本公開大體涉及用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)。特別地其涉及用于執(zhí)行電流斷開操作的不依賴于自然過零的類型的開關(guān)系統(tǒng)，和執(zhí)行電流斷開操作的方法。

背景技術(shù)：

開關(guān)系統(tǒng)用于在例如由于短路的電氣故障的事件中中斷電流或保護電路。開關(guān)系統(tǒng)可以包括在正常操作期間處于機械連接的觸頭。當(dāng)觸頭彼此分離時實現(xiàn)電流斷開操作。除了使觸頭分離之外，電流斷開操作牽涉到熄滅觸頭之間的電弧，和迫使電流為零。

交流電流(ac)開關(guān)系統(tǒng)利用流過開關(guān)系統(tǒng)的交流電流的自然出現(xiàn)的過零來熄滅電弧。

直流電流(dc)開關(guān)系統(tǒng)由于沒有而不能利用自然過零。已知為dc開關(guān)系統(tǒng)創(chuàng)建人工過零以便能夠執(zhí)行電流斷開操作。用以獲得人工過零的一個方式是通過利用橫跨觸頭連接的諧振電路。諧振電路包括由能量源連續(xù)地充電的電容器。電容器被充電以獲得使得電容器放電電流能夠在相對于流過電弧的電弧電流的相反方向上流過觸頭的極性。該裝置進一步包括在正常狀態(tài)中處于其打開狀態(tài)的開關(guān)。當(dāng)實現(xiàn)電流斷開操作并使觸頭分離時，開關(guān)被閉合，其中電容器將其電荷放電并且諧振電路向觸頭中提供電流脈沖。電流脈沖在相對于電弧電流的相反方向上流動。通過選擇電容器和諧振電路中的電感的合適的值，獲得人工過零。此時，在觸頭處產(chǎn)生的使得電弧電流能夠在觸頭的分離的斷開之后繼續(xù)流動的電弧可以通過觸頭之間的間隙中的熱等離子體和/或氣體的消電離來熄滅。以該方式可以斷開電弧電流。

上述人工過零的創(chuàng)建要求電容器始終被充電。此外需要電源持續(xù)不斷地給電容器充電。此外，人工過零僅提供了成功熄滅電弧并因此斷開電弧電流的單次機會。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本公開的目的是解決或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的問題。

因此，根據(jù)本公開的第一方面，提供有一種用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)，包括：觸頭裝置，具有第一端子和第二端子，諧振電路，可橫跨觸頭裝置連接，第一開關(guān)，被連接至諧振電路和第一端子，其中第一開關(guān)可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，其中在閉合狀態(tài)下第一開關(guān)被設(shè)置成使得電流能夠在第一流動方向上流過諧振電路并且在與觸頭裝置電弧電流流動方向相反的方向上流入觸頭裝置，第二開關(guān)，被連接至諧振電路和觸頭裝置的第二端子，其中第二開關(guān)可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，其中在閉合狀態(tài)下第二開關(guān)被設(shè)置成使得電流能夠在與第一流動方向相反的第二流動方向上流過諧振電路，和控制系統(tǒng)，其中控制系統(tǒng)被成在電流斷開操作時交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)，直到發(fā)源于由電流斷開操作產(chǎn)生的電弧中的能量的、流過諧振電路并流入觸頭裝置的電流脈沖達到等于或大于觸頭裝置電弧電流的幅值的幅度幅度。

由此可以獲得的效果在于，諧振電路的能量存儲電路被以將在兩個開關(guān)的交替通斷開關(guān)的各迭代中增加的電壓充電，造成了在與流過電弧的觸頭裝置電弧電流的相反方向上流動的進入到觸頭裝置中的電流脈沖。當(dāng)電壓足夠大時，電流脈沖將變成等于或大于觸頭裝置電弧電流，造成了人工過零。該交替的通斷開關(guān)因此提供了對于每一個迭代都增長更大的電流脈沖的泵浦效果。這造成了可以獲得多個相繼的人工過零。因此如果證明滅弧與過零結(jié)合不成功則總是用于熄滅電弧的附加機會。此外，由于諧振電路接收發(fā)源于電弧的能量，所以諧振電路的能量存儲電路不必在正常操作期間被充電，而這在現(xiàn)有技術(shù)中是必要的。

