CN103858189A - 带有能量供应装置的高压开关设备 - Google Patents

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CN103858189A CN201280050320.7A CN201280050320A CN103858189A CN 103858189 A CN103858189 A CN 103858189A CN 201280050320 A CN201280050320 A CN 201280050320A CN 103858189 A CN103858189 A CN 103858189A
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W·鲍尔
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
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Abstract

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的带有能量供应装置的高压开关设备。对此，总的发明构思在于，在高压开关设备的防电磁兼容性的壳体的构造成屏蔽板的外侧上、在设置在所述外侧上的第一空隙的区域中设有至少两个相互反向卷绕的第一导线线圈，所述第一导线线圈与至少两个另外的同样相互反向卷绕的第二导线线圈电气配合作用，所述第二导线线圈设置在防电磁兼容性的壳体的同样构造成屏蔽板的内侧上的第二空隙的区域中，由此通过两个第一导线线圈和两个第二导线线圈的绕组的不同卷绕方向使得两个第一导线线圈和两个第二导线线圈中的相应绕组中的电流也方向相反并且因此分别形成相互反向的磁场，所述磁场相应相加地叠加，从而在防电磁兼容性的壳体的外侧和内侧上的涡流电流相互补偿并因此实现穿过防电磁兼容性的壳体的电感式能量供应装置。

