CN103229413A

CN103229413A - 分接开关

Info

Publication number: CN103229413A
Application number: CN2011800570546A
Authority: CN
Inventors: M·比斯科平格; J·冯布洛; D·多纳尔; K·菲尔埃克
Original assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Current assignee: Maschinenfabrik Reinhausen GmbH; Scheubeck GmbH and Co
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-07-31
Also published as: US20130249528A1; BR112013010472B1; EP2652868A2; WO2012079666A3; TR201907134T4; BR112013010472A2; WO2012079666A2; RU2013132976A; AU2011344851A1; JP5976666B2; UA112302C2; EP2652868B1; ES2729658T3; RU2577530C2; CA2837368A1; AU2011344851B2; JP2014501441A; KR20140001893A

Abstract

本发明涉及一种用于调节电压的分接开关，包括在具有调节绕组的调节变压器上的半导体开关元件。所述分接开关模块化地构造，每个模块分别包括调节绕组的一个部分绕组，该部分绕组可通过半导体开关元件接通或断开。

Description

分接开关

技术领域

本发明涉及一种用于调节电压的具有半导体开关元件的分接开关。

背景技术

DE 22 48 166 A已公开了一种具有半导体开关元件的可调节的变压器。在此次级绕组包括特定数量的调整绕组部分，其组合成一定数量的串联的绕组组，每个绕组组具有两个或三个并联的调整绕组部分。在此，每个调整绕组部分设有一个无触点的开关元件。在该文献中还公开了另一种方案，其中，变压器的次级绕组由一组串联的调整绕组部分构成，每个调整绕组部分包括四个无触点的开关元件。这样装配该装置，使得可逆转调整绕组部分端子上电压的方向并且也可选择性地跨接整个调整绕组部分。

DE 25 08 013 A公开了另一种用于分级接通变压器次级电压的装置。在此次级绕组也可以分为部分绕组组，并且也设置用于转换的半导体开关元件。

DE 197 47 712 C2描述了将类似的分接开关设置在构造成自耦变压器的分接变压器上。在此也设置单个的绕组部分，其可单个并且相互独立地接通。除了调节绕组的固定抽头外，在该装置中还可附加地接通单独的绕组部分。

WO 95/27931公开了另一种用于不中断地转换负载的分接开关的不同实施方式，其中也使用晶闸管作为开关元件。借助反向并联的晶闸管对可接通或断开作为分接变压器次级绕组的一部分的分接绕组的不同绕组部分。此外，为了在数量有限的已有绕组抽头中实现尽可能精细分级的电压调节，在该文献中提出了一种被称为“discrete circlemodulation”（离散的圆周调制）的方法，在其中这样控制晶闸管，使得产生次级电压的中间值。

在由现有技术已知的解决方案中，半导体开关元件实际上实施传统的机械式分接开关中机械选择器弧刷（

）的功能。借助半导体开关元件可接通或断开调节绕组的各个绕组抽头本身。也可将调节绕组分为可单独接通的部分绕组。

现有技术的缺点在于高的线路费用以及所需的半导体开关元件的特定调整。现有技术的另一缺点在于，当个别半导体开关元件出故障时，不能再进行调节或至少不能再进行令人满意的调节。

发明内容

本发明的任务在于提供一种具有半导体开关元件的分接开关，该分接开关结构简单。另外该分接开关应具有模块化的、可扩展的结构。最后，根据本发明的分接开关即使在个别半导体开关元件出故障时（在一定程度上作为紧急运行状态）也可实现高的调节可靠性和调节精确性。

该任务通过具有权利要求1的特征的分接开关得以解决。从属权利要求涉及本发明特别有利的扩展方案。

本发明的基本构思在于模块化地构造分接开关。根据本发明的分接开关的各个模块分别包括调节绕组的一个电气部分绕组，所述部分绕组与调节绕组磁耦合，也就是说被安装到相应的变压器铁芯柱上。它们在两侧还包括各一个与其并联的跨接路径，每个跨接路径分别包括一个具有两个半导体开关元件的串联电路。在每个跨接路径的串联的开关元件之间分别引出一个中间抽头。

根据本发明的分接开关的第一模块的一个中间抽头与星形接点或者说负载线路连接。

根据本发明的分接开关的最后的模块的一个中间抽头与应被调节的变压器绕组的端部连接。

第一模块的另一中间抽头与第二模块的一个中间抽头连接，第二模块的另一中间抽头与第三模块的一个中间抽头连接，第三模块的另一中间抽头与第四模块的一个中间抽头连接等，直至最后的模块。

