用于在直流電網(wǎng)的一個(gè)極中切換直流電流的設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于在直流電網(wǎng)的一個(gè)極中切換直流電流的設(shè)備，具有:用于與所述極串聯(lián)連接的兩個(gè)接線端子；在所述接線端子之間延伸的具有至少一個(gè)機(jī)械開關(guān)的運(yùn)行電流支路；布置有具有可接通和斷開的功率半導(dǎo)體開關(guān)并且被構(gòu)造用于斷開大的故障電流的功率開關(guān)單元的斷開支路；以及用于將電流從運(yùn)行電流路徑換向到斷開支路的換向部件。
【背景技術(shù)】
[0002]這種設(shè)備例如從W02011/057675A1中已知。其中示出的直流電壓開關(guān)具有帶有機(jī)械開關(guān)的運(yùn)行電流路徑和與運(yùn)行電流路徑并聯(lián)連接的斷開支路。在斷開支路中布置了功率半導(dǎo)體開關(guān)的串聯(lián)電路，所述功率半導(dǎo)體開關(guān)分別與一個(gè)續(xù)流二極管反向并聯(lián)。由功率半導(dǎo)體開關(guān)和續(xù)流二極管組成的開關(guān)單元反向串聯(lián)地布置，其中可斷開功率半導(dǎo)體開關(guān)串聯(lián)布置，并且對于每個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)設(shè)置一個(gè)具有相反導(dǎo)通方向的相應(yīng)的功率半導(dǎo)體開關(guān)。以這種方式可以中斷在斷開支路中的兩個(gè)方向上的電流。此外，在運(yùn)行電流路徑中布置有電子輔助開關(guān)形式的有源換向部件。在正常運(yùn)行中運(yùn)行電流經(jīng)過運(yùn)行電流路徑并且由此經(jīng)過閉合的機(jī)械開關(guān)流動(dòng)，因?yàn)閿嚅_支路的功率半導(dǎo)體開關(guān)對于直流電流是提高的電阻。為了中斷例如作為故障電流的短路電流，將電子輔助開關(guān)轉(zhuǎn)換到其截止位置。由此在運(yùn)行電流路徑中的電阻增加，從而使直流電流換向到斷開支路中?？焖俚臋C(jī)械斷路開關(guān)由此可以被無電流地?cái)嚅_。經(jīng)過斷開支路傳導(dǎo)的短路電流現(xiàn)在可以通過功率半導(dǎo)體開關(guān)被中斷。為了吸收存儲在直流電網(wǎng)中的、在切換時(shí)要減少的能量，設(shè)置了放電器，其與斷開支路的功率半導(dǎo)體開關(guān)并聯(lián)連接。
[0003]除了這種有源功率電子換向裝置之外，還描述了直流電壓開關(guān)，其中，由于布置在運(yùn)行電流路徑中的機(jī)械開關(guān)的電弧電壓而進(jìn)行總電流的換向。還已知斷開支路中的功率電子部件可以提供有源換向。在此，功率電子部件在由運(yùn)行電流路徑和斷開支路形成的環(huán)路中產(chǎn)生與運(yùn)行電流路徑中的運(yùn)行電流或故障電流相反的回路電流。在對功率半導(dǎo)體進(jìn)行相應(yīng)的控制時(shí)，在開關(guān)中這兩個(gè)電流疊加為零，從而開關(guān)可以被無電流地?cái)嚅_。對于這種有源換向，功率半導(dǎo)體開關(guān)必須非?？斓靥峁┐蟮墓β?，因?yàn)樵诙搪返那闆r下，電流非?？斓厣仙?br>
【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，提供一種前面提及的類型的設(shè)備，其成本低，產(chǎn)生的損耗小，同時(shí)快速地切換大故障電流。
[0005]本發(fā)明通過換向部件具有至少一個(gè)電感部件來解決上述技術(shù)問題。
