專利名稱：混合電流開關(guān)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種尤其用于低壓應用的、具有整體隔離的混合電流開關(guān)裝置，例如斷路器或者開關(guān)斷開器。
背景技術(shù)：
對于本公開的目的而言，術(shù)語“低壓”指的是工作電壓高達1000VAC/1500V DC的應用。已知的是，典型地為斷路器、開關(guān)斷開器、接觸器的使用在低壓電路中的開關(guān)裝置是設計成用于允許它們所安裝的電路中的特定部分和連接到這些電路的電負載或其一部分正確操作的保護裝置。 例如，它們確保對于一些電站所需的標稱電流的可用性、實現(xiàn)適當?shù)夭迦胴撦d或者從電路中斷開負載、保護(尤其是斷路器)電網(wǎng)和安裝在電網(wǎng)中的負載免于例如過載或者短路的故障事件?？稍谑袌錾系玫接糜谏鲜鲅b置的多種工業(yè)解決方案。常規(guī)的電機械開關(guān)裝置通常具有容納一個或多個電極的外殼；各個極包括一對可分離的觸頭以接通、斷開和傳導電流；具體地，驅(qū)動機構(gòu)使可動觸頭在它們聯(lián)接到相對應的固定觸頭的第一閉合位置和它們與相對應的固定觸部頭間隔開的第二斷開位置之間移動。在閉合位置，良好設計的觸頭導致相當?shù)偷墓β蕮p失，然而在斷開位置，它們確保了下游電路的由觸頭之間的物理分離所提供的電流(電氣)隔離高于最小值；這種電流隔離在常見電氣實踐中極其重要，因為其能夠?qū)ζ鋬?nèi)插入有開關(guān)裝置的電路進行安全的修復和維護工作。盡管這種常規(guī)的開關(guān)裝置已經(jīng)被證實是極其穩(wěn)健且可靠的，但在直流電流(“DC”)應用中，并且主要在相對高壓(高達1500V)的情況下，中斷時間可以相當長，從而在分離期間通常在機械觸頭之間劃燃的電弧因此可以相當長。如此長的成弧時間導致觸頭的嚴重磨損，由此顯著地降低電氣耐久性，即開關(guān)裝置可以執(zhí)行的開關(guān)操作的次數(shù)。為了解決DC應用中的這種問題，設計了使用功率電子開關(guān)(“PES”)的所謂的固態(tài)斷路器(“SSCBs”)，其使用基于半導體的功率裝置，例如功率M0SFET、絕緣柵雙極型晶體管(“IGBTs”)、門極關(guān)斷晶閘管(GTO)或集成門極換向型晶閘管(“IGCTs”)，這些功率裝置可以通過電子驅(qū)動單元來接通和關(guān)掉以便得到接通和(更重要地)斷開操作的無弧電流。這種SSCBs的主要優(yōu)點是它們由于無弧操作而具有潛在的無限電氣耐久性；另一方面，PES裝置適于例如大于100A的高電流，具有極高的通路狀態(tài)傳導損失。因此，SSCBs浪費了相當大量的能量并且需要加強的冷卻以移除所產(chǎn)生的熱量并且將溫度保持在安全水平上。為了緩解這些問題，已設計了常規(guī)開關(guān)裝置或主開關(guān)(“MS”)裝置與PES裝置并聯(lián)連接的混合解決方案；主開關(guān)裝置在正常操作中傳導電流，而PES裝置僅在斷開或者接通時使用。這種混合解決方案具有原則上不高于常規(guī)開關(guān)裝置功率損失的低功率損失，從而在以全功率連續(xù)負載時也無需特殊的冷卻。但是PES裝置的另一重大缺點是，在斷開狀態(tài)下，如果電壓施加到PES裝置的端子，即IGCT的陽極和陰極、IGBT的集電極和發(fā)射極，則PES裝置傳導例如高達數(shù)十mA的小的電流(泄漏電流)。結(jié)果，SSCBs和混合解決方案在斷開的狀態(tài)下也具有有限的功率損失并且不適于電流隔離。通過與PES裝置串聯(lián)連接的另一常規(guī)的開關(guān)(隔離開關(guān)或者“IS”)可以避免這種嚴重的限制。這種復雜的裝置的正常工作需要IS裝置、MS裝置和PES裝置以極其嚴格的順序進行操作并且在斷開操作和建立操作時具有密集的時序。例如，在正常操作條件下，MS裝置和IS裝置閉合，并且PES處于關(guān)斷狀態(tài)。當必需中斷電流(斷開或者電流中斷操作)時，接通PES裝置(沒有電流經(jīng)過，因為裝置兩端的電壓、即MS裝置上的電壓降通常低于閾值電壓，該閾值電壓在IGBT的情況下是集電極-發(fā)射極電壓(Vra)并且在IGCT的情況下是通路狀態(tài)電壓(VT))，斷開MS裝置并且在其觸頭之間點燃弧?；‰妷菏闺娏鬓D(zhuǎn)向PES裝置并且MS裝置的觸頭之間的弧之后被熄滅。PES裝置關(guān)斷使主電流斷開，其中這個步驟僅可以當MS裝置的觸頭之間的距離大到足以避免再點燃弧時才執(zhí)行。