開關(guān)系統(tǒng)可以在dc應(yīng)用或ac應(yīng)用中利用。有利地，在后一情況中，人工過零可以在自然過零出現(xiàn)之前創(chuàng)建。

根據(jù)一個實施例，在交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的各迭代中，控制系統(tǒng)被設(shè)置成：

-將第一開關(guān)設(shè)定處于閉合位置，使得第一電流脈沖能夠在第一流動方向上流過諧振電路，

-當(dāng)?shù)谝浑娏髅}沖變成零時首先將第一開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)并接著將第二開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，以使得第二電流脈沖能夠在第二流動方向上流過諧振電路，和

-當(dāng)?shù)诙娏髅}沖首次變成零時將第二開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。

一個實施例包括被設(shè)置成熄滅橫跨觸頭裝置的電弧的滅弧器。

根據(jù)一個實施例，諧振電路包括電容器和電感器。由于電容器不必在正常操作期間被充電，因為它僅在與電流斷開操作結(jié)合的“泵浦”期間被充電，所以電容器可以與現(xiàn)有技術(shù)的方案相比更多地承受相當(dāng)大的應(yīng)力，將尺寸和成本減小2至4倍的量級，尤其對于薄膜電容器。

根據(jù)一個實施例第二開關(guān)被橫跨諧振電路連接。

一個實施例包括可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換的第三開關(guān)，其中第三開關(guān)被連接至觸頭裝置的第二端子和諧振電路，并且其中控制系統(tǒng)被設(shè)置成在與將第一開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)的同時將第三開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，并且在與將第一開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)的同時將第三開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。

一個實施例包括可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換的第四開關(guān)，其中第四開關(guān)被連接至諧振電路和觸頭裝置的第一端子，并且其中控制系統(tǒng)被設(shè)置成在與將第二開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)的同時將第四開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，并且在與將第二開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)的同時將第四開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。這提供了全波電流脈沖泵浦，其使得電流脈沖能夠接收重復(fù)序列的半周期中的兩者中的能量，即在第一開關(guān)和第三開關(guān)的同時打開/閉合期間并且還有在第二開關(guān)和第四開關(guān)的同時打開/閉合期間兩者。

根據(jù)一個實施例，第一開關(guān)和第二開關(guān)是半導(dǎo)體開關(guān)。

根據(jù)一個實施例，第三開關(guān)和第四開關(guān)是半導(dǎo)體開關(guān)。

根據(jù)一個實施例，控制系統(tǒng)被配置成：以第一頻率持續(xù)第一時間間隔并隨后以比第一頻率慢的第二頻率持續(xù)第二時間間隔，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)切換首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)。

根據(jù)本公開的第二方面，提供有一種借助于開關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行電流斷開操作的方法，開關(guān)系統(tǒng)包括：觸頭裝置，具有第一端子和第二端子；諧振電路，可橫跨觸頭裝置連接；第一開關(guān)，被連接至諧振電路和第一端子，其中第一開關(guān)可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，其中在閉合狀態(tài)下第一開關(guān)被設(shè)置成使得電流能夠在第一流動方向上流過諧振電路并且在與觸頭裝置電弧電流流動方向相反的方向上流入觸頭裝置；第二開關(guān)，被連接至諧振電路和第二端子，其中第二開關(guān)可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，其中在閉合狀態(tài)下第二開關(guān)被設(shè)置成使得電流能夠在與第一流動方向相反的第二流動方向上流過諧振電路，和控制系統(tǒng)，其中該方法包括：在電流斷開操作時，借助于控制系統(tǒng)交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)，直到發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流供給的能量的、流過諧振電路的電流脈沖達到等于或大于觸頭裝置電弧電流的幅值的幅度。

