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DE102024110258A1 - Intelligent switching device - Google Patents

Intelligent switching device

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DE102024110258A1
DE102024110258A1DE102024110258.6ADE102024110258ADE102024110258A1DE 102024110258 A1DE102024110258 A1DE 102024110258A1DE 102024110258 ADE102024110258 ADE 102024110258ADE 102024110258 A1DE102024110258 A1DE 102024110258A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
switching device
measuring
switch
semiconductor
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
DE102024110258.6A
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German (de)
Inventor
Christian Hoyer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Schaltbau GmbH
Original Assignee
Schaltbau GmbH
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Publication date
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Publication of DE102024110258A1publicationCriticalpatent/DE102024110258A1/en
Pendinglegal-statusCriticalCurrent

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Abstract

Translated fromGerman

Schaltgerät umfassend mindestens einen mechanischen Schalter und/oder Halbleiterschalter, mindestens eine Vorrichtung zur Messung des durch das Schaltgerät fließenden Stroms und mindestens eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung, wobei mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung vorgesehen ist und die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung, der mindestens eine mechanische Schalter und/oder Halbleiterschalter und die mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung in Reihe geschaltet sind.Switching device comprising at least one mechanical switch and/or semiconductor switch, at least one device for measuring the current flowing through the switching device and at least one first device for measuring the voltage, wherein at least one second device for measuring the voltage is provided and the first device for measuring the voltage, the at least one mechanical switch and/or semiconductor switch and the at least one second device for measuring the voltage are connected in series.

Description

Translated fromGerman

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltgerät umfassend mindestens einen mechanischen Schalter und/oder Halbleiterschalter, mindestens eine Vorrichtung zur Messung des durch das Schaltgerät fließenden Stroms und mindestens eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung.The present invention relates to a switching device comprising at least one mechanical switch and/or semiconductor switch, at least one device for measuring the current flowing through the switching device and at least one first device for measuring the voltage.

Ein gattungsgemäßes Schaltgerät mit mindestens einem mechanischen Schalter und/oder mindestens einem Halbleiterschalter wird üblicherweise als sekundärer Schalter verwendet. Die Ansteuerung des Schaltgeräts erfolgt üblicherweise durch ein externes System. Zum sicheren und zuverlässigen Betrieb des Schalters bzw. Schützes ist die Erfassung physikalischer Größen, wie z.B. Spannung, Strom, Leistung, Leistungsfaktor oder Temperatur in und um den Schalter erforderlich. Bisher erfolgt die Erfassung dieser Daten über zusätzliche Messeinrichtungen. Nachteilig bei derartigen bekannten Schaltgeräten ist daher, dass die Verwendung externer Systeme nötig ist und ein erhöhter Bauraumbedarf besteht.A generic switching device with at least one mechanical switch and/or at least one semiconductor switch is typically used as a secondary switch. The switching device is typically controlled by an external system. For safe and reliable operation of the switch or contactor, the recording of physical variables such as voltage, current, power, power factor, or temperature in and around the switch is necessary. Previously, this data was recorded using additional measuring devices. The disadvantage of such known switching devices is that they require the use of external systems and require more space.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Schaltgerät bereitzustellen, das die aus dem Stand der Technik bekannten Probleme behebt, das insbesondere auf externe Systeme verzichtet und nur einen geringen Bauraumbedarf hat, sowie allgemein die Bereitstellung eines Energiemanagementsystems in Energieversorgungsanlagen und die Bereitstellung schneller Schutzeinrichtungen in Gleichstromsystemen.It is therefore the object of the present invention to provide an improved switching device which eliminates the problems known from the prior art, which in particular dispenses with external systems and has only a small installation space requirement, as well as generally the provision of an energy management system in power supply systems and the provision of fast protection devices in DC systems.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1. Demnach besteht bei einem Schaltgerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 1 dann eine erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe, wenn mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung vorgesehen ist, wobei die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung, der mindestens eine mechanische Schalter und/oder Halbleiterschalter und die mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung in Reihe geschaltet sind.The object is achieved by the features of independent claim 1. Accordingly, in a switching device according to the preamble of independent claim 1, the object is achieved according to the invention if at least one second device for measuring the voltage is provided, wherein the first device for measuring the voltage, the at least one mechanical switch and/or semiconductor switch and the at least one second device for measuring the voltage are connected in series.

In der erfindungsgemäßen Lösung sind also sowohl eine Vorrichtung zur Messung des Stroms, wie z.B. ein Stromsensor, als auch mindestens eine erste und eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung in das Schaltgerät integriert. Dadurch ist Intelligenz im System und es können lokale Entscheidungen getroffen werden. Es kann daher auf zusätzliche, externe Messeinrichtungen verzichtet werden. Dies führt zu einer kompakten Ausgestaltung mit geringem Bauraumbedarf.In the solution according to the invention, both a device for measuring current, such as a current sensor, and at least a first and a second device for measuring voltage are integrated into the switching device. This provides intelligence within the system and allows for local decisions. Therefore, additional external measuring devices are not required. This results in a compact design with minimal installation space requirements.

Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the present invention are the subject of the subclaims.

In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltgerät für Gleichstromanwendungen ausgebildet ist. Dadurch kann eine schnelle Schutzeinrichtung für ein Gleichstromsystem bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere für die Gleichstromsysteme notwendig, da diese Systeme eher kapazitiv wirken, wodurch ein signifikant schneller Stromanstieg abgeschaltet werden muss. In Gleichstromnetzen sind diese Komponenten für den Schutz und die Überwachung von Sektoren unerlässlich.In a preferred embodiment of the present invention, the switching device is designed for direct current applications. This allows for the provision of a fast protection device for a direct current system. This is particularly necessary for direct current systems, as these systems tend to operate capacitively, requiring a significantly rapid current rise to be switched off. In direct current networks, these components are essential for sector protection and monitoring.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Schaltgerät bidirektional ausgebildet ist. Das Schaltgerät kann daher in allen Anwendungen zum Einsatz kommen, in welchen Bidirektionalität gefordert wird. Dies ist der Fall, wenn der abzusichernde Sektor nicht nur als Energieverbraucher, sondern auch als Energieerzeuger fungiert.In a further preferred embodiment of the present invention, the switching device is bidirectional. The switching device can therefore be used in all applications requiring bidirectionality. This is the case when the sector to be protected functions not only as an energy consumer but also as an energy producer.

