用于MV或HV牵引线测试设备的开关的制作方法

用于mv或hv牵引线测试设备的开关
技术领域
1.本发明的主题是一种用于mv或hv牵引线测试设备的开关，其包括串联连接并由分离的多个线圈控制的多个触点对。该开关能够在毫秒范围内重新闭合，并且能够在以高负载阻抗为特征的中压或高压系统中操作。开关的示例性应用是向高阻抗负载产生短电压脉冲或在电压传感器和中压电源之间提供临时电绝缘。


背景技术：

2.用于牵引线测试设备的mv和hv机械开关的要求具有挑战性。一方面，该设备的非常小的额定电流使其能够利用具有低惯性的小触点，这可以是快速的。另一方面，实现高耐压能力需要触点之间更宽的隔离间隙。这意味着会减慢开关的操作。
3.中压开关(例如真空断续器)的耐压能力通过在开关触点之间提供足够的间隙来获得。典型的中压开关是针对发生相对大的短路电流和电动力的可能性而设计的，因此mv开关的触点是大而重的，其具有相对大的惯性，并且开关的操作相对缓慢(》15ms)。
4.所有开关元件的控制(断开和闭合)必须以通常小于一毫秒的容差同时进行，否则跨级联开关的总电压将不均匀地分布到它们的各个元件，并且可能导致各个半导体开关元件的过电压，从而使其损坏。
5.为了提供开关的毫秒范围的重新闭合操作，使用了大而昂贵且复杂的致动器系统(例如，汤姆逊驱动器)。
6.此种中压开关对于具有高负载阻抗的应用不是最佳的。在负载具有高阻抗特性的系统中，应使用更小的触点。然而，触点之间仍需要足够的间隙以提供足够的耐压能力。
7.该问题的已知解决方案是用具有串联连接的较小间隙的多个触点对代替单个触点对和单个大间隙。这种解决方案增加了开关的耐压能力。然而，复杂的机械致动器系统的特点在于，其必须提供所有开关触点对的同时重新闭合操作，并在它们之间提供适当的电绝缘。
8.在每个触点对由单独的线圈控制的情况下，需要线圈之间的电分隔。
9.跨中压或高压开关的总电压应该更均匀地分布在级联的触点对之间。开关的总额定电压应该是n
×vbr contact/contact
，其中n是级联连接的触点对的数目，v
br contact/contact
是触点对的触点之间的击穿电压。
10.触点对的触点和驱动线圈之间的额定电压是有限的，并且该额定电压等于v
br contact/coil
。基于此，级联触点对的驱动线圈不能连接到相同的电位，并且也不能连接到地。否则来自级联的第一个线圈的电势将与最后一个线圈相同，并且级联的总额定电压将仅为2
×vbr contact/coil
，而与串联触点对的数量无关，因此需要隔离电源用于继电器控制线圈。
11.德国专利de 102014002298涉及用于级联高压开关的电隔离传输控制信号的设备。用于控制信号的电隔离传输的设备具有可连接到用于高压开关初级绕组的驱动电路的至少一个设备和可连接到高压开关次级绕组的半导体开关元件的多个设备，该高压开关次
级绕组被布置为磁耦合到初级绕组。初级绕组和次级绕组形成为一个或多个印刷电路板上或一个或多个印刷电路板中的导体迹线，并被布置在电路板上的单个磁芯的磁场穿透。因此，所提出的设备是用于隔离驱动级联高压开关的开关元件中的全部或至少一些开关元件的常用平面变压器。该平面变压器对于布置在平面变压器上或平面变压器中的所有绕组仅有一个磁芯。原则上，这些平面变压器中的几个平面变压器可以用于控制级联高压开关，每个平面变压器则各自控制一组开关元件。
12.本发明的目的是提供一种mv或hv开关的新结构，其具有开关的高额定电压并且提供控制线圈的适当电绝缘，该新结构不具有上述问题并且在电气性能方面可以低成本且可重复生产。