根據(jù)一個實施例，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的步驟的各迭代包括：

a)將第一開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，使得第一電流脈沖能夠在第一流動方向上流過諧振電路，

b)當(dāng)?shù)谝浑娏髅}沖已經(jīng)變成零時首先將第一開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)并接著將第二開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，以使得第二電流脈沖能夠在第二流動方向上流過諧振電路，和

c)當(dāng)?shù)诙娏髅}沖已經(jīng)首次變成零時將第二開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。

根據(jù)一個實施例，用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)包括可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換的第三開關(guān)，其中第三開關(guān)被連接至觸頭裝置的第二端子和諧振電路，其中交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的步驟包括：

在與將第一開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)的同時將第三開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，和

在與將第一開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)的同時將第三開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。

根據(jù)一個實施例，用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)包括可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換的第四開關(guān)，其中第四開關(guān)被連接至諧振電路和觸頭裝置的第一端子，其中交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的步驟包括：

在與將第二開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)的同時將第四開關(guān)設(shè)定處于閉合狀態(tài)，和

在與將第二開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)的同時將第四開關(guān)設(shè)定處于打開狀態(tài)。

根據(jù)一個實施例，用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)包括滅弧器，其中該方法包括當(dāng)流過諧振電路的電流脈沖達到等于或大于觸頭裝置電弧電流的幅值的幅度時借助于滅弧器熄滅橫跨觸頭裝置的電弧。

根據(jù)一個實施例，諧振電路包括電容器和電感器。

根據(jù)一個實施例，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的步驟以第一頻率執(zhí)行持續(xù)第一時間間隔并隨后以比第一頻率慢的第二頻率執(zhí)行持續(xù)第二時間間隔。

一般地，權(quán)利要求中所使用的所有術(shù)語都應(yīng)該根據(jù)它們在本技術(shù)領(lǐng)域中的普通含義來解釋，除非本文中另有明確限定。對“一/一個/該元件、設(shè)備、組件、部件等”的所有引用應(yīng)該被開放地解釋為是指元件、設(shè)備、組件、部件等中的至少一個實例，除非另有明確陳述。

附圖說明

現(xiàn)在將通過示例的方式參照附圖來描述本發(fā)明的概念的具體實施例，其中：

圖1示出用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)的示例；

圖2a-2b示出處于操作中的圖1中的用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)；

圖3a-3b示出借助于處于操作中的圖1中的斷路器獲得的電流脈沖的圖表；

圖4是用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)的另一示例；

圖5a-5b示出處于操作中的圖4中的用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)；

圖6示出借助于圖4中的斷路器獲得的電流脈沖的圖表；

圖7是執(zhí)行電流斷開操作的方法的流程圖；和

圖8a-8c示出能夠處理雙向電流流動、即交流電流的用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)的示例。

具體實施方式

現(xiàn)在將在下文中參照其中示出示例性實施例的附圖更充分地描述本發(fā)明的概念。然而本發(fā)明的概念可以以很多不同的形式來體現(xiàn)并且不應(yīng)該被解釋為限于本文所陳述的實施例；而是，這些實施例是通過示例的方式提供的使得該公開將是徹底且完整的，并且會將本發(fā)明的概念充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。類似的附圖標(biāo)記在整個描述中是指類似的元件。

將在本文中描述用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)的許多變型。開關(guān)系統(tǒng)可以用在ac應(yīng)用或dc應(yīng)用中。開關(guān)系統(tǒng)包括具有可動斷路器觸頭和固定觸頭的觸頭裝置。斷路器觸頭可以在其與固定觸頭機械接觸的閉合位置和斷路器觸頭與固定觸頭機械分離的打開位置之間被致動?？蓜訑嗦菲饔|頭限定了觸頭裝置的第一端子并且固定觸頭限定了觸頭裝置的第二端子。

