间电弧的出现，并因此使得安全地中断电流成为可能。

换句话说，这里使用了由开关机构12的设计导致的功率开关的切换和电触点的分离之间的延迟。

当该装置用于直流设施时，这是特别有用的，因为可分离电触点10本身通常不足以中断电流。

相反，一旦处于断开位置，可分离电触点10使得有可能产生气隙，并防止电流在装置2脱扣后再次在端子6和8之间流动。

为了再次闭合触点10(也就是说，为了将装置2切换回闭合状态)，用户将控制杆14移动到相应的位置。这种运动通过连杆54驱动钩56旋转并钩在脱扣棒58上。连杆54然后驱动甲板53旋转，直到触点10闭合。

此外，使用与机电保护装置的壳体类似或相似、甚至相同的壳体4使得有可能确保与早期产品系列的兼容性。例如，装置2可以安装在配电板中，作为上一代保护装置的替代，而不需要修改整个安装的其余部分。这也使得使用已经存在的辅助装置成为可能。

使用光学传感器34是有利的，因为这种传感器尺寸小，并且可以容易地集成到装置2中，这使得可以制造紧凑的装置2。光学传感器还具有精确和对周围电磁干扰不敏感的优点(并且不是可能损害设施或装置2本身的操作的电磁干扰的来源)。

最后，如上所述，使用肘节机构作为开关机构12可以在触点到达断开位置之前触点下沉时恢复游隙成为可能。

图7示出了电子断路模块16的结构的有利但非强制性的例子。

在该示例中，电子断路模块16的至少一部分以集成块80或者甚至几个这样的集成块80的形式构造。

优选地，该集成块或每个集成块80包括与装置的一个极相关联的功率开关22(即，与所述电导线之一相关联，该电导线本身与装置2的一个电相相关联)。

集成模块80包括例如由电绝缘材料制成的板形基板82。

实际上，它可以是复合材料，例如玻璃纤维增强环氧树脂，通常称为“FR4”。

至少一些功率开关22安装在基板82上，特别是安装在基板82的主面上。

例如，与第一连接线相关联的晶体管T1和T2被安装在基板82的相对面上，如图7的插图B)所示，这些开关在这里具有附图标记84。

具体来说，如上所述，图2中所示的每个晶体管T1、T2实际上可以由一组并联连接的两个晶体管来实现，这主要取决于装置2的额定值和所用晶体管的特性。

在出于说明目的给出的示例中，一组并联连接的两个晶体管用于实现“晶体管T1”，这两个晶体管安装在基板82的第一面上。一组并联连接的两个其它晶体管用于实现“晶体管T2”，这两个其它晶体管安装在基板82的第二面上，基板82的第二面与基板82的第一面相对。

仍然在这个例子中，与第二连接线相关联的晶体管T3、T4安装在第二集成块80的基板82的相对面上，该第二集成块80与本集成块80并联连接，并且与本集成块80相同或至少相似。

该第二块80例如安装在第一块80旁边。

优选地，该集成块或每个集成块80容纳在上述壳体4的所述专用隔间中。

实际上，每个功率开关22可以包括散热板86，也称为背衬，其覆盖功率开关22的主体。换句话说，散热板86热连接到所述功率开关的主体。

例如，散热板86是由功率开关22的制造商自然固定到功率开关22的陶瓷体上的金属板。

可选地，电子控制电路24的部件也可以安装在基板82的一个或两个主面上。

例如，与连接线相关联的一个或多个电流传感器30可以集成到相应的模块80中，并安装在基板82上。

块80还包括两个导电板90和92，每个板90、92安装在基板82的每个面上，以便覆盖该基板82。应当理解，在组装位置，板90和92也覆盖安装在基板82的面上的部件。

在本说明书中，板90和92由金属制成，以下称为“金属板”。然而，作为变型，可以使用其他材料或材料成分，只要板90和92是导电的。

有利地，每个金属板90、92与相应功率开关(即，放置在该金属板90、92下面的功率开关84)的金属背衬86接触(优选直接接触)。换句话说，每个金属板90、92电和热连接到相应的功率开关84。

这种布置使得可以将板90和92既用作散热器又用作导电元件，使得可以连接功率开关22。

具体地，当功率开关22是MOSFET时，金属背衬86连接到漏极。因此，背衬86可以具有流经装置2的连接线的电源电流。金属板90和92然后分别连接到相应连接线的端子8和端子6。