根据本发明，各个模块中的电气绕组的尺寸是不同的。

如果第一模块中的绕组具有特定匝数，则第二模块中的电气绕组的匝数为整数倍。其它模块中的匝数也是如此。

特别有利的是，在存在三个模块的情况下，模块中的各个绕组的比值构造为1:3:6或1:3:9。

当设置四个模块时，特别有利的是所述模块的绕组的比值为1:3:6:10。

在本发明的范畴中，总体上构成根据本发明的分接开关的各个模块的数量可改变。

根据本发明的分接开关带来一系列优点：首先无须特别构造调节变压器的调节绕组、通常为高电压绕组。分接开关本身具有简单的、模块化的结构并且易于适配不同的电压级。因此日后也可调整已有的调节变压器以适应变化的调节任务和调节范围。此外，在连接根据本发明的分接开关时，只需少量导线连接变压器绕组，省却了迄今的从调节绕组的每个抽头到分接开关或开关装置的导线座。最后，在根据本发明的分接开关中可冗余地产生各个部分电压，当在实际运行中出现根本无法避免的个别开关元件故障时，调节仍可大致继续进行。

附图说明

下面借助附图示例性详细说明本发明。附图如下：

图1为根据本发明的包括部分模块的分接开关的第一种实施方式；

图2为这种分接开关的接线表；

图3为改进的分接开关的另一接线表；

图4为根据本发明的分接开关的第二种实施方式；

图5为根据图4的分接开关的转换表；

图6为第一种根据本发明的分接开关的仅一个模块；

图7为第二种根据本发明的分接开关的仅一个模块；

图8为图1所示的分接开关改进地设置在分接变压器的调节绕组上。

具体实施方式

图1示出待调节的包括低电压绕组1和高电压绕组2的变压器，变压器在此具有三个分开的部分绕组B1...B3，根据本发明的分接开关3连接到部分绕组上。虚线在此表示分接开关3的范围，该范围在此包括三个单个的模块M1、M2、M3。第一模块M1包括第一部分绕组W1以及该部分绕组两侧的两个跨接路径，所述跨接路径分别包括一个具有两个半导体开关元件S1.1和S1.2或S1.3和S1.4的串联电路。在两个串联的开关元件之间分别设置一个中间抽头M1.1或M1.2。

各个半导体开关元件在此以及在附图中仅被示意性示为简单的开关，其在实践中包括并联的晶闸管对、IGBT或其它半导体开关元件。但半导体开关元件也可分别包括多个这种单个半导体开关元件的串联或并联电路。中间抽头M1.2与星形接点4电连接。另一中间抽头M1.1与第二模块M2的一个中间抽头M2.1连接。第二模块2相同地构造，其也包括一个部分绕组W2以及两个分别具有两个半导体开关元件S2.1和S2.2或S2.3和S2.4的串联电路。同样在相应串联电路之间又设置中间抽头M2.1和M2.2。如上所述，中间抽头M2.1与第一模块M1连接。第二中间接头M2.2在其侧与第三模块M3的中间抽头M3.2连接。

第三模块M3也相同地构造，其也包括一个部分绕组W3以及两个具有半导体开关元件S3.1和S3.2或S3.3和S3.4的串联电路和位于半导体开关元件之间的中间抽头M3.1和M3.2。第三并且在此最后的模块M3的至今尚未提到的中间抽头M3.1与高电压绕组2的端部电连接。

在此所描述的三个模块M1...M3的区别仅在于相应部分绕组W1...W3的尺寸。

第二模块M2中的部分绕组W2在此具有第一模块M1中的部分绕组W1的三倍匝数。第三模块M3中的部分绕组W3在此具有第一模块M1中的部分绕组W1的六倍匝数。

图2示出图1中所示的根据本发明的分接开关的接线表。符号“0”表示相应的部分绕组未接通、即被跨接。符号“＋”表示相应的部分绕组同向连接到高电压绕组2。符号“－”表示相应的部分绕组反向连接到高电压绕组2。在该接线表中示出十个电压级，其通过向高电压绕组2的分接电压添加额外的部分电压产生。所述部分电压通过不同地接通、反接或跨接各个绕组部分W1...W3产生。可以看出，某些电压级可冗余地、即通过不同的开关状态产生。同样可能但未在表中示出的是，向另一方向从高电压绕组2中的电压减去相应分级的部分电压。因此在该实施方式中总共产生二十一个可能的电压级。在在此被称为N的中间位置中，分接开关不起作用。于是高电压绕组2的端部与星形接点4直接电连接。根据本发明通过相应接通半导体开关元件S1.1...S3.4实现各个绕组部分W1...W3的所述接通或反接或跨接。

图3示出另一接线表。在此相对于上述实施方式仅改变了部分绕组W3的尺寸，其现在是第一部分绕组W1的九倍。在此产生总共二十七个电压级。

图4示出根据本发明的分接开关的另一种实施方式，其中增加了另一模块M4。各个模块M1...M4之间的串联连接未改变。增加的模块M4也具有并联的半导体开关元件S4.1和S4.2以及S4.3和S4.4和位于其间的中间抽头M4.1和M4.2。中间抽头M4.1又与高电压绕组2连接，而中间抽头M4.2与模块M3的中间抽头M3.2连接。