因此，剛好在IS裝置斷開之后也中斷泄漏電流。相反，當必需從MS和IS裝置斷開的狀態(tài)并且PES裝置處于斷開狀態(tài)開始來閉合觸頭(接通電流操作)時，首先閉合IS裝置，因此僅接通低的泄漏電流，然后PES裝置開啟以接通主電流或者標稱電流，并且因此在MS裝置閉合之后將電流隨著MS裝置本身的觸頭之間的小弧從PES裝置中轉(zhuǎn)移。實際上，隔離開關(guān)裝置僅接通或者中斷通常小于IOOmA的小的泄漏電流，并且其觸頭的磨損是可忽略的。同樣地，MS裝置的觸頭也僅暴露于小的且短的弧，并且它們的磨損與傳統(tǒng)的機械開關(guān)裝置相 比顯著地降低。結(jié)果，借助混合解決方案，甚至可以以高電流來執(zhí)行更大量的接通或者斷開電氣操作。然而，仍存在進一步改進已知的混合解決方案的期望，尤其在簡化其結(jié)構(gòu)布局、實現(xiàn)對其操作更好同步地協(xié)調(diào)、和在更長的并且可能的話整個工作壽命期間維持這種同步。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本公開為滿足這種期望而提出并且提供一種混合電流開關(guān)裝置，其包括外殼，從所述外殼向外突出有至少第一端子和第二端子，至少第一端子和第二端子分別適于與相關(guān)聯(lián)的電路的輸入電連接和輸出電連接。具體地，混合電流開關(guān)裝置的特征在于，其還包括定位在外殼內(nèi)的如下部件:-主電流開關(guān)，其包括第一固定觸頭和相對應的第一可動觸頭，第一固定觸頭和第一可動觸頭與第一和第二端子串聯(lián)連接并且定位在第一和第二端子之間；-功率開關(guān)裝置，其與主電流開關(guān)并聯(lián)連接并且可以在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換；-副電流開關(guān)，其具有第二固定觸頭和相對應的第二可動觸頭，副電流開關(guān)至少與功率開關(guān)裝置串聯(lián)連接；-可動的觸頭保持軸，第一可動觸頭和第二可動觸頭安裝在該可動的觸頭保持軸上，可動的觸頭保持軸定位外殼內(nèi)并繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，以便使第一和第二可動觸頭在它們分別與第一和第二固定觸頭聯(lián)接的閉合位置和它們與第一和第二固定觸頭電分離的斷開位置之間移動，其中，當處于斷開位置時，第一和第二可動觸頭以相對于彼此的角偏移量安裝在可動的觸頭保持軸上。


通過根據(jù)本公開的混合電流開關(guān)裝置的優(yōu)選但非排他性的實施方式，其他的特征和優(yōu)點將變得明顯，該實施方式僅以在附圖中的非限制性的示例進行闡明，其中:圖1是示出根據(jù)本公開的、示例類型的混合電流開關(guān)裝置的立體圖；圖2和3是示意地示出根據(jù)本公開的混合電流開關(guān)裝置的兩個可能的實施方式的框圖；圖4和7分別是示出根據(jù)與圖2和3的電路布局相關(guān)的兩個不同的電路布局的圖1中的裝置的一些部件的立體圖；圖5是示出使用在圖1的裝置中的、其上安裝有可動觸頭的可動的觸頭保持軸的立體圖；圖6是圖5的側(cè)平面圖。
具體實施例方式應當指出，在下面的詳細說明中，相同的或者類似的部件——從結(jié)構(gòu)上和/或功能上的觀點來看一具有相同的附圖標記，而不論它們是否在本公開的不同的實施方式中示出；還應當指出，為了清楚并且簡潔地描述本公開，附圖可以不必是按照比例的并且可以以稍微示意性的方式示出本公開的某些特征。此外，根據(jù)本公開的混合電流開關(guān)裝置將通過參考示例性的塑殼斷路器來進行描述，而不是意圖以任何方式來限制其對于不同類型的開關(guān)裝置的可能的應用并且其具有任何適當適量的相位或者極。具體地，圖1示出了以整體附圖標記100表示并且此后為了簡單起見而稱作“混合裝置100”的、類似雙極性的塑殼斷路器形式的混合電流開關(guān)裝置的示例性實施方式。如所示出的，混合裝置100包括例如由塑料制成的外殼1，從外殼I向外突出有至少兩個端子，所述至少兩個端子分別適于與圖2-3中由附圖標記102示意性表示的相關(guān)聯(lián)的電路的導體的輸入電連接和輸出電連接。圖1中僅直接可見位于裝置100上部處的端子、即第一端子2和端子105 (此后稱作第三端子105);圖4和7中還示出位于裝置100的下部處的端子、即第二端子3和第四端子106。混合裝置100包括定位在外殼I中的具有第一固定觸頭11和相對應的第一可動觸頭12的主電流開關(guān)(MS) 10 ;第一固定觸頭11和第一可動觸頭12與第一端子2和第二端子3串聯(lián)連接并且定位在第一端子2和第二端子3之間。實際上，主電流開關(guān)10組成典型的電流中斷單元，該電流中斷單元致力 于在正常操作條件下傳導電流并且在例如由于短路所引起的故障的情況下首先干預并且斷開電流在電路102中的流動。