In einer besonders kompakten Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine mechanischer Schalter und/oder Halbleiterschalter, die Vorrichtung zur Messung des Stroms, die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung und die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.In a particularly compact embodiment, it can be provided that the at least one mechanical switch and/or semiconductor switch, the device for measuring the current, the first device for measuring the voltage and the second device for measuring the voltage are arranged in a common housing.

Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorsehen, dass ferner eine Auswerteeinheit in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist. Dadurch können Fehlerfälle oder besondere Ereignisse direkt lokal erkannt und präventiv behandelt werden.Yet another preferred embodiment of the present invention may provide for an evaluation unit to be arranged in the common housing. This allows errors or special events to be directly detected locally and treated preventively.

Vorzugsweise kann ferner eine Kommunikationseinheit in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sein. Dadurch ist eine Überwachung der lokalen Größen, sowie eine direkte Kommunikation nach extern, insbesondere bei Fehlerfällen oder besonderen Ereignissen, möglich.Preferably, a communications unit can also be arranged in the common housing. This allows for monitoring of local variables as well as direct external communication, particularly in the event of errors or special events.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass ein erstes Halbleitermodul mit einem ersten Halbleiterschalter, ein mechanischer Schalter und ein zweites Halbleitermodul mit einem zweiten Halbleiterschalter in Reihe hintereinander angeordnet sind, wobei die beiden Halbleitermodule aufgrund des unidirektionalen Schaltvermögens antiseriell angeordnet werden, sodass der vollständige Schalter bidirektionales Schaltvermögen besitzt. Das Schaltgerät umfasst in diesem Fall also zwei Halbleiterschalter, einen mechanischen Schalter, die Vorrichtung zur Messung des Stroms, d.h. einen Stromsensor, eine erste und eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung. Dadurch wird ein Hybridschalter, d.h. ein Schalter, der sowohl halbleiterbasierte Schaltelemente als auch elektromechanische Schaltelemente, wie z.B. ein Schütz, umfasst, mit den dadurch verbundenen Vorteilen zur Verfügung gestellt. Dieser Hybridschalter zeichnet sich dadurch aus, dass das bzw. die halbleiterbasierte(n) Schaltelement(e) sowie das elektromechanische Schaltelement in Serie liegen.A further preferred embodiment of the present invention provides that a first semiconductor module with a first semiconductor switch, a mechanical switch, and a second semiconductor module with a second semiconductor switch are arranged in series, one behind the other, wherein the two semiconductor modules are arranged anti-serially due to the unidirectional switching capability, so that the complete switch has bidirectional switching capability. In this case, the switching device comprises two semiconductor switches, a A mechanical switch, a current measuring device, i.e., a current sensor, and a first and a second voltage measuring device are provided. This provides a hybrid switch, i.e., a switch that includes both semiconductor-based switching elements and electromechanical switching elements, such as a contactor, with the associated advantages. This hybrid switch is characterized by the fact that the semiconductor-based switching element(s) and the electromechanical switching element are connected in series.

Vorzugsweise sind die Halbleitermodule als Gleichteile ausgebildet. Damit verbundene Vorteile sind insbesondere verringerte Kosten.Preferably, the semiconductor modules are designed as identical parts. The associated advantages include, in particular, reduced costs.

Vorteilhafterweise kann ferner vorgesehen sein, dass die Halbleitermodule bidirektional ausgebildet sind. Dazu kann jedes der Halbleitermodule einen Halbleiterschalter und eine parallel dazu angeordnete Freilaufdiode oder Body-Diode aufweisen. Typischerweise ist diese Body-Diode intrinsischer Bestandteil des Halbleiterschalters Der Strom kann dann bidirektional durch die Halbleitermodule fließen, je nach Stromrichtung über den Halbleiterschalter oder die entsprechende Freilaufdiode bzw. Body-Diode. Daraus folgt, dass das Halbleitermodul nur ein unidirektionales Schaltvermögen besitzt.Advantageously, it can also be provided that the semiconductor modules are bidirectional. For this purpose, each of the semiconductor modules can have a semiconductor switch and a freewheeling diode or body diode arranged in parallel. This body diode is typically an intrinsic component of the semiconductor switch. The current can then flow bidirectionally through the semiconductor modules, depending on the current direction via the semiconductor switch or the corresponding freewheeling diode or body diode. Consequently, the semiconductor module only has unidirectional switching capacity.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Halbleiterschalter der Halbleitermodule als Feldeffekttransistor, z.B. MOSFET ausgebildet sind. Dadurch wird eine Skalierbarkeit des Einschaltwiderstandes bzw. des minimalen Durchlasswiderstands rDS,on in der Parallelschaltung von Halbleitermodulen ermöglicht, dies führt zur Verminderung der Verlustleistung des Halbleitermoduls im eingeschalteten Betrieb. Im Vergleich dazu haben IGBTs als Halbleitermodul eine minimale Sättigungsspannung VCE(SAT), wodurch eine Parallelisierung nicht zur Verminderung der Verlustleistung führt.A further preferred embodiment of the present invention provides that the semiconductor switches of the semiconductor modules are designed as field-effect transistors, e.g., MOSFETs. This enables scalability of the on-resistance or the minimum on-resistance rDS,on in parallel connection of semiconductor modules, which leads to a reduction in the power loss of the semiconductor module during on-state operation. In comparison, IGBTs as semiconductor modules have a minimum saturation voltage VCE(SAT) , which means that parallel connection does not lead to a reduction in power loss.

Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass die Source-Anschlüsse der Halbleitermodule über den mindestens einen mechanischen Schalter miteinander verbunden sind. Es handelt sich also um eine antiserielle Beschaltung, wobei die Source-Anschlüsse der Halbleiterschalter miteinander verbunden werden.Yet another preferred embodiment of the present invention provides that the source terminals of the semiconductor modules are connected to one another via the at least one mechanical switch. This is thus an anti-serial circuit, with the source terminals of the semiconductor switches being connected to one another.

Eine einfache Ausgestaltung des Schaltgeräts kann dadurch erreicht werden, dass jedes der Halbleitermodule mittels jeweils einem Anschlusselement mit einer der Stromschienen verbunden ist und jeweils mittels eines weiteren Anschlusselements mit externen Anschlüssen des Schaltgeräts verbunden ist. Die Anschlusselemente können vorzugsweise als massive Anschlussblöcke ausgebildet sein und ermöglichen das Führen hoher Ströme.A simple design of the switching device can be achieved by connecting each of the semiconductor modules to one of the busbars by means of a connection element and to external terminals of the switching device by means of a further connection element. The connection elements can preferably be designed as solid terminal blocks and enable the conduction of high currents.