[0006]按照本發(fā)明，使用電感元件或部件，來支持例如由于短路而觸發(fā)的電流上升的情況下的換向。在正常運(yùn)行時(shí)，總的運(yùn)行電流在穩(wěn)定狀態(tài)下完全經(jīng)由機(jī)械開關(guān)流動(dòng)，因?yàn)樵跀嚅_支路的功率電子設(shè)備中，在有電流流動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生比在機(jī)械開關(guān)本身和在需要時(shí)與其串聯(lián)連接的電感部件中明顯更大的電壓降。為了更快地達(dá)到電流經(jīng)由運(yùn)行電流路徑流動(dòng)的這種希望的穩(wěn)定狀態(tài)，也可以將功率電子設(shè)備控制為高歐姆狀態(tài)。換句話說，可以使功率開關(guān)單元的功率半導(dǎo)體開關(guān)轉(zhuǎn)換到其截止位置，以使運(yùn)行電流或負(fù)載電流可靠地經(jīng)由運(yùn)行路徑傳輸。
[0007]此外，在按照本發(fā)明的設(shè)備后面的電流流動(dòng)方向上發(fā)生短路時(shí)，在運(yùn)行電流路徑中流動(dòng)的恒定負(fù)載電流還在運(yùn)行電流路徑中流動(dòng)。通過與電網(wǎng)電感相比小、但是與功率開關(guān)單元的電感相比大的電感部件的電感，自動(dòng)使陡度主要由電網(wǎng)電感Ln確定的故障電流轉(zhuǎn)向到斷開支路中。因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，作為功率開關(guān)單元的一部分或者作為運(yùn)行電流路徑中的輔助開關(guān)的功率電子設(shè)備不必再將負(fù)載電流和故障電流一起從每一個(gè)要斷開的機(jī)械開關(guān)中換向到功率開關(guān)單元中，而僅將負(fù)載電流從每一個(gè)要斷開的機(jī)械開關(guān)中換向到功率開關(guān)單元中。
[0008]按照一種優(yōu)選構(gòu)造，設(shè)置彼此感性地耦合的至少兩個(gè)電感部件。借助布置在開關(guān)的不同支路中的電感部件的感性耦合，能夠更好地實(shí)現(xiàn)換向。此外，能夠抑制經(jīng)由開關(guān)的電流流動(dòng)，因此能夠在不使用有源換向的情況下幾乎無電流地?cái)嚅_機(jī)械開關(guān)。
[0009]有利的是，除了電感部件之外，換向部件還包括可控的功率半導(dǎo)體開關(guān)，其至少部分地被構(gòu)造用于產(chǎn)生反向電壓，其抑制要斷開的機(jī)械開關(guān)中的故障電流。下面還將更詳細(xì)地描述這種有源換向部件。由于電感部件，能夠以低成本構(gòu)造有源換向部件。
[0010]按照與此相關(guān)的一種適宜的構(gòu)造，可控的功率半導(dǎo)體開關(guān)具有至少一個(gè)布置在運(yùn)行電流路徑中的晶閘管。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，晶閘管與調(diào)節(jié)或控制單元相結(jié)合。所述控制單元例如確保在電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)，額定電流可以經(jīng)由晶閘管沿各個(gè)需要的方向流動(dòng)。為此，例如對晶閘管持續(xù)進(jìn)行觸發(fā)。然而，在發(fā)生故障的情況下，晶閘管抑制經(jīng)由要斷開的機(jī)械開關(guān)的不希望的電流流動(dòng)。這可以通過適宜的控制來進(jìn)行。適宜的是，與每一個(gè)晶閘管并聯(lián)地布置過電壓保護(hù)放電器或者其它過電壓保護(hù)設(shè)備。