在外殼I之內(nèi)提供有適于與主電流開關(guān)10并聯(lián)連接并且可以在接通狀態(tài)(即傳導狀態(tài))和斷開狀態(tài)(即非傳導狀態(tài))之間進行切換的功率電子開關(guān)(PES)20。實際上，這種功率電子開關(guān)20是基于半導體的裝置并且可以包括例如一個或多個IGBTs，因此實際上其表示固態(tài)斷路器或開關(guān)，有時也表示靜態(tài)斷路器。在外殼I之內(nèi)還提供有具有第二固定觸頭31和相對應的第二可動觸頭32的副電流開關(guān)(IS) 30。副電流開關(guān)30至少與功率開關(guān)裝置20串聯(lián)連接。具體地，如在圖2和4中所示的，副電流開關(guān)30與功率電子開關(guān)20串聯(lián)連接并且副電流開關(guān)30和功率電子開關(guān)20 二者均與主電流開關(guān)10并聯(lián)電連接；例如，可以在點103和104處實現(xiàn)并聯(lián)電連接，這些點可通過適當?shù)膶w而位于外殼I之內(nèi)或者之外。在圖4的示例性實施方式中，副電流開關(guān)30和功率電子開關(guān)20定位在端子105和106之間，并且電路102通過端子2和3與混合裝置100的輸入連接和輸出連接。進而，端子2通過電導體180連接到端子105，并且端子106通過另一導體181與相電路102連接。替選地，如在圖3和7中所示的，副電流開關(guān)30與功率電子開關(guān)20和主電流開關(guān)
10二者串聯(lián)連接；例如，如在圖7中所示的，功率電子開關(guān)20可以沿著導體107——其在兩端部處與端子2和3操作性地連接一定位。進而，可以通過與兩個端子106和3電連接的另一導體108實現(xiàn)與副電流開關(guān)30串聯(lián)連接，甚至可以通過實現(xiàn)為單件的兩個端子3和106實現(xiàn)與副電流開關(guān)30串聯(lián)連接等。在該情況下，混合裝置100可以通過端子105和2與相電路102輸入連接和輸出連接。實際上，并且從下面的描述中更加清晰的是，副電流開關(guān)30組成隔離開關(guān)裝置，隔離開關(guān)裝置僅接通或者中斷 例如低于IA的小的泄漏電流，并且為了實現(xiàn)沿著電路102的、并且尤其在電路102與混合裝置100本身的輸入連接和輸出連接之間的電流隔離而僅在主電流開關(guān)10斷開操作之后的期間致力于進行干預。如在多個實施方式中所示的，混合裝置100包括可動的觸頭保持軸(moveable-contacts holding shaft) 4,第一可動觸頭12和第二可動觸頭32安裝在可動的觸頭保持軸4上；根據(jù)本領(lǐng)域眾所周知的并且因此不詳細描述的解決方案，可動的觸頭保持軸4定位在外殼I內(nèi)并且繞旋轉(zhuǎn)軸線101旋轉(zhuǎn)，以便使第一可動觸頭12和第二可動觸頭32在它們分別與第一固定觸頭11和第二固定觸頭31聯(lián)接的閉合位置和第一可動觸頭12和第二可動觸頭32分別與第一固定觸頭11和第二固定觸頭31電分離的斷開位置之間移動。具體地，如在圖5和6中所示的，參考旋轉(zhuǎn)軸線101 (和在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線101本身的平面中所觀察的軸4)，第一可動觸頭12和第二可動觸頭32安裝在可動的觸頭保持軸4上并且沿著可動的觸頭保持軸4并排地安裝并且以相對于彼此的角偏移量進行安裝。實際上，當裝置100處于斷開位置(其對應于安裝構(gòu)型)時，兩個可動觸頭12和32在二者之間形成有角度α，該角度包含在3°與60°之間，優(yōu)選包含在5°與50°之間。根據(jù)這種方式并且出于后文中要更加詳細描述的原因，這種角偏移量實際上有助于實現(xiàn)主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30之間的特定順序的斷開/閉合，尤其以它們之間的期望延遲來實現(xiàn)；角度α的特定值可以基于例如裝置100的尺寸和/或類型的特定應用來選擇，并且尤其根據(jù)軸4的角速度來選擇。