Eine zusätzliche Kostenreduzierung kann dadurch erreicht werden, dass die Anschlusselemente als Gleichteile ausgebildet sind.An additional cost reduction can be achieved by designing the connecting elements as identical parts.

Noch eine weitere bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass das Schaltgerät Stromschienen zur Kontaktierung des mindestens mechanischen Schalters und/oder des mindestens einen Halbleiterschalters umfasst, wobei in mindestens einer der Stromschienen eine Aufnahme ausgebildet ist, in der die Vorrichtung zur Messung des Stroms angeordnet ist. Es wird eine einfache Realisierung der Strommessung ermöglicht. Die Lösung kann auch in bestehende Schalter und Schütze integriert werdenYet another preferred embodiment of the present invention provides that the switching device comprises busbars for contacting the at least one mechanical switch and/or the at least one semiconductor switch, wherein a receptacle is formed in at least one of the busbars in which the device for measuring the current is arranged. This enables simple implementation of the current measurement. The solution can also be integrated into existing switches and contactors.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 Schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 2 Schaltplan des Schaltgeräts aus1;
  • 3 Schaltplan eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 4 Schaltplan eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 5 perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 6 perspektivische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 7 schematische Darstellung des Schaltgeräts aus6;
  • 8 Vereinfachter Schaltplan des Schaltgeräts aus6;
  • 9 Übersicht über die Funktionen der Auswertung eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
  • 10 Übersicht über weitere Funktionen der Auswertung eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts;
Embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings. They show:
  • 1 Schematic representation of a first embodiment of a switching device according to the invention;
  • 2 Circuit diagram of the switching device 1 ;
  • 3 Circuit diagram of a second embodiment of a switching device according to the invention;
  • 4 Circuit diagram of a third embodiment of a switching device according to the invention;
  • 5 perspective view of a further embodiment of a switching device according to the invention;
  • 6 perspective view of a further embodiment of a switching device according to the invention;
  • 7 schematic representation of the switching device from 6 ;
  • 8 Simplified circuit diagram of the switching device from 6 ;
  • 9 Overview of the functions of the evaluation of a switching device according to the invention;
  • 10 Overview of further functions of the evaluation of a switching device according to the invention;

Für die folgenden Ausführungen gilt, dass gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet sind. Sofern in einer Figur Bezugszeichen enthalten sind, auf die in der zugehörigen Figurenbeschreibung nicht näher eingegangen wird, so wird auf vorangehende oder nachfolgende Figurenbeschreibungen Bezug genommen.In the following explanations, identical parts are designated by identical reference numerals. Where a figure contains reference numerals that are not further explained in the corresponding figure description, reference is made to preceding or subsequent figure descriptions.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Das Schaltgerät 1 umfasst mindestens einen Schalter 2, der als mechanischer Schalter, zum Beispiel als Schütz, und/oder als Halbleiterschalter ausgebildet sein kann. Vor dem Schalter 2 ist eine erste Messeinrichtung 3 angeordnet. Die erste Messeinrichtung 3 umfasst eine Vorrichtung zur Messung des Stroms, z.B. einen Stromsensor, und eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung. Hinter dem Schalter 2 ist eine zweite Messeinrichtung angeordnet. Die zweite Messeinrichtung umfasst eine Vorrichtung zur Messung der Spannung 4. Der Schalter 2, die erste Messeinrichtung 3 und die zweite Messeinrichtung 4 sind ausgebildet, einen bidirektionalen Stromfluss zu ermöglichen.1 shows a schematic representation of a first embodiment of a switching device 1 according to the invention. The switching device 1 comprises at least one switch 2, which can be designed as a mechanical switch, for example as a contactor, and/or as a semiconductor switch. A first measuring device 3 is arranged in front of the switch 2. The first measuring device 3 comprises a device for measuring the current, e.g. a current sensor, and a first device for measuring the voltage. A second measuring device is arranged behind the switch 2. The second measuring device comprises a device for measuring the voltage 4. The switch 2, the first measuring device 3 and the second measuring device 4 are designed to enable a bidirectional current flow.

Das Schaltgerät 1 weist ferner eine Auswerteeinheit 5 auf. Die erste Messeinrichtung 3 und die zweite Messeinrichtung 4 übermitteln die Messwerte an die Auswerteeinheit 5. Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert mit dem Schalter 2. Die Auswerteeinheit 5 ist ausgebildet, Schutz- und Überwachungsfunktionen des Schaltgeräts 1 bzw. des Schalters 2 durchzuführen. Die Auswerteeinheit kann in digitaler und/oder analogen Form ausgebildet sein. In digitaler Form kann die Auswerteeinheit Mikrocontroller oder speicherprogrammierbare Einheiten, z.B. FPGAs umfassen. Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert ferner mit einer Kommunikationseinheit 6. Die Kommunikationseinheit 6 ist ebenfalls in das Schaltgerät 1 integriert. Vorzugsweise weist das Schaltgerät 1 ein gemeinsames Gehäuse (nicht dargestellt) auf, in dem der Schalter 2, die erste Messeinrichtung 3, die zweite Messeinrichtung 4, die Auswerteeinheit 5 und die Kommunikationseinheit 6 angeordnet sind. Mittels der Kommunikationseinheit 6 ist eine Kommunikation nach extern, beispielsweise über Ethernet, USB und/oder andere Feldbussysteme, möglich.The switching device 1 further comprises an evaluation unit 5. The first measuring device 3 and the second measuring device 4 transmit the measured values to the evaluation unit 5. The evaluation unit 5 communicates with the switch 2. The evaluation unit 5 is designed to perform protection and monitoring functions of the switching device 1 or the switch 2. The evaluation unit can be embodied in digital and/or analog form. In digital form, the evaluation unit can comprise microcontrollers or programmable logic units, e.g., FPGAs. The evaluation unit 5 further communicates with a communication unit 6. The communication unit 6 is also integrated into the switching device 1. The switching device 1 preferably has a common housing (not shown) in which the switch 2, the first measuring device 3, the second measuring device 4, the evaluation unit 5, and the communication unit 6 are arranged. External communication, for example via Ethernet, USB, and/or other fieldbus systems, is possible via the communication unit 6.