開關(guān)系統(tǒng)包括諧振電路，這是包括電容器和電感器的lc電路。電容器可以例如是薄膜電容器。諧振電路可橫跨觸頭裝置連接。

開關(guān)系統(tǒng)此外包括第一開關(guān)和第二開關(guān)。第一開關(guān)可在閉合狀態(tài)與打開狀態(tài)之間切換。第二開關(guān)可在閉合狀態(tài)與打開狀態(tài)之間切換。第一開關(guān)被連接至諧振電路和觸頭裝置的第一端子。第二開關(guān)被連接至諧振電路和觸頭裝置的第二端子。

第一開關(guān)被設(shè)置成在閉合狀態(tài)下使得電流能夠在第一流動方向上流過諧振電路并且使得電流能夠在與觸頭裝置電弧電流流動方向相反的方向上從諧振電路流入觸頭裝置。該相反方向電流影響觸頭裝置電弧電流的幅值。

第二開關(guān)被設(shè)置成在閉合狀態(tài)下使得電流能夠在與第一流動方向相反的第二流動方向上流過諧振電路。

開關(guān)系統(tǒng)包括被設(shè)置成控制第一開關(guān)和第二開關(guān)的控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)置成通過電流斷開操作、例如通過發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流供給的能量來觸發(fā)?？刂葡到y(tǒng)被設(shè)置成：通過牽涉到斷路器觸頭被打開、即遠離固定觸頭移動以及作為結(jié)果的在間隔開的斷路器觸頭與固定觸頭之間的電弧的產(chǎn)生的電流斷開操作觸發(fā)，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)。控制系統(tǒng)特別地被設(shè)置成使第一開關(guān)和第二開關(guān)在其各自的打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間交替地切換，直到發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流供給的能量的、流過諧振電路并流入觸頭裝置的電流脈沖達到等于或大于觸頭裝置電弧電流的幅值的幅度。

第一開關(guān)、第二開關(guān)和諧振電路形成泵浦電路，其被設(shè)置成針對各重復(fù)、即針對交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)設(shè)定首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的各迭代注入具有越來越高幅度的電流脈沖。取決于開關(guān)的數(shù)量，及其與諧振電路的連接，可以獲得半波泵浦電路或全波泵浦電路。將參照圖1至圖3b來描述提供半波泵浦的開關(guān)系統(tǒng)的示例。將參照圖4至圖6來描述提供全波泵浦的開關(guān)系統(tǒng)的示例。

圖1描繪了用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)1的第一示例。開關(guān)系統(tǒng)1包括具有第一端子3a和第二端子3b的觸頭裝置3。觸頭裝置3包括可動斷路器觸頭和固定觸頭。觸頭裝置3可以通過使斷路器觸頭遠離固定觸頭移動而被設(shè)定處于打開狀態(tài)，和處于其中斷路器觸頭與固定觸頭機械接觸的閉合狀態(tài)。

開關(guān)系統(tǒng)1此外包括第一開關(guān)s1、第二開關(guān)s2、諧振電路5、控制系統(tǒng)7、滅弧器9和能量吸收器11。

諧振電路5可橫跨觸頭裝置3連接。諧振電路5特別地可借助于第一開關(guān)s1和借助于第二開關(guān)s2橫跨觸頭裝置3連接。諧振電路5包括電容器c和電感器l。電容器c例如可以是薄膜電容器，并且電感器l可以或者是電感器組件或者是電容器c連接所至的導(dǎo)體的固有電感。

第一開關(guān)s1可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換。第一開關(guān)s1被連接至開關(guān)系統(tǒng)1的第一端子3a和諧振電路5。第一開關(guān)s1被以如下方式連接：使得在閉合狀態(tài)下，其使得發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流i供給的能量的電流脈沖能夠在第一流動方向上流過諧振電路5。其此外使得電流能夠在與經(jīng)由電弧流過觸頭裝置的觸頭裝置電弧電流流動方向相反的方向上流入觸頭裝置。

第二開關(guān)s2可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換。第二開關(guān)s2被連接至開關(guān)系統(tǒng)1的第二端子3b和諧振電路5。特別地，第二開關(guān)s2被橫跨諧振電路5連接。