角度α可以在垂直于旋轉(zhuǎn)軸線101的平面中測量并且例如由始于軸線101并且分別經(jīng)過點“Α”和“B”的兩條直線形成(見圖6)，可動觸頭32和12的本體的下部在點“Α”和“B”處從軸4露出?；蛘?，角度α可以測量為由直接沿著可動觸頭32和12的本體的相應的表面“C”和“D”的兩條直線形成的角度，觸頭尖端或者觸頭襯墊32a和12a固定在表面“C”和“D”處，等等。優(yōu)選地，根據(jù)本公開的混合裝置100包括在圖2、3中由附圖標記5示意性表示的單致動機構(gòu)，單致動機構(gòu)操作性地連接到可動的觸頭保持軸4，用于致動主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30 二者，并且尤其用于使得與主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30相應的可動觸頭12和32在斷開位置與閉合位置之間移動。具體地，單致動機構(gòu)5構(gòu)造成使得當在由致動機構(gòu)5本身施加的作動的情況下而處于閉合位置時，第一和第二可動觸頭12、32基本上相互對齊。此外,在示例性實施方式中示出的是,致動機構(gòu)5包括連接到第一可動觸頭12的第一觸頭按壓彈簧13和連接到第二可動觸頭32的第二觸頭按壓彈簧33。在閉合位置并且在致動機構(gòu)作動的情況下，彈簧13和33將可動觸頭12和32壓靠在相應的配合固定觸頭11和31上，由此避免在高電流時可動觸頭的電動提升；觸頭按壓彈簧13和33的剛度優(yōu)選使得在觸頭32上所產(chǎn)生的接觸力高于在觸頭12上所產(chǎn)生的接觸力。例如，根據(jù)特定的應用，彈簧可以具有相同或者不同的剛度。實際上，第一和第二可動觸頭12、32以相對于彼此的角偏移量(即在二者之間形成角度α )安裝在可動的觸頭保持軸4上，其對應于斷開位置；當裝置100閉合時，可動觸頭12和32在由致動機構(gòu)(和相關(guān)的彈簧13、33)施加壓力的情況下基本上(當在與旋轉(zhuǎn)軸線101的平面垂直的平面中觀察可動觸頭時)相互對齊(例如它們重疊)。當斷開主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30時，例如在由操作性地與單致動機構(gòu)5相關(guān)聯(lián)的指令單元發(fā)出斷 開指令時，僅當?shù)谝豢蓜佑|頭32與第一固定觸頭11間隔開至少預定的距離時，第二可動觸頭32才開始與第二固定觸頭31物理上分離?？梢岳鐬镮mm和IOmm范圍內(nèi)的這種預定距離表示實際上在主電流開關(guān)10的觸頭11和12之間不可能再點燃電弧的安全距離。根據(jù)第一示例性實施方式，至少在使軸4從閉合位置旋轉(zhuǎn)到斷開位置時，致動機構(gòu)5適于以可變的角速度移動可動的觸頭保持軸4 ;優(yōu)選角速度的變化是可控的。根據(jù)一個可能的示例性實施方式，單致動機構(gòu)5包括自鎖馬達；更優(yōu)選的是，自鎖馬達包括壓電超聲旋轉(zhuǎn)馬達，例如由富國(Fukoku)工業(yè)株式會社(日本)銷售的型號為USR45的產(chǎn)品，出于簡單起見,僅在圖4中由附圖標記50示意性地表示。在這種情況下并且根據(jù)應用，上述馬達可以定位在外殼I之內(nèi)或之外，并且可以直接地連接到可動的觸頭保持軸4或者通過根據(jù)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言容易得到的解決方案來插入機械連接元件而連接到可動的觸頭保持軸4。替選地，單致動機構(gòu)5可以通過容易得到的彈簧機構(gòu)來構(gòu)成、通過例如步進馬達的電磁致動器來構(gòu)成或者通過根據(jù)本領(lǐng)域眾所周知的解決方案的類似的和/或其他適當?shù)闹聞友b置來構(gòu)成，并且因此不在此詳細描述。根據(jù)本公開的混合裝置100還包括在圖2和3中由附圖標記6示意性表示的指令單元。