图5扼要示出图4所示的扩展的分接开关的接线表。在此并未示出所有通过相应接通各个半导体开关产生的电压级。更多地在此应借助电压级4、6和10示例性示出这些电压级可以以冗余的方式通过不同地接通或断开各个部分绕组W1...W4产生。在此这样定义模块M4的新的部分绕组W4的尺寸，使得该部分绕组具有第一模块M1的第一部分绕组W1的十倍匝数。

图6示出根据本发明的分接开关的一个唯一的模块。如上所述，多个模块n可组合成一个根据本发明的分接开关。每个模块包括一个部分绕组Wn以及两个并联的旁路路径，旁路路径分别包括一个具有两个半导体开关元件Sn.1和Sn.2或Sn.3和Sn.4的串联电路。如上所述，在每个串联电路之间设有中间抽头Mn.1以及Mn.2。半导体开关元件Sn.1...Sn.4在此被示为反向并联的晶闸管。在本发明的范畴中也可使用其它已知的半导体开关元件。

图7示出另一种根据本发明的分接开关的一个唯一的模块。在此每个半导体开关元件Sn.1...Sn.4在其侧包括一个具有两个单个的半导体开关元件Sn.1a、Sn.1b；Sn.2a、Sn.2b；Sn.3a、Sn.3b；Sn.4a、Sn.4b的串联电路。在本发明的范畴中也可设置多于两个彼此串联或并联的单个的半导体开关元件。

图8示出一种图1中已经说明过的根据本发明的分接开关的特殊应用。与图1的显示不同，在此高电压绕组2具有绕组抽头St1...St6，其可以传统方式接通。这不仅可通过仅示意示出的选级器而且可通过如图8a扼要示出的半导体开关元件、在此例如反向并联的晶闸管对实现。在这种传统的分接开关——其直接接通绕组抽头——上现在还可附加地连接根据本发明的在此包括三个模块M1...M3的分接开关。因此在该实施方式中可通过相应选择和接通绕组抽头St1...St6之一进行粗电压调节并且通过根据本发明的分接开关进行更精细分级的电压调节。

Claims

1.用于调节电压的分接开关，包括在具有调节绕组的调节变压器上的半导体开关元件，所述分接开关（3）包括两个或更多模块（M1、M2、M3、M4），每个模块（M1、M2、M3、M4）分别包括调节绕组的一个部分绕组（W1、W2、W3、W4）以及部分绕组两侧的两个跨接路径，其中每个跨接路径分别包括一个具有两个半导体开关元件（S1.1、S1.2；S1.3、S1.4；S2.1、S2.2；S2.3、S2.4；S3.1、S3.2；S3.3、S3.4；S4.1、S4.2；S4.3、S4.4）的串联电路，在每个跨接路径的两个串联的开关元件（S1.1、S1.2；S1.3、S1.4；S2.1、S2.2；S2.3、S2.4；S3.1、S3.2；S3.3、S3.4；S4.1、S4.2；S4.3、S4.4）之间分别设置一个中间抽头（M1.1、M1.2；M2.1、M2.2；M3.1、M3.2；M4.1、M4.2），所述部分绕组（W1、W2、W3、W4）具有不同的匝数，每个模块（M1、M2、M3、M4）的两个中间抽头之一（M1.1；M2.1、M2.2；M3.1、M3.2；M4.2）分别与相邻模块的一个中间抽头连接并且第一模块（M1）的剩余的中间抽头（M1.2）能与负载线路（4）连接并且最后的模块（M3；M4）的剩余的中间抽头（M3.1；M4.1）能与调节变压器的调节绕组（2）连接。

2.根据权利要求1的分接开关，其特征在于，设置正好三个模块（M1...M3）。

3.根据权利要求2的分接开关，其特征在于，所述三个模块（M1...M3）的部分绕组（W1...W3）以1:3:6或1:3:9的比例分配。

4.根据权利要求1的分接开关，其特征在于，设置正好四个模块（M1...M4）。

5.根据权利要求4的分接开关，其特征在于，所述四个模块（M1...M4）的部分绕组（W1...W4）以1:3:6:10的比例分配。

6.根据权利要求1至5之一的分接开关，其特征在于，所述半导体开关元件（S1.1、S1.2；S1.3、S1.4；S2.1、S2.2；S2.3、S2.4；S3.1、S3.2；S3.3、S3.4；S4.1、S4.2；S4.3、S4.4）分别包括一个反向并联的晶闸管对或IGBT对。

7.根据权利要求1至6之一的分接开关，其特征在于，至少一个半导体开关元件（Sn1...Sn4）包括一个具有至少两个单个的半导体开关元件（Sn1a、Sn1b；Sn2a、Sn2b；Sn3a、Sn3b；Sn4a、Sn4b）的串联电路。