控制系統(tǒng)7被設(shè)置成交替地首先使第一開關(guān)s1在其打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換并接著使第二開關(guān)s2在其打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換?？刂葡到y(tǒng)7被設(shè)置成通過由觸頭裝置電弧電流供給的能量來觸發(fā)以控制第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2?？刂葡到y(tǒng)7被設(shè)置成交替地首先使第一開關(guān)s1在其打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換并接著使第二開關(guān)s2在其打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換，直到發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流供給的能量的、流過諧振電路5且經(jīng)由第一開關(guān)s1流入觸頭裝置的電流脈沖具有等于或優(yōu)選大于流過觸頭裝置3的觸頭裝置電弧電流的幅度。在當(dāng)電流脈沖具有等于觸頭裝置電弧電流的幅值的幅度時的時間處，創(chuàng)建了人工過零，便于電弧的熄滅。

滅弧器9被設(shè)置成熄滅橫跨觸頭裝置3的電弧?？梢允菬o源滅弧器的滅弧器9被橫跨觸頭裝置3連接。滅弧器9可以例如是晶閘管、晶體管、二極管、吹弧法、電弧冷卻部件或電弧流道。此外，如此的觸頭裝置可以根據(jù)一個變型設(shè)置有固有滅弧能力，例如如果觸頭裝置是真空滅弧室的話，在該情況中滅弧器形成觸頭裝置3的一部分。

能量吸收器11被設(shè)置成吸收能量以由此在人工過零的創(chuàng)建時迫使觸頭裝置電弧電流為零。圖1示出其中可以連接能量吸收器11的許多不同連接。能量吸收器11因此可以例如被橫跨觸頭裝置3、橫跨電容器c或橫跨諧振電路5連接。能量吸收器11可以例如是浪涌保護器。

開關(guān)系統(tǒng)1可以可選地包括二次能量源13。經(jīng)過諧振電路5的電流脈沖因此可以或者由電弧本身中的能量單獨地驅(qū)動，或者替代地，在包括二次能量源13的變型中，由本身已從電弧接收了能量的二次能量源13驅(qū)動。這樣的二次能量源可以例如是正溫度系數(shù)(ptc)電阻器。

現(xiàn)在將參照圖2a至圖2b、圖3a至圖3b和圖7來描述開關(guān)系統(tǒng)1的操作。在正常狀況下，電流流過閉合的觸頭裝置3。接著使第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2兩者處于其打開狀態(tài)。當(dāng)斷路器觸頭被打開以實現(xiàn)電流斷開操作以便將觸頭裝置3設(shè)定處于打開狀態(tài)時或此后的短時間時，控制系統(tǒng)7在步驟a)中被設(shè)置成在時間t1處將第一開關(guān)s1設(shè)定處于閉合狀態(tài)，如圖2a和圖3a中所示。由電弧電壓u驅(qū)動的電流脈沖i1因此開始在第一流動方向上流過諧振電路5，將電容器c充電至正極性。電流脈沖i1在相對于流過電弧并流過觸頭裝置的觸頭裝置電弧電流的相反方向上流過第一開關(guān)s1并流入觸頭裝置3。

替代地，在包括二次能量源13的變型中，電流i已被從觸頭裝置3轉(zhuǎn)換至已熄滅電弧的二次能量源13，并且跨越二次能量源13的電壓代替驅(qū)動電流脈沖i1。

當(dāng)電流脈沖i1往回振蕩并且在時間t2處變成零時，在步驟b)中控制系統(tǒng)7被設(shè)置成切斷第一開關(guān)s1。電容器c現(xiàn)在被近似充電到電壓2u。

在當(dāng)電流脈沖i1變成零時或此后的短時間時的時間t2處，在步驟c)中控制系統(tǒng)7被設(shè)置成將第二開關(guān)s2設(shè)定處于閉合狀態(tài)，如圖2b中所示。電流脈沖i2現(xiàn)在將在與第一流動方向相反的第二流動方向上流動，使電容器c的極性反轉(zhuǎn)?？刂葡到y(tǒng)7被設(shè)置成電流脈沖i2一變成零且電容器c一被充電到電壓-2u就將第二開關(guān)s2設(shè)定處于打開狀態(tài)。第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2兩者現(xiàn)在都處于打開狀態(tài)。