這種指令單元6也可定位在外殼I之內(nèi)或者之外、甚至定位在遠端位置處，指令單元6例如可以是如市場上可得到的任意適當類型的基于微處理器的電子裝置，例如智能電子裝置(IED)或者繼電器或者跳閘單元(trip unit)，并且指令單元6適于驅(qū)動功率電子開關(guān)20并且在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換功率電子開關(guān)20。具體地，當必須執(zhí)行斷開操作時(B卩，不得不使主電流開關(guān)10的觸頭電分離并且相繼地使副電流開關(guān)30的觸頭電分離)，在第一可動觸頭12開始與第一固定觸頭11物理上分離之前，指令單元6適于將功率電子開關(guān)20從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。實際上，當執(zhí)行這種斷開操作時，功率電子開關(guān)20開啟，而可動觸頭12仍物理上接觸相應的固定觸頭
11(即觸頭11和12的配合表面之間沒有間隙)。此外，仍然在執(zhí)行斷開主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30時，在第一可動觸頭12與第一固定觸頭11間隔開至少預定的距離之后且在第二可動觸頭32開始與第二固定觸頭31物理上分離之前，指令單元6適于將功率電子裝置20從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。根據(jù)另一示例性實施方式，當必需執(zhí)行閉合操作時，(即，不得不將副電流開關(guān)30的觸頭聯(lián)接并且相繼地將主電流開關(guān)10的觸頭聯(lián)接)，在第二可動觸頭32與第二固定觸頭31聯(lián)接之后且在第一可動觸頭12開始機械地接觸第一固定觸頭11之前，指令單元6也適于開啟功率電子裝置20。根據(jù)再一實施方式，指令單元6也適于驅(qū)動單致動機構(gòu)5。具體地，指令單元6可以適于以協(xié)調(diào)的方式發(fā)出驅(qū)動相關(guān)聯(lián)的單致動機構(gòu)5和功率電子開關(guān)20的一個或多個信號；所述一個或多個信號可以由獨特電路或者由相同的指令單元6的相應的電路部分來生成。替選地 ，可以具有以協(xié)調(diào)的方式操作的兩個分開的指令單元，其中的一個指令單元驅(qū)動功率電子開關(guān)20并且另一個指令單元驅(qū)動致動機構(gòu)5?，F(xiàn)在將更加詳細地描述根據(jù)本公開的混合裝置100的斷開操作和閉合操作。例如，在正常操作條件下，流動在電路102中的電流經(jīng)過混合裝置100并且尤其經(jīng)過主電流開關(guān)10的相互聯(lián)接的觸頭11-12 ;因此在該條件下，主電流開關(guān)10閉合，副電流開關(guān)30也閉合，并且功率電子開關(guān)20處于關(guān)斷狀態(tài)，即不傳導電流。如果例如基于由指令單元6發(fā)出的指令信號而需要斷開，那么在時刻由指令單元6開啟功率電子開關(guān)20，即功率電子開關(guān)20從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)，并且由相關(guān)聯(lián)的致動機構(gòu)5致動的軸4開始旋轉(zhuǎn)，而主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30的相應的固定觸頭和可動觸頭仍保持閉合。在旋轉(zhuǎn)初始的空轉(zhuǎn)角之后，在t'時刻，例如在從0.1ms直至IOms或甚至直至數(shù)十ms范圍的時間之后，主電流開關(guān)10的觸頭11-12開始相互分離，而副電流開關(guān)30的觸頭31-32仍保持閉合。在該條件下，電流開始轉(zhuǎn)向保持在接通狀態(tài)下的功率電子開關(guān)20。軸4繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到(在top2時刻)例如在此從t'起0.1ms至IOms之間的時間間隔之后為止，主電流開關(guān)10的可動觸頭12到達上面提及的、距固定觸頭11的安全距離，即觸頭11和12之間的距離使得在這些觸頭之間不能發(fā)生電弧的再點燃；因此，主電流開關(guān)10是電氣上斷開的。在該時刻，副電流開關(guān)30的觸頭31-32仍是閉合的，而功率電子開關(guān)20被關(guān)掉(例如再次由指令單元6)，因此斷開主電流。驅(qū)動軸4繼續(xù)其旋轉(zhuǎn)并且副開關(guān)30的可動觸頭32開始與相關(guān)聯(lián)的固定觸頭31分離直到在t°p3(例如在從t°p2起計時的0.1ms和IOms之間的范圍內(nèi)的時間間隔之后)時刻完成觸頭31-32的分離為止，進而副電流開關(guān)30斷開，也中斷泄漏電流。