Üblicherweise wird der Schalter 2 als sekundärer Schalter verwendet. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist eine Kombination des sekundären Schalters 2 mit Mess-, Auswerte- und Kommunikationstechnik möglich. Es wird ein intelligentes Schaltgerät 1 bereitgestellt. Durch Messung können Echtzeitinformationen, zum Beispiel Strom und Spannung, ausgewertet werden. Basierend auf Regeln kann die Auswerteeinheit 5 entscheiden, ob ein Fehler vorliegt. Im Fehlerfall ist ein Schutz des Schalters 2 und der Last bzw. der Quelle möglich. In dem Schaltgerät 1 können Überwachungsfunktionen realisiert werden. Beispielsweise kann Datenüberwachung in Echtzeit und die Weiterleitung via Schnittstellen realisiert werden.Typically, switch 2 is used as a secondary switch. The inventive design enables a combination of the secondary switch 2 with measurement, evaluation, and communication technology. An intelligent switching device 1 is provided. Real-time information, such as current and voltage, can be evaluated through measurement. Based on rules, the evaluation unit 5 can determine whether a fault has occurred. In the event of a fault, protection of switch 2 and the load or source is possible. Monitoring functions can be implemented in the switching device 1. For example, real-time data monitoring and forwarding via interfaces can be implemented.

2 zeigt einen Schaltplan des Schaltgeräts 1 aus1. Wie bereits beschrieben, weist das Schaltgerät 1 eine erste Messeinrichtung 3 auf. Die erste Messeinrichtung 3 umfasst eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1 und eine Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2. In Reihe dahinter angeordnet ist der Schalter 2. In2 ist der Schalter als mechanischer Schalter, insbesondere als Schütz 2.1, ausgebildet. In Reihe hinter dem Schütz 2.1 ist die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 angeordnet. Die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1, die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 und die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 kommunizieren mit der Auswerteeinheit 5. In der gezeigten Ausführungsform weisen die die Vorrichtungen zur Strom- und Spannungsmessung, also die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1, die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 und die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 einen Analog/Digital-Wandler auf. Da die Messgrößen analog erfasst werden, können diese aber auch rein analog verarbeitet werden. D.h. die Auswertung kann auch vollständig ohne Analog/Digital-Wandler und ohne digitale Logik in Form von FPGAs, Mikrocontrollern etc. auskommen. Die Ausgabegrößen aller Vorrichtungen zur Messung können also analog/digital, als auch rein analog erfolgen.2 shows a circuit diagram of switching device 1 from 1 As already described, the switching device 1 has a first measuring device 3. The first measuring device 3 comprises a first device for measuring the voltage 3.1 and a device for measuring the current 3.2. The switch 2 is arranged in series behind it. 2 the switch is designed as a mechanical switch, in particular as a contactor 2.1. The second device for measuring the voltage 4 is arranged in series behind the contactor 2.1. The first device for measuring the voltage 3.1, the device for measuring the current 3.2 and the second device for measuring the voltage 4 communicate with the evaluation unit 5. In the embodiment shown, the devices for measuring current and voltage, i.e. the first device for measuring the voltage 3.1, the second device for measuring the voltage 4 and the device for measuring the current 3.2 have an analog/digital converter. Since the measured variables are recorded in analog form, they can also be processed in a purely analog form. This means that the evaluation can also be carried out completely without an analog/digital converter and without digital logic in the form of FPGAs, microcontrollers, etc. The output variables of all measuring devices can therefore be analog/digital or purely analog.

Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert wiederum mit der Kommunikationseinheit 6, die eine Kommunikation nach extern ermöglicht. Messung, Auswertung und Kommunikationsschnittstelle sind also in das Schaltgerät 1 integriert.The evaluation unit 5, in turn, communicates with the communication unit 6, which enables external communication. Measurement, evaluation, and communication interfaces are thus integrated into the switching device 1.

3 zeigt einen Schaltplan einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Diese Ausführungsform des Schaltgeräts 1 unterscheidet sich von der in2 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass anstelle eines mechanischen Schalters, also des Schützes, ein Halbleiterschalter 2.2 angeordnet ist. Das Schaltgerät 1 weist ebenfalls eine erste Messeinrichtung 3 auf, die eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1 und eine Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 umfasst. In Reihe dahinter angeordnet ist der Schalter 2. In3 ist der Schalter als Halbleiterschalter 2.2 ausgebildet. In Reihe hinter dem Halbleiterschalter 2.2 ist die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 angeordnet. Die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1, die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 und die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 kommunizieren mit der Auswerteeinheit 5. Wie oben in Bezug auf2 beschrieben, können die Ausgabegrößen aller Vorrichtungen zur Messung analog/digital, als auch rein analog erfolgen. Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert wiederum mit der Kommunikationseinheit 6, die eine Kommunikation nach extern ermöglicht. Messung, Auswertung und Kommunikationsschnittstelle sind also in das Schaltgerät 1 integriert.3 shows a circuit diagram of a further embodiment of a switching device 1 according to the invention. This embodiment of the switching device 1 differs from that in 2 The embodiment shown is characterized in that a semiconductor switch 2.2 is arranged instead of a mechanical switch, i.e. the contactor. The switching device 1 also has a first measuring device 3, which comprises a first device for measuring the voltage 3.1 and a device for measuring the current 3.2. The switch 2 is arranged in series behind it. 3 The switch is designed as a semiconductor switch 2.2. The second device for measuring the voltage 4 is arranged in series behind the semiconductor switch 2.2. The first device for measuring the voltage 3.1, the device for measuring the current 3.2 and the second device for measuring the voltage 4 communicate with the evaluation unit 5. As described above with regard to 2 As described above, the output values of all measurement devices can be analog/digital or purely analog. The evaluation unit 5, in turn, communicates with the communication unit 6, which enables external communication. Measurement, evaluation, and communication interfaces are thus integrated into the switching device 1.