控制系統(tǒng)7重復(fù)步驟a)至c)并且跨越電容器c的電壓將在執(zhí)行步驟a)至c)的各迭代中以2u增加。在一些迭代或循環(huán)之后，電流脈沖i1的幅度已增長并且當(dāng)它變成等于觸頭裝置電弧電流i時，例如在時間t3處，電弧將被即刻熄滅。

在當(dāng)電流脈沖i1等于觸頭裝置電弧電流i時的各情況下，存在有借助于滅弧器9永久熄滅電弧并斷開觸頭裝置電弧電流i的機會。在時間t4處的成功滅弧之后，觸頭裝置電弧電流i將流過電容器c并且最終能量吸收器11將迫使觸頭裝置電弧電流i下降至零。

在示例性的半波泵浦電路中，電流脈沖僅在重復(fù)序列的兩個半周期中的一個中接收能量。在第一半部中，電容器從電弧電壓u接收附加能量電荷，并且在另一半部中，電容器的極性被反轉(zhuǎn)，由于在電流路徑中的損耗而損失一些電荷。

參照圖4來說明具有全波泵浦能力的開關(guān)系統(tǒng)的示例。益處在于注入電流的峰值可以幾乎被加倍并且以較高速率增加。

開關(guān)系統(tǒng)1’與開關(guān)系統(tǒng)1一樣，除了其包括四個開關(guān)s1至s4，各開關(guān)可在打開狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間切換。開關(guān)s1至s4和諧振電路5被以“h橋”型配置連接。第一開關(guān)s1被連接至觸頭裝置3的第一端子3a和諧振電路5。第二開關(guān)被連接至諧振電路5和觸頭裝置3的第二端子3b。第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2兩者都連接至諧振電路5的第一端子。第三開關(guān)s3被連接至諧振電路5和觸頭裝置3的第二端子3b。第四開關(guān)s4被連接至諧振電路和觸頭裝置3的第一端子3a。第三開關(guān)s3和第四開關(guān)s4兩者都連接至諧振電路5的第二端子。

控制系統(tǒng)7’被設(shè)置成：在牽涉到斷路器觸頭相對于固定觸頭的打開的電流斷開操作的開始時，交替地首先將第一開關(guān)s1和第三開關(guān)s3兩者同時設(shè)定首先處于打開狀態(tài)并接著處于閉合狀態(tài)，并且接著將第二開關(guān)s2和第四開關(guān)s4兩者同時設(shè)定首先處于打開狀態(tài)并接著處于閉合狀態(tài)?？刂葡到y(tǒng)7’被設(shè)置成使開關(guān)s1至s4交替地切換直到發(fā)源于由觸頭裝置電弧電流供給的能量的、流過諧振電路5并經(jīng)由第一開關(guān)s1流入觸頭裝置的電流脈沖具有等于或優(yōu)選大于流過觸頭裝置3的觸頭裝置電弧電流的幅度。

現(xiàn)在將參照圖5a至圖5b和圖6來描述開關(guān)系統(tǒng)1’的操作。在正常狀況下，電流流過閉合的觸頭裝置3。開關(guān)s1至s4中的所有都處于其打開狀態(tài)。當(dāng)斷路器觸頭被打開以實現(xiàn)電流斷開操作以便將觸頭裝置3設(shè)定處于打開狀態(tài)時或此后的短時間時，控制系統(tǒng)7’被設(shè)置成在時間t1處將第一開關(guān)s1和第三開關(guān)s3兩者設(shè)定處于其閉合狀態(tài)，如圖6中所示。由電弧電壓u驅(qū)動的電流脈沖i1開始在第一流動方向上流過諧振電路5，將電容器c充電到正極性。