使用背衬86来传导电流不会对用户的安全造成风险，因为背衬86通过装置的壳体4与外部电绝缘，该壳体4由电绝缘材料制成并且防止用户触摸背衬86。

由开关22释放的热能在这里通过沿着电导体的传导被耗散到装置2的外部。

例如，热能主要通过传导和通过传导部分的辐射耗散到装置2的外部。

有利的是，在提供符合电绝缘标准的通风孔(例如通气孔或缝隙)的条件下，也可以利用由于空气对流而产生的散热效果。

为了通过传导来耗散热能，断路器内部的电流通过的整个链被包括在内，也就是说，所有电导体、供电电缆和导电线使得电流能够从装置2的上游流向下游。

例如，通过构造，断路器的连接区域与电缆绝缘体的最高温度相适应，例如，在连接到配备有PVC包层的铜电缆的连接区域处，该温度可能达到最高90℃。

实际上，因为最热点通常在装置2的中心，所以观察到的温度分布从装置2的中心向电缆的连接区域降低。

有利的是，金属板90和92主要由铜制成，铜具有良好的导电和导热性能。

然而，作为变型，可以使用具有良好导电和导热性能的其他材料，例如铝。

还可以使用经过表面处理的材料来构造金属板90和92，例如镀锡板，或者部分或完全覆盖有薄银层的板，以便改善某些特性，例如功率开关和金属板之间的接触电阻。表面处理也可以改善辐射耗散，例如，施加油漆或进行阳极氧化。

优选地，金属板90和92尺寸过大，目的是增加热能的消散，主要通过传导，但也通过辐射和对流。这种过大的尺寸也有助于减少焦耳热。

同样优选地，在组装构造中，金属板90和92平行于壳体4的最宽壁延伸。在所示的例子中，这些是装置2的壳体4的侧壁，当装置2安装在电气柜或配电盘中时，这些壁垂直定向。优选地，每个金属板90、92覆盖壳体4的侧壁的相应面的至少40％的表面积。

每个板90和92的厚度优选小于或等于5毫米，更优选在1毫米和3毫米之间

特别地，板90和92的厚度越大，热传导越大，这使得散热更有效。

作为说明性的例子，在模块80包括四个晶体管(两个晶体管并联连接在基板82的每个面上)的情况下，每个晶体管消耗1瓦的热功率，在具有16安培额定电流的单极装置的情况下，可以注意到板90和92的1.0mm厚的铜使得可以获得114.6℃的内部温度，而板90和92的3mm厚的铜使得内部温度降低到105℃成为可能。

实际上，基板82可以包括紧固孔88，在组装结构中，紧固孔88与金属板90和92中钻出的相应孔对齐。

在所示的例子中，金属板之一(在这种情况下为金属板92)包括相对于金属板92的其余部分折叠的折叠区段94，例如从所述金属板的边缘垂直于所述金属板的平面延伸。值得注意的是，区段94相对于金属板折叠90度，以便朝向活动电触头的枢转定向，从而形成固定触头区段。

如图1所示，折叠区段94在这里用作固定电触点，其与活动触点10相互作用以一起形成所述可分离电触点，从而当触点断开时执行电隔离的功能。

作为一种变型，区段94可以由采用不同形式的接触区段代替。例如，接触区段可以直接形成在金属板的边缘或边缘面上，而没有折叠的突起。

作为一种变型，折叠区段94可以省略。接触区段也可以省略，特别是当板90和92以及更一般的块80被放置在与包括活动电触点的壳体分离的壳体中时，例如，在上述功率开关被放置在与包括开关机构的壳体分离的壳体中的情况下。例如，这使得采用更大面积的板和金属板成为可能。

金属板90和92在这里通过过电压限制元件96接触，过电压限制元件96对应于参照图2描述的过电压保护元件26。

过电压限制元件96电连接到金属板90和92，例如通过锡基焊接。然而，作为变型，可以采用其他焊接或组装技术。例如，元件96通过拧紧被压入与金属板90和92直接接触。

在某些变型中，当省略保护元件26时，元件96可以由电导体代替。

然而，作为变型，块80可以不同地构造。

例如，在具有单向电流的直流(DC)装置的情况下，可以仅使用单个功率开关。在这种情况下，可以仅使用基板82的一个面，并且仅使用覆盖基板的这个面的单个金属板90或92，该板连接在端子6和8之间。优选地，该单板安装在基板82的与可移动电触点10相对的一侧。

与块80特别是板90和92相关的实施例可以独立于前述实施例实施，特别是与控制开关22的方式和传感器34的操作相关的实施例。

块80可以由其他类型的功率开关构成，例如IGBTs、SiC MOSFETs、GaN MOSFETs以及SiC JFETs，这些例子不是限制性的。

通常，与块80相关的实施例可以涉及电气保护装置2，该电气保护装置2包括壳体4、连接端子6、8、连接在连接端子6、8之间的可分离电触点10、开关机构12和与可分离电触点串联连接的至少一个功率开关22。

可分离电触点10可以在断开状态和闭合状态之间移动，开关机构12包括控制杆14，并且与可分离电触点10联接，以便将可分离电触点切换到断开状态，并且电气保护装置还包括与所述至少一个功率开关22联接的电子控制电路24。

电气保护装置2还包括至少一个功率开关，或者甚至一对功率开关，例如场效应晶体管T1、T2，并且优选地是MOSFETs，每个功率开关包括连接到所述功率开关的漏极(或者更一般地连接到电极)的金属背衬86。

所述金属背衬86热连接到所述功率开关的主体，并且功率开关经由金属板90、92与连接端子6、8之间的可分离电触点(其能够形成气隙)串联连接，金属板90、92连接(电连接和热连接)到相应功率开关的金属背衬86。