[0011]按照本發(fā)明的第一變形例，在運(yùn)行電流路徑中布置有兩個(gè)機(jī)械開關(guān)，其中，旁路電流支路在與接線端子之間的運(yùn)行電流路徑的并聯(lián)電路中延伸，在旁路電流支路中同樣布置有兩個(gè)機(jī)械開關(guān)和/或兩個(gè)功率半導(dǎo)體，其中，斷開支路將運(yùn)行電流路徑的布置在機(jī)械開關(guān)之間的中間支路電勢點(diǎn)與旁路電流回路的布置在機(jī)械開關(guān)或者功率半導(dǎo)體之間的中間支路電勢點(diǎn)連接。按照該有利擴(kuò)展方案，設(shè)置所謂的H電路，其配備有電感部件，用于支持換向。在所謂的H橋中，電流優(yōu)選經(jīng)由運(yùn)行電流路徑流動(dòng)。當(dāng)然，原則上，所謂的H橋的完全對稱的構(gòu)造也是可以的。在對稱的構(gòu)造的情況下，運(yùn)行電流不僅可以經(jīng)由運(yùn)行電流路徑流動(dòng)，而且可以經(jīng)由旁路電流支路平均地流動(dòng)。H電路具有獨(dú)立于開關(guān)上的電流的方向的優(yōu)點(diǎn)，該電流總是被換向到中間支路中來進(jìn)行切換。于是，布置在那里的功率開關(guān)單元必須能夠?qū)㈦娏髑袚Q成僅按照一個(gè)方向。在短路的情況下，電感部件不僅支持運(yùn)行電流、而且支持短路電流到斷開支路中的換向，在那里進(jìn)行電流的斷開。
[0012]適宜的是，每個(gè)電感部件布置在運(yùn)行電流路徑的中間支路電勢點(diǎn)和開關(guān)中的一個(gè)之間，和/或布置在旁路電流支路的中間支路電勢點(diǎn)和開關(guān)或功率半導(dǎo)體中的一個(gè)之間。
[0013]按照與此相關(guān)的一個(gè)適宜的擴(kuò)展方案，至少一個(gè)電感部件布置在斷開支路中，并且與運(yùn)行電流路徑和/或旁路電流路徑的至少一個(gè)電感部件感性地耦合。
[0014]在本發(fā)明的與H電路不同的一個(gè)變形例中，運(yùn)行電流路徑可被斷開支路橋接。按照該有利擴(kuò)展方案，按照本發(fā)明的設(shè)備、即按照本發(fā)明的直流電壓功率開關(guān)僅具有兩個(gè)彼此平行的鋪設(shè)的支路，即運(yùn)行電流路徑和至少部分地跨接其的斷開支路。換向部件以電感部件的形式布置在運(yùn)行電流路徑中、斷開支路中并且/在需要時(shí)布置在接線端子與運(yùn)行電流路徑和斷開支路之間的分支點(diǎn)之間。
[0015]有利的是，至少一個(gè)電感部件布置在運(yùn)行電流路徑的可被斷開支路橋接的區(qū)段中。在正常運(yùn)行時(shí)，負(fù)載電流經(jīng)由電感部件布置在其中的運(yùn)行電流路徑流動(dòng)。因?yàn)殡娏鳑]有變化，因此在電感部件中不感生電壓。在按照本發(fā)明的設(shè)備后面看到的運(yùn)行電流的方向上發(fā)生短路時(shí)，電流快速上升。上升的陡度又由所連接的直流電網(wǎng)的電感確定。陡然的電流上升在電感部件中產(chǎn)生電壓，其確保將短路電流換向到斷開支路中。僅一小部分短路電流還經(jīng)由包括開關(guān)的運(yùn)行電流支路流動(dòng)。為了將其也換向到斷開支路中，例如功率開關(guān)單元的功率電子設(shè)備可以產(chǎn)生電壓，其在由斷開支路和被其跨接的運(yùn)行電流路徑的區(qū)段構(gòu)成的環(huán)路中驅(qū)動(dòng)與要斷開的機(jī)械開關(guān)中的運(yùn)行電流相反的電流。這確保在開關(guān)中產(chǎn)生電流過零點(diǎn)，從而其能夠盡可能無電流地?cái)嚅_。因此，避免了電弧的形成或者電弧可以快速地熄滅。
[0016]按照本發(fā)明的與此相關(guān)的一個(gè)不同的變形例，電感部件布置在接線端子與運(yùn)行電流路徑和斷開支路之間的分支點(diǎn)之間，并且與布置在被斷開支路跨接