在t°p4時刻(如在從t°p3起計時的0.1ms和IOms之間的范圍內(nèi)的時間間隔之后)，軸4到達端部位置并且止動。因此，從電氣和機械的觀點來看完成了斷開操作。如果從副電流開關(guān)30和功率電子開關(guān)20均斷開的斷開位置開始，那么混合裝置100必須閉合,例如,遵照例如由指令單元6發(fā)出的閉合指令信號,在致動機構(gòu)5作動的情況下，軸4開始(時刻C')旋轉(zhuǎn)，借助其驅(qū)動來移動兩個開關(guān)10和30的觸頭12和32。在旋轉(zhuǎn)期間，在時刻(例如在從0.1ms直至IOms或者甚至直至數(shù)十ms范圍內(nèi)的時間之后)，可動觸頭32與固定觸頭31聯(lián)接，即副電流開關(guān)30閉合，由此接通泄漏電流，而功率電子開關(guān)20仍處于關(guān)斷狀態(tài)并且主電流開關(guān)10仍為電氣上斷開的(即觸頭11和12的距離使得在二者之間不存在電傳導)。在tel°2時刻，(例如在從tel<\時刻開始計時起0.1ms和IOms范圍之間的時間間隔之后)，功率電子開關(guān)20例如由指令單元6接通，接通主電流，而主電流開關(guān)10仍是斷開的。軸4繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到tel°3時刻(例如在從tcel°2時刻開始計時起0.1ms和IOms范圍內(nèi)的時間間隔之后)，觸頭11-12聯(lián)接，即主電流開關(guān)10閉合，將電流從功率電子開關(guān)20轉(zhuǎn)向。軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)直到(tel°4時刻)(例如在從tcel°3時刻開始計時起0.1ms和例如50ms的數(shù)十毫秒范圍之間的時間間隔之后)，該軸到達端部位置并且止動；由此閉合操作完成。如之前指出的是，致動機構(gòu)5可以至少在斷開期間使軸4以受控制的可變角速度旋轉(zhuǎn)。例如，在斷開操作的第一階段期間，軸4可以以確定恒定的或者可變的(例如，漸增的)角速度從斷開操作開始的時刻(t')起直到當主電流開關(guān)10的可動觸頭12達到距固定觸頭11的上述安全距離并由此主電流開關(guān)10電氣上斷開為止進行旋轉(zhuǎn)；在第二階段期間，即從t°p2時刻直到斷開操作完成(top4時刻的終止)，軸4可以以與上面描述的第一階段的角速度不同的角速度、即更低的角速度旋轉(zhuǎn)。在第二階段期間，相關(guān)的角速度也可以是恒定的或者可變的，例如是下降的。

如有需要，例如當使用自中斷馬達作為致動機構(gòu)5時，甚至可以在主電流開關(guān)10斷開時——即t°p2時刻終止時——停止旋轉(zhuǎn)，并且然后再啟動軸4的旋轉(zhuǎn)以用于完成斷開操作(從t°p2時刻到t°p4時刻)。也可以在執(zhí)行閉合操作時以相反的方式執(zhí)行相同的處理。實際上，已觀察到，混合電流開關(guān)裝置100允許根據(jù)在整個工作壽命中具有一貫操作順序和計時的相當簡單且緊湊的解決方案對已知的解決方案實現(xiàn)一些改進。實際上，裝置100體現(xiàn)為以極其有效和協(xié)調(diào)的方式進行操作的獨特裝置，其具有電流斷路器(即主電流開關(guān)10)的功能、流電的或者隔離的開關(guān)(即副電流開關(guān)20)的功能和靜態(tài)斷路器或者固態(tài)斷路器(即功率電子開關(guān)20)的功能；通過使用單致動機構(gòu)5以致動主電流開關(guān)10和副電流開關(guān)30 二者，使得裝置的整個結(jié)構(gòu)布局更加簡單，并且在工作壽命期間本質(zhì)上改進并且更好地確保了兩個開關(guān)10和30之間的機械同步。自鎖馬達、并且尤其是自鎖壓電馬達的使用變得更加容易，因為它們甚至可以在沒有變速箱的情況下直接地聯(lián)接到軸4 ;此外，這種馬達在沒有動力時是自鎖的，其可以抵抗接觸彈簧的負載而將軸4保持在閉合位置而無需要機械閂鎖。具有不同剛度的兩個觸頭按壓彈簧的使用有助于增加設計的靈活性和/或改進獲得所期望順序的方式；例如，可以借助不同的裝載行程(chargingstroke)來實現(xiàn)所需的設計負載。