然而，装置2的其他实施例也是可能的。

特别地，如上所述，装置2可以被修改以用于单相安装或多相安装。

图8示出了单相装置200的一个实施例。

装置200类似于参考图2描述的装置2，除了连接线之一被没有功率开关T3和T4(以及保护部件26)的中性导线代替。

除了这些差异之外，装置200的与装置2的相应元件类似的那些元件具有相同的附图标记，并且不进行详细描述，因为上面的描述可以互换。

为了可读性，装置2的某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图8中示出，尽管它们可以可选地出现在该实施例中。

图9示出了三相装置300的一个实施例。

装置300类似于参考图2描述的装置2，除了装置300包括在端子6和8之间与第一连接线和第二连接线并联连接的第三连接线。

第三电连接线与第一连接线和第二连接线相似或相同，并且包括至少一个所述功率开关22(这里数量为两个，标记为T5和T6)和如上所述的电触点10，电触点10通过一个或多个电导体与一个或多个功率开关22串联连接。

有利地，第三连接线包括用于过电压保护的元件26，如上所述，该元件26与功率开关22并联连接。

再次，为了可读性，装置2的某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图9中示出，尽管它们可以可选地出现在该实施例中。

图10示出了具有中性线的三相(三极)装置400的一个实施例，包括三条电连接线和与装置200的中性线相似的中性线。

装置400类似于参考图9描述的装置300，除了装置400另外包括与端子6和8之间的第一连接线和第二连接线并联连接的中性线。

除了这些差异之外，装置400的与装置300的相应元件类似的那些元件具有相同的附图标记，并且不进行详细描述，因为上面的描述可以互换。

图11示出了四相(四极)装置500的一个实施例，其包括四条电连接线，这些电连接线类似于上述连接线。

装置500类似于参考图10描述的装置4，除了装置500包括与第一连接线和端子6和8之间的第二连接线并联连接的第四连接线，而不是中性线。

第四电连接线与第一连接线和第二连接线相似或相同，并且包括至少一个所述功率开关22(这里数量为两个，标记为T7和T8)和如上所述的电触点10，电触点10通过一个或多个电导体与一个或多个功率开关22串联连接。

有利地，第四连接线包括用于过电压保护的元件26，如上所述，该元件26与功率开关22并联连接。

除了这些差异之外，装置500的与装置400的相应元件类似的那些元件具有相同的附图标记，并且不进行详细描述，因为上面的描述可以互换。

同样，在这两种情况下，为了可读性，某些可选元件，例如辅助电源38，没有在图10和11中示出，尽管它们可以可选地出现在这些实施例中。

上面设想的实施例和变型可以彼此组合以产生新的实施例。

Claims (15)

1.一种电气保护系统(2)，包括壳体(4)、连接端子(6，8)、连接在连接端子(6，8)之间的可分离电触点(10)、开关机构(12)和与可分离电触点串联连接的至少一个功率开关(22)，所述可分离电触点能够在断开状态和闭合状态之间移动，所述开关机构与所述可分离电触点联接，以便将所述可分离电触点切换到断开状态，所述电气保护系统还包括与所述至少一个功率开关(22)联接的电子控制电路(24)，所述或每个功率开关包括连接到所述功率开关的电极的由金属制成的散热板(86)，所述散热板热连接到所述功率开关的主体，并且其中所述或每个功率开关经由连接到相应功率开关的散热板的导电板(90，92)与连接端子(6，8)之间的可分离电触点串联连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其中与所述装置的极相关联的所述或每个功率开关安装在集成到块(80)中的板状基板(82)上，每个功率开关的相应导电板(90，92)安装在块(80)的基板(82)的同一侧。

3.根据权利要求2所述的系统，其中该系统包括两组至少一个功率开关(22)，它们与安装在基板(82)上的系统的同一极相关联，所述组的至少一个功率开关(22)和相应导电板(90，92)安装在基板(82)的相对侧。

4.根据权利要求2和3中任一项所述的系统，其中所述或每个块(80)容纳在壳体(4)的专用隔间中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述或每个导电板(90，92)覆盖壳体(4)的侧壁的对应面的至少40％的表面积。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述或每个导电板(90，92)平行于壳体(4)的最宽壁延伸。

7.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述散热板是金属板，其自然紧固到所述功率开关的陶瓷体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述至少一个功率开关(22)是场效应晶体管，优选为MOSFET。

9.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述或每个导电板(90，92)由金属制成。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述或每个金属板(90，92)主要由铜或铝制成。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述导电板(92)中的一个包括适于形成电触点的区段(94)，所述区段(94)用作固定电触点，所述固定电触点与所述系统(2)的移动触点(10)相互作用，以一起形成所述可分离电触点。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述或每个导电板(90，92)连接到系统的相应连接端子(6，8)。

13.一种电气保护装置，包括根据前述权利要求中任一项所述的电气保护系统(2)，其中，电气保护装置(2)是微型断路器。

14.根据权利要求13所述的电气保护装置，其中壳体(4)的宽度是9mm的倍数。

15.一种电气保护装置，包括壳体和根据权利要求1至12中任一项所述的电气保护系统(2)，其中，电气保护装置(2)是空气断路器。