4 zeigt einen Schaltplan noch einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. Diese Ausführungsform des Schaltgeräts 1 unterscheidet sich von den in2 und3 gezeigten Ausführungsform dadurch, dass sowohl ein mechanischer Schalter, also ein Schütz 2.1, als auch ein Halbleiterschalter 2.2 vorgesehen sind. Das Schaltgerät 1 weist wiederum eine erste Messeinrichtung 3 auf, die eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1 und eine Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 umfasst. In Reihe dahinter angeordnet sind der Schütz 2.1 und der Halbleiterschalter 2.2. In Reihe hinter dem Schütz 2.1 und dem Halbleiterschalter 2.2 ist die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 angeordnet. Die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1, die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 und die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 kommunizieren mit der Auswerteeinheit 5. Wie oben in Bezug auf2 beschrieben, können die Ausgabegrößen aller Vorrichtungen zur Messung analog/digital, als auch rein analog erfolgen. Die Auswerteeinheit 5 kommuniziert wiederum mit der Kommunikationseinheit 6, die eine Kommunikation nach extern ermöglicht. Messung, Auswertung und Kommunikationsschnittstelle sind also in das Schaltgerät 1 integriert.4 shows a circuit diagram of yet another embodiment of a switching device 1 according to the invention. This embodiment of the switching device 1 differs from the 2 and 3 shown embodiment in that both a mechanical switch, i.e. a contactor 2.1, and a semiconductor switch 2.2 are provided. The switching device 1 in turn has a first measuring device 3, which comprises a first device for measuring the voltage 3.1 and a device for measuring the current 3.2. The contactor 2.1 and the semiconductor switch 2.2 are arranged in series behind them. The second device for measuring the voltage 4 is arranged in series behind the contactor 2.1 and the semiconductor switch 2.2. The first device for measuring the voltage 3.1, the device for measuring the current 3.2 and the second device for measuring the voltage 4 communicate with the evaluation unit 5. As described above with regard to 2 As described above, the output values of all measurement devices can be analog/digital or purely analog. The evaluation unit 5, in turn, communicates with the communication unit 6, which enables external communication. Measurement, evaluation, and communication interfaces are thus integrated into the switching device 1.

5 zeigt noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1. In dieser Ausführungsform ist das Konzept eines intelligenten Schalters mit integrierter Strom- und Spannungsmessung sowie integrierter Auswertung in ein bestehendes Schütz 2.1 integriert. Das Schaltgerät 1 umfasst also ein Schütz 2.1, das mit Stromschienen 7 versehen ist. In zumindest einer der Stromschienen 7 ist ein Schlitz 10 ausgebildet, in welchem eine Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2, insbesondere ein Stromsensor, angeordnet ist. Der Stromsensor kann in Form eines halleffekt-basierten Sensors ausgebildet sein. Damit ist eine berührungslose Messung der Stromstärke des durch die Stromschiene 7 fließenden Stroms möglich. Ferner weist das Schaltgerät 1 eine Auswerteeinheit 5 und eine Kommunikationseinheit 6 auf. Sowohl die Auswerteeinheit als auch die Kommunikationseinheit kann in digitaler und/oder analogen Form ausgebildet sein. In digitaler Form kann die Auswerteeinheit und die Kommunikationseinheit Mikrocontroller oder speicherprogrammierbare Einheiten z.B. FPGAs umfassen.5 shows yet another embodiment of a switching device 1 according to the invention. In this embodiment, the concept of an intelligent switch with integrated current and voltage measurement as well as integrated evaluation is integrated into an existing contactor 2.1. The switching device 1 thus comprises a contactor 2.1 provided with busbars 7. A slot 10 is formed in at least one of the busbars 7, in which a device for measuring the current 3.2, in particular a current sensor, is arranged. The current sensor can be designed in the form of a Hall-effect-based sensor. This enables contactless measurement of the current strength of the current flowing through the busbar 7. The switching device 1 also has an evaluation unit 5 and a communication unit 6. Both the evaluation unit and the communication unit can be designed in digital and/or analog form. In digital form, the evaluation unit and the communication unit can comprise microcontrollers or programmable logic units, e.g., FPGAs.

Eine Erweiterung bestehender oder existierender Produkte kann durch das Hinzufügen der Messvorrichtungen und der Auswerte- und der Kommunikationseinheit erfolgen. Dies ist beispielhaft in5 dargestellt. Sowohl der Stromsensor als auch die Auswerte- und die Kommunikationseinheit 5, 6 sind außerhalb des Gehäuses des Schützes 2.1 angeordnet. Bevorzugt können alle Komponenten des Schaltgeräts S1 aber auch in einem gemeinsamen Gehäuse integriert sein.An extension of existing or existing products can be achieved by adding the measuring devices and the evaluation and communication unit. This is exemplified in 5 Both the current sensor and the evaluation and communication units 5, 6 are located outside the housing of contactor 2.1. Preferably, however, all components of switching device S1 can also be integrated into a common housing.