因此，所提出的混合裝置100允許進行修改和變化，這些修改和變化的全部在如所附權(quán)利要求和之前的描述——包括必需考慮的上述實施方式的任意組合，其包括在本公開中，盡管沒有明確地描述——中所限定的發(fā)明構(gòu)思的范圍之內(nèi)；全部細節(jié)還可以通過其他技術(shù)上等同的元件來替換。例如，混合裝置100通過參考塑殼斷路器來描述，但是其可以是例如模塊化斷路器(MCB)、斷開器等任何類型的電流保護裝置；此外，從結(jié)構(gòu)上的觀點來看，所示出的混合裝置100類似于僅有一個相位電連接到相關(guān)電路的雙極(IS30和MSlO并排地定位為兩個極)AC斷路器，但是混合裝置100可以明確地使用在DC應用中，并且在AC或DC應用中具有任何適當數(shù)量的相位。例如，在混合裝置100必需連接到相關(guān)聯(lián)的電路的兩個相位的情況下，裝置100可以類似于四極斷路器，即圖3-7中的部件將翻倍，沿著軸4按順序交替排列第一主電流開關(guān)10、相關(guān)聯(lián)的第一副電流開關(guān)30、第二主電流開關(guān)10以及相關(guān)聯(lián)的第二副電流開關(guān)30。功率電子開關(guān)20可以包括其他類型的基于半導體的部件，例如ICGTs等。 實際上，材料和尺寸根據(jù)需要和技術(shù)發(fā)展水平可以是任意類型的。
權(quán)利要求
1.一種混合電流開關(guān)裝置(100),包括外殼(I),從所述外殼(I)向外突出有至少第一端子和第二端子，所述至少第一端子和第二端子分別適于與相關(guān)聯(lián)的電路的輸入電連接和輸出電連接，其特征在于，所述混合電流開關(guān)裝置(100)還包括定位在所述外殼(I)內(nèi)的如下部件: 主電流開關(guān)(MS、10)，所述主電流開關(guān)(MS、10)包括第一固定觸頭(11)和相對應的第一可動觸頭(12)，所述第一固定觸頭(11)和所述第一可動觸頭(12)與所述第一端子和所述第二端子串聯(lián)連接并且定位在所述第一端子和所述第二端子之間； 功率電子開關(guān)(PES、20)，所述功率電子開關(guān)(PES、20)適于與所述主電流開關(guān)(10)并聯(lián)連接并且能夠在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間進行切換； 副電流開關(guān)(IS、30)，所述副電流開關(guān)(IS、30)具有第二固定觸頭(31)和相對應的第二可動觸頭(32 )，所述副電流開關(guān)(30 )至少與所述功率電子開關(guān)(20 )串聯(lián)連接； 可動的觸頭保持軸(4)，所述第一可動觸頭(11)和所述第二可動觸頭(31)安裝在所述可動的觸頭保持軸(4)上,所述可動的觸頭保持軸(4)定位在所述外殼(I)內(nèi)并繞旋轉(zhuǎn)軸線(101)旋轉(zhuǎn)，以便使所述第一可動觸頭(12)和所述第二可動觸頭(32)在它們分別與所述第一固定觸頭(11)和所述第二固定觸頭(31)聯(lián)接的閉合位置和它們與所述第一固定觸頭(11)和所述第二固定觸頭(31)電分離的斷開位置之間移動，其中，當處于所述斷開位置時，所述第一可動觸頭(12)和所述第二可動觸頭(32)以相對于彼此的角偏移量安裝在所述可動的觸頭保持軸(4)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述混合電流開關(guān)裝置(100)還包括單致動機構(gòu)(5),所述單致動機構(gòu)(5)操作性地連接到所述可動的觸頭保持軸(4)，以致動所述主電流開關(guān)(10)和所述副電流開關(guān)(30) 二者。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，當處于閉合位置時，所述致動機構(gòu)(5 )使得所述第一可動觸頭(12 )和所述第二可動觸頭(32 )基本上相互對齊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述第一可動觸頭(12)和所述第二可動觸頭(32)安裝在所述可動的觸頭保持軸(4)上，使得當斷開所述主電流開關(guān)(10)和所述副電流開關(guān)(30)時，僅當所述第一可動觸頭(12)與所述第一固定觸頭(11)間隔開至少預定距離時，所述第二可動觸頭(32)才開始與所述第二固定觸頭(31)物理上分離。