技术实现要素：

13.通过根据权利要求1所述的设备来实现目的。
14.用于中压或高压牵引线测试设备的开关，包括串联连接的多个常开触点对，其中每对触点对配备有单独的控制线圈。开关进一步包括：无线电力传送供应模块，处于接地电位以用于为级联无线电力传送接收器供电，该无线电力传送供应模块包括发射线圈、高频逆变器和微控制器；多个级联无线电力传送接收器，用于为触点对的控制线圈供电。无线电力传送接收器中的每个无线电力传送接收器以浮动电位为基准并且包含接收线圈。控制线圈中的每个控制线圈连接到无线电力传送接收器中的一个无线电力传送接收器。此外，无线电力传送接收器的接收线圈被磁耦合。此外，无线电力传送供应模块位于级联无线电力传送接收器的中间。
15.该设备的有利实施例是从属权利要求的主题，或可以在以下的描述和实施例中找到。
16.优选地，开关还包括与触点对串联连接的阻流二极管。
17.优选地，开关由多个模块组成，每个模块包括触点对、控制线圈、无线电力传送接收器和阻流二极管。阻流二极管的额定电压应与触点对相同。
18.此外，开关进一步包括与每个触点对并联布置的平衡电容器和/或包括与阻流二极管并联布置的平衡电容器，以使在无线电力传送接收器之间获得均匀的电压分布。
19.优选地，开关包括由真空簧片继电器制成的触点对。
20.优选地，开关包括与触点对中的每个触点对并联放置的平衡电阻器，从而可以获得dc分量的相等分担。平衡电阻器的电阻比触点对的dc电阻低一个范围。
21.优选地，开关的无线电力传送接收器中的每个无线电力传送接收器包括附加的电容器能量组。优选地，电容器能量组是陶瓷smd电容器的形式。
22.优选地，无线电力传送接收器中的每个无线电力传送接收器配备有与无线电力传送供应模块的单向通信链路，以用于发送与继电器的闭合有关的信号。
23.优选地，无线电力传送接收器中的每个无线电力传送接收器还包括用于控制线圈的电子整流器和触发电路。
24.无线电力传送接收器被制造为pcb。
25.无线电力传送供应模块的高频逆变器优选地以100－300khz范围内的频率工作。逆变器负责发射线圈的励磁。
26.触点对优选地具有曲折布置，其中触点对中的每个触点对之间优选地具有硅树脂层。这显着地改善了体积利用率、以及触点对之间适当隔离。
27.开关的线圈由包括多个级联无线电力传送接收器的级联感应电力传送电路供电，提供特定线圈之间的电绝缘。它还允许实现线圈之间以及线圈与地之间的充分隔离。
28.利用无线电力传送(wpt)技术来驱动触点对(例如机械继电器)的线圈允许增加开关的电压能力并在线圈之间提供适当的电流隔离。
29.开关是可扩展的。wpt技术具有相对高的效率，这意味着可以串联连接大量的触点对。它可以扩展用于较高电压(hv)和大电流断路器，如真空断续器。
30.根据本发明的开关的结构不包含任何磁芯，这使开关具有成本效率。
附图说明
31.将结合附图使用示例性实施例更详细地解释所提出的开关。通过附图中的示范性实施例示出本发明，其中：
32.图1是所提出的开关的示意图。
33.图2是具有电容器的单个真空簧片继电器的模型。
34.图3是所提出的开关的模块的示意图。
35.图4是所提出的具有曲折布置的触点对的开关的模型。
具体实施方式
36.所提出的用于中压或高压牵引线测试设备的开关1包括串联连接的多个常开触点对2，多个常开触点对2的形式为真空簧片继电器，其中每个触点对2配备有单独的控制线圈3。触点对2的尺寸受到限制以减小其惯性。当提供相应的控制线圈3时，单独的触点对2闭合。
37.开关1还包括无线电力传送供应模块4，无线电力传送供应模块4处于接地电位并且用于为级联无线电力传送接收器5供电。无线电力传送供应模块4呈发射板的形式并且包括发射线圈、高频逆变器和微控制器。高频逆变器以100－300khz范围内的频率工作。逆变器负责发射线圈的励磁。
38.此外，开关1包括为触点对的控制线圈供电的多个级联无线电力传送接收器5，无线电力传送接收器5中的每个无线电力传送接收器5以浮动电位为基准，并包括磁耦合的接收线圈6。
39.控制线圈3中的每个控制线圈3连接到无线电力传送接收器5中的一个无线电力传送接收器，并且从由无线电力传送接收器5的接收线圈6收集的能量供电。
40.开关1进一步包括与每个触点对2并联布置的平衡电容器8和/或包括与阻流二极管7并联布置的平衡电容器9，使得无线电力传送接收器之间获得均匀的电压分布。阻流二极管7的额定电压与触点对2的额定电压相同。
41.它还包括与触点对2中的每个触点对并联放置的平衡电阻器10，其中电阻平衡电阻器10比触点对2的dc电阻低一个范围。
42.无线电力传送接收器6被制造为pcb，并且还包括用于控制线圈3的电子整流器和触发电路。无线电力传送接收器5另外包括电容器能量组，优选为陶瓷smd电容器的形式。
43.无线电力传送接收器5还配备有与无线电力传送供应模块4的单向通信链路，以用于发送与继电器的闭合有关的信号。
44.在所提出的开关1的另一优选实施例中，触点对2具有曲折布置，其中触点对2中的每个触点对之间优选具有硅树脂层。它显著提高了体积利用率。硅树脂层提供了适当的隔离。
45.在所提出的开关的又一优选实施例中，所述开关包括若干模块，其中每个模块包括触点对2、控制线圈3、无线电力传送接收器5和阻流二极管7。这些模块允许开关1易于扩展，这使解决方案具有可扩展性，并允许将开关1调整到假定电压。