Noch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schaltgeräts 1 ist in6 und7 gezeigt. Dabei zeigt6 eine perspektivische Darstellung,7 eine schematische Darstellung des Schaltgeräts 1. Diese Ausführungsform zeigt ein Schaltgerät 1 mit einer Kombination eines mechanischen Schalters, im vorliegenden Fall eines Schützes 2.1 mit zwei Halbleiterschaltern 2.2. Es handelt sich also um einen Hybridschalter.6 zeigt das Innenleben des Schaltgeräts 1, das gemeinsame Gehäuse ist nicht dargestellt. Das Schaltgerät 1 umfasst einen Schütz 2.1 mit mechanischem Kontakt. Der Schütz 2.1 ist mittig in dem Schaltgerät 1 angeordnet. Die Kontakte des Schützes 2.1 sind mit Stromschienen 7 verbunden. Dies ist in7 gut zu erkennen, der mechanische Kontakt ist in geöffneter Stellung gezeigt. An einer der Stromschienen 7 ist ein Stromsensor bzw. die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 angeordnet (in7 nicht dargestellt). Bevorzugt ist der Stromsensor, bzw. die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2, in einen Schlitz in der Stromschiene 7 eingesteckt (siehe6). Die Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 ist dann bevorzugt ausgebildet wie in Bezug auf5 beschrieben. Auf beiden Seiten des Schützes 2.1 ist je ein Halbleitermodul 8 angeordnet. Die Halbleitermodule 8 bilden je einen Halbleiterschalter 2.2 aus. Jedes Halbleitermodul 8 umfasst einen Feldeffekttransistor, z.B. MOSFET mit einer Ansteuerung, die auf einer Platine aus angeordnet sind. Beide Halbleitermodule 8, also beide Platinen, sind - bis auf die Position der Steckverbinder für die Ansteuerung - identisch ausgebildet. Die beiden Halbleitermodule 8 sind also als Gleichteile ausgebildet. Beide Halbleitermodule 8 sind über geeignete Anschlusselemente mit dem Schütz 2.1, bzw. den Stromschienen 7 und externen Anschlüssen (nicht dargestellt) verbunden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Anschlusselemente als Anschlussblöcke 9 ausgebildet. Pro Seite verbindet einer dieser Anschlussblöcke 9 die jeweilige Stromschiene 7 mit dem zugehörigen Halbleitermodul 8. Die in6 gezeigten Anschlussblöcke 9 weisen jeweils einen massiven Körper 11 mit einteilig daran ausgebildeten Einpresskontakten 12 auf. Die Anschlussblöcke 9 sind mit den Einpresskontakten 12 in die Halbleitermodule 8 bzw. in die Platinen der Halbleitermodule 8 eingesteckt. Mittels der massiven Körper 11 der Anschlussblöcke 9 ist eine Verbindung an Stromschienen möglich, beispielsweise eine Verbindung mit den Stromschienen 7, die mit den Kontakten des Schützes 2.1 verbunden sind, oder auch mit externen Anschlüssen. Es sind aber auch andere Ausgestaltungen der Anschlusselemente, also der Verbindung der Halbleitermodule mit dem Schütz bzw. externen Anschlüssen möglich. Die Vorrichtungen zur Spannungsmessung, die Auswerteeinheit und die Kommunikationseinheit sind in6 und7 zwar nicht dargestellt, sind aber ebenfalls Bestandteile des erfindungsgemäßen Schaltgeräts gemäß dieser Ausführungsform.Yet another embodiment of a switching device 1 according to the invention is shown in 6 and 7 shown. 6 a perspective view, 7 A schematic representation of the switching device 1. This embodiment shows a switching device 1 with a combination of a mechanical switch, in this case a contactor 2.1, with two semiconductor switches 2.2. It is therefore a hybrid switch. 6 shows the interior of the switching device 1; the common housing is not shown. The switching device 1 comprises a contactor 2.1 with mechanical contact. The contactor 2.1 is arranged centrally in the switching device 1. The contacts of the contactor 2.1 are connected to busbars 7. This is shown in 7 clearly visible, the mechanical contact is shown in the open position. A current sensor or the device for measuring the current 3.2 is arranged on one of the busbars 7 (in 7 not shown). Preferably, the current sensor or the device for measuring the current 3.2 is inserted into a slot in the busbar 7 (see 6 ). The device for measuring the current 3.2 is then preferably designed as with respect to 5 described. A semiconductor module 8 is arranged on each side of the contactor 2.1. The semiconductor modules 8 each form a semiconductor switch 2.2. Each semiconductor module 8 comprises a field effect transistor, e.g. MOSFET with a control, which is arranged on a circuit board. Both semiconductor modules 8, i.e. both circuit boards, are identical except for the position of the connectors for the control. The two semiconductor modules 8 are therefore designed as identical parts. Both semiconductor modules 8 are connected to the contactor 2.1, or the busbars 7 and external connections (not shown) via suitable connection elements. In the embodiment shown, the connection elements are designed as connection blocks 9. On each side, one of these connection blocks 9 connects the respective busbar 7 with the associated semiconductor module 8. The 6 The terminal blocks 9 shown each have a solid body 11 with integrally formed press-in contacts 12. The terminal blocks 9 are plugged with the press-in contacts 12 into the semiconductor modules 8 or into the circuit boards of the semiconductor modules 8. By means of the solid bodies 11 of the terminal blocks 9, a connection to busbars is possible, for example a connection to the busbars 7, which are connected to the contacts of the contactor 2.1, or also to external connections. However, other configurations of the connection elements, i.e. the connection of the semiconductor modules to the contactor or external connections, are also possible. The devices for voltage measurement, the evaluation unit and the communication unit are in 6 and 7 Although not shown, they are also components of the switching device according to the invention according to this embodiment.

8 zeigt einen vereinfachten Schaltplan des Schaltgeräts 1 gemäß der Ausführungsform aus6 und7, in dem nur das Schütz 2.1 und die Halbleitermodule 8 gezeigt sind. Wie bereits beschrieben ist der Schütz 2.1 mittig angeordnet. Auf beiden Seiten des Schützes 2.1 ist ein Halbleitermodul 8 angeordnet. Jedes Halbleitermodul 8 umfasst einen Halbleiterschalter 2.2, der bevorzugt als Feldeffekttransistor, z.B. MOSFET ausgebildet ist, sowie eine parallel zum Halbleiterschalter 2.2 angeordnete Freilaufdiode bzw. Body-Diode 13. Die Source-Anschlüsse der Halbleiterschalter 2.2 sind miteinander über den mechanischen Kontakt, d.h. den Schütz 2.1, verbunden. Der Strom kann bidirektional zwischen den beiden Anschlüssen fließen, je nach Stromrichtung über den Halbleiterschalter 2.2 oder die entsprechende Freilaufdiode bzw. Body-Diode 13. Die Messeinrichtungen zur Strom- und Spannungsmessung sind in7 und8 nicht gezeigt.8 shows a simplified circuit diagram of the switching device 1 according to the embodiment of 6 and 7 , in which only the contactor 2.1 and the semiconductor modules 8 are shown. As already described, the contactor 2.1 is arranged centrally. A semiconductor module 8 is arranged on both sides of the contactor 2.1. Each semiconductor module 8 comprises a semiconductor switch 2.2, which is preferably designed as a field-effect transistor, e.g. MOSFET, and a freewheeling diode or body diode 13 arranged parallel to the semiconductor switch 2.2. The source terminals of the semiconductor switches 2.2 are connected to each other via the mechanical contact, i.e. the contactor 2.1. The current can flow bidirectionally between the two terminals, depending on the current direction via the semiconductor switch 2.2 or the corresponding freewheeling diode or body diode 13. The measuring devices for current and voltage measurement are in 7 and 8 not shown.

9 und10 zeigen Funktionen der Auswertung mittels der Auswerteeinheit 5. Es sind allgemeine Schutz- und Monitor-Funktionen für die drei gezeigten Varianten, d.h. ein Schaltgerät mit einem mechanischen Schalter, ein Schaltgerät mit einem Halbleiterschalter und ein Schaltgerät mit einem mechanischen Schalter und einem Halbleiterschalter, möglich.9 and 10 show functions of the evaluation by means of the evaluation unit 5. General protection and monitoring functions are possible for the three variants shown, ie a switching device with a mechanical switch, a switching device with a semiconductor switch and a switching device with a mechanical switch and a semiconductor switch.