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述單致動機構(gòu)(5)適于至少在從所述閉合位置旋轉(zhuǎn)到所述斷開位置時以可變的角速度移動所述可動的觸頭保持軸(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述角偏移量包含在3°與60°之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述致動機構(gòu)(5)包括操作性地連接到所述第一可動觸頭(12)的第一觸頭按壓彈簧(13)和操作性地連接到所述第二可動觸頭(32 )的第二觸頭按壓彈簧(33 )，其中，所述第一觸頭按壓彈簧(13 )和所述第二觸頭按壓彈簧(33)具有相關(guān)聯(lián)的剛度，使得在所述致動機構(gòu)作動的情況下而處于閉合位置時，施加在所述第二可動觸頭(32)上的接觸力大于施加在所述第一可動觸頭(12)上的接觸力。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述混合電流開關(guān)裝置(100)包括指令單元(6)，所述指令單元(6)適于在斷開所述主電流開關(guān)(10)和所述副電流開關(guān)(30)時，在所述第一可動觸頭(12)與所述第一固定觸頭(11)開始物理上分離之前將所述功率電子開關(guān)(20)從關(guān)斷狀態(tài)切換到接通狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其中，所述指令單元(6)適于在斷開所述主電流開關(guān)(10)和所述副電流開關(guān)(30)時，在所述第一可動觸頭(12)與所述第一固定觸頭(11)間隔開至少預定距離之后且在所述第二可動觸頭(32)與所述第二固定觸頭(31)開始物理上分離之前將所述功率電子開關(guān)(20)從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的一項或多項所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其中，所述指令單元(6)適于在閉合所述主電流開關(guān)(10)和所述副電流開關(guān)(30)時，在所述第二可動觸頭(32 )與所述第二固定觸頭(31)聯(lián)接之后并且在所述第一可動觸頭(12)開始物理上接觸所述第一固定觸頭(11)之前將所述功率電子開關(guān)(20)從接通狀態(tài)切換到關(guān)斷狀態(tài)。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其中，所述指令單元(6)也適于驅(qū)動所述單致動機構(gòu)(5 )。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述單致動機構(gòu)(5)包括自鎖馬達。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其中，所述自鎖馬達包括壓電馬達(50)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的混合電流開關(guān)裝置(100)，其特征在于，所述副電流開關(guān)(30)也與所述主電流開關(guān)(10)串聯(lián)連接。
全文摘要
一種混合電流開關(guān)裝置，包括兩個端子，用于與相關(guān)聯(lián)的電路和外殼電連接，該裝置包括主電流開關(guān)，其包括第一固定觸頭和相對應的第一可動觸頭，這兩個觸頭與兩個端子串聯(lián)連接并且定位在兩個端子之間；功率開關(guān)裝置，其與主電流開關(guān)并聯(lián)連接并且可在接通狀態(tài)和關(guān)斷狀態(tài)之間切換；副電流開關(guān)，其具有第二固定觸頭和第二可動觸頭，副電流開關(guān)至少與功率開關(guān)裝置串聯(lián)連接；可動的觸頭保持軸，第一和第二可動觸頭安裝在該軸上。觸頭保持軸定位在外殼內(nèi)并繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，以便使可動觸頭在它們與相對應的固定觸頭聯(lián)接的閉合位置和它們與固定觸頭電分離的斷開位置之間移動；當處于斷開位置時，第一和第二可動觸頭以相對于彼此的角偏移量安裝在旋轉(zhuǎn)軸上。
文檔編號H01H89/00GK103247499SQ20131001182
公開日2013年8月14日 申請日期2013年1月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月3日
發(fā)明者盧西奧·阿佐拉, 安東內(nèi)洛·安東尼亞齊 申請人:Abb公司