當(dāng)電流脈沖i1往回振蕩且在時間t2處變成零時，控制系統(tǒng)7’被設(shè)置成將第一開關(guān)和第三開關(guān)s3設(shè)定處于打開狀態(tài)，即它們被切斷?，F(xiàn)在電容器c被近似充電到2u。

在時間t2或此后的短時間處，控制系統(tǒng)7’被設(shè)置成將第二開關(guān)s2和第四開關(guān)s4兩者設(shè)定處于閉合狀態(tài)。電流脈沖i1將再次開始但是現(xiàn)在在與第一流動方向相反的第二流動方向上流過諧振電路5和電容器c?？刂葡到y(tǒng)7’被設(shè)置成電流脈沖i1一變成零并且電容器c一被充電到近似電壓-4u就將第二開關(guān)s2和第四開關(guān)s4設(shè)定處于打開狀態(tài)。

接著重復(fù)以上步驟并且跨越電容器c的電壓將在各迭代中以近似2u增加。在一些迭代或循環(huán)之后，電流脈沖i1的幅度已增長并且當(dāng)它變成等于或大于觸頭裝置電弧電流i時，根據(jù)圖6中的示例在時間t3處，電弧將在電流脈沖i1等于觸頭裝置電弧電流i的情況下被即刻熄滅，并且最終借助于滅弧器9和能量吸收器11被以結(jié)合第一示例描述的相同方式在時間t4處永久熄滅。

圖8a至圖8c示出用于斷開電流的開關(guān)系統(tǒng)的附加示例。這些開關(guān)系統(tǒng)能夠處理經(jīng)過觸頭裝置3的雙向電流流動。在所有三個圖中，斷路器觸頭與(多個)固定觸頭分離，其中在分離的觸頭之間示出電弧。

圖8a示出能夠處理經(jīng)過觸頭裝置3的雙向電流流動的開關(guān)系統(tǒng)15-1的第一示例。開關(guān)系統(tǒng)15-1包括第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2。第一開關(guān)s1根據(jù)示例借助于晶閘管來實現(xiàn)，并且第二開關(guān)s2借助于兩個串聯(lián)連接的晶閘管來實現(xiàn)。然而這些開關(guān)可以通過任何半導(dǎo)體開關(guān)、例如晶體管來實現(xiàn)。

開關(guān)系統(tǒng)15-1此外包括諧振電路5，其包括電容器c和電感器l。開關(guān)系統(tǒng)15-1還包括呈二極管橋17的形式的整流器，其被設(shè)置成在電弧電流的兩個電流方向期間向諧振電路5提供電流脈沖。第一開關(guān)s1和第二開關(guān)s2被以與先前描述的相同的方式操作，借助于控制系統(tǒng)來控制。

圖8b描繪了能夠處理經(jīng)過觸頭裝置3的雙向電流流動的開關(guān)系統(tǒng)15-2的第二示例。開關(guān)系統(tǒng)15-2包括借助于兩個反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)(例如晶閘管或晶體管)實現(xiàn)的第一開關(guān)s1，和通過兩個反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)(例如晶閘管或晶體管)實現(xiàn)的第二開關(guān)s2。第二開關(guān)s2被橫跨諧振電路5連接，并且第一開關(guān)s1被連接至觸頭裝置3和諧振電路5。

圖8c描繪了能夠處理經(jīng)過觸頭裝置3的雙向電流流動的開關(guān)系統(tǒng)15-3的第三示例。開關(guān)系統(tǒng)15-3包括借助于兩個半導(dǎo)體開關(guān)(例如晶閘管或晶體管)和兩個二極管實現(xiàn)的第一開關(guān)s1，和通過兩個反并聯(lián)連接的半導(dǎo)體開關(guān)(例如晶閘管或晶體管)實現(xiàn)的第二開關(guān)s2。第二開關(guān)s2被橫跨諧振電路5連接，并且第一開關(guān)s1被連接至觸頭裝置3和諧振電路5。

雙向開關(guān)系統(tǒng)15-1至15-3中的每一個此外包括被設(shè)置成在人工過零的創(chuàng)建時迫使觸頭裝置電弧電流為零的浪涌保護器。