9 zeigt grundlegende Funktionen auf Basis der Messung der ersten Messeinrichtung 3 (Strom, Messung 1, und Spannung, Messung 2), d.h. der Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 und der ersten Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1, und der zweiten Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 (Messung 3, nur Spannung). Es ist ein allgemeiner Schutz auf Basis von Schwellwerten möglich, dabei ist Analog oder Digital einstellbar.9 Shows basic functions based on the measurement of the first measuring device 3 (current, measurement 1, and voltage, measurement 2), i.e., the current measuring device 3.2 and the first voltage measuring device 3.1, and the second voltage measuring device 4 (measurement 3, voltage only). General threshold-based protection is possible, with analog or digital configurations.

Auf Basis der Messwerte der ersten Vorrichtung zur Messung des Stromes 3.2, also des Stromsensors, kann ein Überstrom festgestellt werden. Wird der Schwellwert für den Überstrom erreicht, so erfolgt eine sofortige Auslösung des Schalters bzw. Schaltgeräts 1. Zudem kann das Grenzlastintegral gebildet werden. Das Grenzlastintegral führt auch zu einer Auslösung des Schalters bzw. Schaltgeräts 1, wenn der Strom über eine Zeit X größer ist als der Nennstrom.Based on the measured values from the first current measuring device 3.2, i.e., the current sensor, an overcurrent can be detected. If the overcurrent threshold is reached, switch or switching device 1 is immediately tripped. Furthermore, the limit load integral can be calculated. The limit load integral also causes switch or switching device 1 to trip if the current exceeds the rated current over a period of time X.

Wie bereits beschrieben, ist in der ersten Messeinrichtung 3 eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.2 integriert. Zudem wird die Spannung auch mit der zweiten Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 gemessen. Dadurch ist die Indikation von Überspannung und Unterspannung an Anschluss 1 (erste Vorrichtung zur Messung der Spannung) und an Anschluss 2 (zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung) möglich. Es wird eine Information ausgegeben, beispielsweise mit der Kommunikationseinheit 6, ob die Spannung in Ordnung oder nicht in Ordnung ist.As already described, a first voltage measuring device 3.2 is integrated into the first measuring device 3. The voltage is also measured using the second voltage measuring device 4. This allows the indication of overvoltage and undervoltage at terminal 1 (first voltage measuring device) and at terminal 2 (second voltage measuring device). Information is output, for example, via the communication unit 6, indicating whether the voltage is OK or not.

Durch den gemessenen Strom und die Spannungsmessung am Eingang und am Ausgang des Schalters kann der Zustand der Schaltstrecke überwacht werden. Es kann der Schalterwiderstand ermittelt werden. Für Gleichstromanwendungen gilt RSchalter = |IMessung1 · (UMessung1 - UMessung2)|. Bei Wechselstromanwendungen wird die komplexe Impedanz ZSchalter bestimmt. Damit ist eine Ableitung des Wartungsintervalls möglich bzw. kann ermittelt werden, ob ein Austausch des Schalters erforderlich ist.The current and voltage measurements at the switch input and output allow the condition of the switching path to be monitored. The switch resistance can be determined. For DC applications, Rswitch = |Imeasurement1 · (Umeasurement1 - Umeasurement2 )|. For AC applications, the complex impedance Zswitch is determined. This allows the maintenance interval to be determined or whether the switch needs to be replaced.

Mittels einer Isolation/Impedanz Messung können Informationen über die Isolation und Impedanz im Stromkreis der Last ermittelt werden, dies ermöglicht eine Fehleranalyse.Using an insulation/impedance measurement, information about the insulation and impedance in the load circuit can be determined, which enables fault analysis.

10 zeigt weitere Funktionen der Auswertung der Messwerte der Vorrichtung zur Messung des Stroms 3.2 (Messung 1, Strom), der ersten Vorrichtung zur Messung der Spannung 3.1 (Messung 1, Spannung) und der zweiten Vorrichtung zur Messung der Spannung 4 (Spannung). Die Auswerteeinheit 5 ermöglicht eine Analyse der Messgrößen vor und nach dem Auftreten eines Events (Vor- und Nach-Event-Fehleranalyse). Mittels der Kommunikationseinheit 6 ist ein Auslesen zur Diagnose möglich. Der gemessene Strom wird zur nachträglichen Analyse bei einer Auslösung bzw. einem Fehler zu Diagnosezwecken gespeichert.10 shows further functions for evaluating the measured values of the current measuring device 3.2 (Measurement 1, Current), the first voltage measuring device 3.1 (Measurement 1, Voltage), and the second voltage measuring device 4 (Voltage). The evaluation unit 5 enables analysis of the measured variables before and after the occurrence of an event (pre- and post-event error analysis). Reading out for diagnostic purposes is possible using the communication unit 6. The measured current is stored for subsequent analysis in the event of a trip or error for diagnostic purposes.

Die integrierte Sensorik, d.h. die Vorrichtungen zur Messung des Stroms und der Spannung, ermöglicht eine Lichtbogenerkennung. Die Lichtbogenerkennung erfolgt mittels FFT des Stroms, gegebenenfalls ist zusätzlich eine Analyse der Spannungen notwendig. Die Filterung des Stroms erfolgt im Bereich von ca. 30kHz bis 100kHz. Ein Lichtbogen erzeugt eine Gaußsche Verteilung im Spektrum des Stroms. Die Mittenfrequenz der Verteilung ist von den Kabellängen abhängig.The integrated sensors, i.e., the devices for measuring current and voltage, enable arc detection. Arc detection is performed using an FFT of the current; if necessary, an additional voltage analysis is required. The current is filtered in the range of approximately 30 kHz to 100 kHz. An arc creates a Gaussian distribution in the current spectrum. The center frequency of the distribution depends on the cable lengths.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
SchaltgerätSwitchgear
22
SchalterSwitch
2.12.1
SchützSchütz
2.22.2
Halbleiterschaltersemiconductor switches
33
erste Messeinrichtungfirst measuring device
3.13.1
erste Vorrichtung zur Messung der Spannungfirst device for measuring voltage
3.23.2
Vorrichtung zur Messung des StromsDevice for measuring current
44
zweite Vorrichtung zur Messung der Spannungsecond device for measuring the voltage
55
AuswerteeinheitEvaluation unit
66
KommunikationseinheitCommunication unit
77
StromschieneBusbar
88
Halbleitermodulsemiconductor module
99
Anschlussblockterminal block
1010
Schlitzslot
1111
massiver Körpermassive body
1212
EinpresskontaktPress-in contact
1313
Freilaufdiode, Body-DiodeFreewheeling diode, body diode

Claims (15)

Translated fromGerman
Schaltgerät (1) umfassend mindestens einen mechanischen Schalter (2.1) und/oder Halbleiterschalter (2.2), mindestens eine Vorrichtung zur Messung des Stroms (3.2) und mindestens eine erste Vorrichtung zur Messung der Spannung (3.1),dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung (4) vorgesehen ist, wobei die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung (3.1), der mindestens eine mechanischen Schalter (2.1) und/oder Halbleiterschalter (2.2) und die mindestens eine zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung (4) in Reihe geschaltet sind.Switching device (1) comprising at least one mechanical switch (2.1) and/or semiconductor switch (2.2), at least one device for measuring the current (3.2) and at least one first device for measuring the voltage (3.1),characterized in that at least one second device for measuring the voltage (4) is provided, wherein the first device for measuring the voltage (3.1), the at least one mechanical switch (2.1) and/or semiconductor switch (2.2) and the at least one second device for measuring the voltage (4) are connected in series.Schaltgerät (1) nachAnspruch 1,dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) für Gleichstromanwendungen ausgebildet ist.Switching device (1) according to Claim 1 ,characterized in that the switching device (1) is designed for direct current applications.Schaltgerät (1) nachAnspruch 1 oder2,dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltgerät (1) bidirektional ausgebildet ist.Switching device (1) according to Claim 1 or 2 ,characterized in that the switching device (1) is bidirectional.Schaltgerät (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine mechanische Schalter (2.1) und/oder Halbleiterschalter (2.2), die Vorrichtung zur Messung des Stroms (3.2), die erste Vorrichtung zur Messung der Spannung (3.1) und die zweite Vorrichtung zur Messung der Spannung (4) in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind.Switching device (1) according to one of the preceding claims,characterized in that the at least one mechanical switch (2.1) and/or semiconductor switch (2.2), the device for measuring the current (3.2), the first device for measuring the voltage (3.1) and the second device for measuring the voltage (4) are arranged in a common housing.Schaltgerät (1) nachAnspruch 4, ferner umfassend eine Auswerteeinheit (5), die in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.Switching device (1) according to Claim 4 , further comprising an evaluation unit (5) arranged in the common housing.Schaltgerät (1) nach einem derAnsprüche 4 oder5, ferner umfassend eine Kommunikationseinheit (6), die in dem gemeinsamen Gehäuse angeordnet ist.Switching device (1) according to one of the Claims 4 or 5 , further comprising a communication unit (6) arranged in the common housing.Schaltgerät (1) nachAnspruch 1 bis6, umfassend ein erstes Halbleitermodul (8) mit einem ersten Halbleiterschalter (2.2), einen mechanischen Schalter (2.1) und ein zweites Halbleitermodul (8) mit einem zweiten Halbleiterschalter (2.2), die in Reihe hintereinander angeordnet sind, wobei die beiden Halbleitermodule (8) antiseriell angeordnet sind.Switching device (1) according to Claim 1 until 6 , comprising a first semiconductor module (8) with a first semiconductor switch (2.2), a mechanical switch (2.1) and a second semiconductor module (8) with a second semiconductor switch (2.2), which are arranged in series one behind the other, wherein the two semiconductor modules (8) are arranged anti-serially.Schaltgerät (1) nachAnspruch 7,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitermodule (8) als Gleichteile ausgebildet sind.Switching device (1) according to Claim 7 ,characterized in that the semiconductor modules (8) are designed as identical parts.Schaltgerät (1) nachAnspruch 7 oder8dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleitermodule (8) bidirektional ausgebildet sind.Switching device (1) according to Claim 7 or 8characterized in that the semiconductor modules (8) are bidirectional.Schaltgerät (1) nachAnspruch 7 bis9,dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Halbleitermodule (8) einen der Halbleiterschalter (2.2) und eine parallel dazu angeordnete Freilaufdiode oder Body-Diode (13) aufweist.Switching device (1) according to Claim 7 until 9 ,characterized in that each of the semiconductor modules (8) has one of the semiconductor switches (2.2) and a freewheeling diode or body diode (13) arranged in parallel thereto.Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterschalter (2.2) als Feldeffekttransistor, z.B. MOSFET, ausgebildet sind.Switching device (1) according to at least one of the preceding claims,characterized in that the semiconductor switches (2.2) are designed as field-effect transistors, e.g. MOSFETs.Schaltgerät (1) nach einem derAnsprüche 7 bis11,dadurch gekennzeichnet, dass die Source-Anschlüsse der Halbleitermodule (8) über den mindestens einen mechanischen Schalter (2.1) miteinander verbunden sind.Switching device (1) according to one of the Claims 7 until 11 ,characterized in that the source terminals of the semiconductor modules (8) are connected to one another via the at least one mechanical switch (2.1).Schaltgerät (1) nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend Stromschienen (7) zur Kontaktierung des mindestens mechanischen Schalters (2.1) und/oder des mindestens einen Halbleiterschalters (2.2), wobei in mindestens einer der Stromschienen (7) eine Aufnahme ausgebildet ist, in der die Vorrichtung zur Messung des Stroms (3.2) angeordnet ist.Switching device (1) according to at least one of the preceding claims, further comprising busbars (7) for contacting the at least mechanical switch (2.1) and/or the at least one semiconductor switch (2.2), wherein a receptacle is formed in at least one of the busbars (7), in which the device for measuring the current (3.2) is arranged.Schaltgerät (1) nachAnspruch 13,dadurch gekennzeichnet, dass jedes der Halbleitermodule (8) mittels jeweils eines Anschlusselements (9) mit einer Stromschiene (7) des mechanischen Schalters (2.1) verbunden ist und jeweils mittels eines weiteren Anschlusselements (9) mit externen Anschlüssen des Schaltgeräts (1) verbunden ist.Switching device (1) according to Claim 13 ,characterized in that each of the semiconductor modules (8) is connected to a busbar (7) of the mechanical switch (2.1) by means of a respective connection element (9) and is connected to external connections of the switching device (1) by means of a respective further connection element (9).Schaltgerät (1) nachAnspruch 13,dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlusselemente (9) als Gleichteile ausgebildet sind.Switching device (1) according to Claim 13 ,characterized in that the connecting elements (9) are designed as identical parts.
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