在以上示例中，開關(guān)可以例如是諸如晶閘管或晶體管等的半導(dǎo)體開關(guān)。在以上呈現(xiàn)的示例中的每一個中，控制系統(tǒng)可以例如包括用于半導(dǎo)體開關(guān)的柵極驅(qū)動單元。

一般情況下，控制單元交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)切換首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)的頻率可以取決于電弧的狀況或特性。為此，執(zhí)行電流泵浦或電流注入所采用的頻率因此可以被設(shè)定為取決于電弧的特性。

如果觸頭裝置電弧電流相對低，那么以相對高的頻率執(zhí)行切換并因此執(zhí)行電流注入或泵浦是有利的。另一方面，對于高觸頭裝置電弧電流，以與存在低觸頭裝置電流時相比較低的頻率執(zhí)行切換是有利的，這給予被加熱的氣體更多的時間來消電離。術(shù)語“低”和“高”一般難以限定，因為它們可能依賴于諸如觸頭裝置的特定的合金或材料等的參數(shù)。一般情況下可以說低觸頭裝置電弧電流可以用直到大約兩個100毫安的幅值來表征，而高觸頭裝置電弧電流可以具有高于該值的幅值。

在觸頭裝置電弧電流的幅值已知對于某一應(yīng)用總是落入“低”和“高”范疇中的一個內(nèi)的情況中，可以預(yù)先設(shè)定或編程控制系統(tǒng)使得它使第一開關(guān)和第二開關(guān)切換所采用的頻率被設(shè)定為適于該幅值的合適值。

對于某些應(yīng)用，不可能預(yù)先、例如在其發(fā)生前知道觸頭裝置電弧電流的幅值。在該情況中，開關(guān)系統(tǒng)可以根據(jù)一個變型包括被設(shè)置成檢測觸頭裝置電弧電流的幅值的傳感器系統(tǒng)，并且由此控制系統(tǒng)被配置成基于所確定的觸頭裝置電弧電流的大小來調(diào)節(jié)其控制第一開關(guān)和第二開關(guān)所采用的頻率。開關(guān)因此可以以或者相對低的或者相對高的頻率來執(zhí)行，取決于觸頭裝置電弧電流被分別歸類為高還是低。

根據(jù)另一變型，例如如果不存在傳感器系統(tǒng)(例如為了更魯棒性的開關(guān)系統(tǒng))，由此未提供電流測量，則控制系統(tǒng)可以被設(shè)置成：以第一頻率持續(xù)第一時間間隔并隨后以比第一頻率慢的第二頻率持續(xù)第二時間間隔，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)切換首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)。第一時間間隔可以例如對應(yīng)于3至5個周期或開關(guān)間隔。第二時間間隔可以是直到電弧被成功地熄滅為止的剩余時間，或者它可以對應(yīng)于多個開關(guān)間隔，在這里其具有較長周期。對于半波電路的情況特別如此。在全波電路的情況中，也可以通過控制系統(tǒng)以該方式控制第三開關(guān)和第四開關(guān)。

根據(jù)一個變型，控制系統(tǒng)可以被配置成：在第二時間間隔之后以第三頻率持續(xù)第三時間間隔，交替地首先將第一開關(guān)并接著將第二開關(guān)切換首先處于閉合狀態(tài)并接著處于打開狀態(tài)，該第三頻率比第二頻率慢。對于半波電路的情況特別如此。在全波電路的情況中，也可以通過控制系統(tǒng)以該方式控制第三開關(guān)和第四開關(guān)。

本文中呈現(xiàn)的開關(guān)系統(tǒng)可以在ac應(yīng)用和dc應(yīng)用中利用，并且可以例如在低壓(lv)應(yīng)用或中壓(mv)應(yīng)用中利用。

以上參照幾個示例主要描述了本發(fā)明的概念。然而，如本領(lǐng)域技術(shù)人員容易領(lǐng)會的那樣，除以上所公開的那些以外的其他實施例同樣可能在由隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的概念的范圍內(nèi)。