Description

带有能量供应装置的高压开关设备
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的带有能量供应装置的高压开关设备。
背景技术
高压开关设备中的控制装置、调节装置和测量装置的电能供给大多与越来越高的用于介电屏蔽和磁通变化控制的技术花费相关。此外，对电绝缘的特殊要求也极大地限制了对能量供应装置的选择。
在此原理上可想到的解决方案是电感式能量传输。该技术的功能与传统变压器的功能原理相符，所述传统变压器在作用为发射器的初级绕组和作用为接收器的次级绕组之间具有很大的气隙。由于没有变压器的铁芯，电感式能量传输提供了许多适合于应用的优点。小尺寸和低成本以及无需发射器和接收器之间的线缆有利于该技术在向控制装置、调节装置和测量装置供应能量时使用。电感式能量传输的技术基础多年来已为人所知，并且例如在Peter Wambsganβ和NejilaParpour的《无接触式能量传输》（Kontaktlose Energie
Figure BDA0000489558640000011
）一文中有所描述。
在本申请人的DE102009017197A1中描述了一种高压开关设备，即一种用于在可调变压器的绕组抽头之间不间断地进行切换的带有半导体开关元件的分接开关。对此，在分接开关的有载转换器中设有功率电子半导体开关元件，该半导体开关元件为了电磁兼容性（简称为EMV）而由防电磁兼容性的壳体对外屏蔽。根据现有技术，该半导体构件的能量供应构成一再出现并被多次讨论的问题。DE102009017197A1对此建议，由功率变压器的调节绕组的相应分接电压为半导体构件提供电压，这需要在技术上耗费地进行屏蔽的电缆导管。原则上，从技术角度看，并不希望必须在受高压负载的构件的周围环境中设置这样的导管。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种带有能量供应装置的高压开关设备，在该高压开关设备中可省去在受高压负载的构件的周围环境中的用于为高压开关设备供应能量的电缆导管。
该目的通过具有权利要求1的特征的带有能量供应装置的高压开关设备实现。在此，从属权利要求涉及本发明的特别有利的改进方案。
总的发明构思在于，在高压开关设备的防电磁兼容性的壳体的构造成屏蔽板的外侧上、在设置在所述外侧上的第一空隙的区域中设有至少两个相互反向卷绕的外部导线线圈，所述外部导线线圈与至少两个另外的同样相互反向卷绕的内部导线线圈电气配合作用，所述内部导线线圈设置在防电磁兼容性的壳体的同样构造成屏蔽板的内侧上的第二空隙的区域中，由此通过外部导线线圈和内部导线线圈的绕组的不同的卷绕方向使得外部和内部导线线圈中的相应绕组中的电流也方向相反并且因此分别形成相互反向的磁场，所述磁场相应相加地叠加，从而防电磁兼容性的壳体的外侧和内侧上的涡流电流相互补偿，并因此实现穿过防电磁兼容性的壳体的电感式能量供应装置。尽管由现有技术已知一种纯电感式能量供应装置，但是该已知装置不适于穿过防电磁兼容性的屏蔽部纯电感式地传输能量。按现有技术，该设计通常由于在金属屏蔽板中产生的、无法补偿的涡流电流而失效。只有将专门的导线线圈与屏蔽板中预设的空隙相结合，才可能在防电磁兼容性的屏蔽部的周围环境中实现纯电感式能量供应装置。
附图说明
以下将示例性地借助附图对本发明进行更详细的说明。
在附图中：
图1a和1b示出根据本发明的、具有电感式能量供应装置的高压开关设备的示意侧视图及其俯视图，
图2示出根据本发明的、具有电感式能量供应装置的高压开关设备的优选的实施方案。
具体实施方式
图1a示出根据本发明的具有电感式能量供应装置的高压开关设备的示意侧视图，但其中高压开关设备未在此图中示出。高压开关设备由一个防电磁兼容性的、层状构造的壳体1包围，该壳体包括形成外侧2的外屏蔽板、形成内侧3的内屏蔽板和介于中间的电绝缘介质4。在此，外侧2和内侧3由金属材料、例如由铝制成。在外侧2和内侧3中还分别制出纵向延伸的空隙5和6，各空隙在其相应区域内基本相对置地各设有两个相互反向卷绕的导线线圈7和8或9和10。两个相互反向卷绕的外部导线线圈7和8在此作用为变压器的初级绕组，亦即发射器，而两个相互反向卷绕的内部导线线圈9和10作用为变压器的次级绕组，亦即接收器。此外，两个外部导线线圈7和8在与外侧2相对置的一侧上被第一铁氧体板11覆盖，而两个内部导线线圈9和10与此对称地在与内侧3相对置的一侧上被第二铁氧体板12覆盖。相互反向卷绕的导线线圈7和8或9和10例如可以是指构造相同的分别卷绕20匝的线圈，其可由铜线制造。对此，导线线圈7至10中的卷绕匝数在本发明范围内可大范围变化，即从1到200匝。但在设计构件时需注意，内部导线线圈7和8或外部导线线圈9和10的相应卷绕应彼此对称地构造并分别具有相同的卷绕匝数。相反，在发射器侧和接收器侧上的导线线圈（9和7或8和10）不必非得对称地构造。通过选择在发射器侧和接收器侧的卷绕匝数可影响传输线路的变换比。
若对作用为变压器初级绕组的外部导线线圈7和8加载随时间变化的电压，则由于导线线圈7和8或9和10彼此相互反向卷绕而在相应的各个导线线圈7和8或9和10内形成相应方向相反的电流，并因此最终形成导线线圈7至10彼此间方向相反的磁场。由此也使在外侧2和内侧3中分别产生的涡流电流相应地方向相反。根据本发明，通过该设计，使由于涡流电流的相加式叠加而产生的涡流电流损耗与由现有技术已知的设计相比较少。因此，借助于有针对性地控制涡流电流穿过防电磁兼容性的壳体1实现电感式能量传输的技术可行性。
图1b示出图1a中所描述的设计的俯视图，但是没有示出图1a中的铁氧体板11。如在该图中可以看出，外部导线线圈7和8设置在壳体1的外侧2的纵向延伸的空隙5的区域中。在此用箭头示出外部导线线圈7和8的绕组的卷绕方向，所述导线线圈在此作为示例仅卷绕一匝。根据本发明一种同样可想到的实施方案也可能的是，沿空隙5设置多个导线线圈，即三个、四个或五个，而非此处示出的两个导线线圈7和8。在此情况下，必须在壳体1的未在此示出的相对置的内侧3上、基本与外部导线线圈相对置地同样设置相应数量的、对应的导线线圈。此外，根据本发明的实质也非强制性地需要使相应的空隙5和6纵向延伸，而是也可以想到，将空隙5和6构造成十字形或角形的。然而，导线线圈7和8或9和10必须如前所述地设置在空隙5和6上，从而由此使在防电磁兼容性的壳体1中产生的涡流电流相互补偿，并且结果实现传输路径的高效率。
图2示出根据本发明的一种优选实施方式，其中根据本发明的具有电感式能量供应装置的高压开关设备和防电磁兼容性的壳体1固定在变压器壳体30上。所述变压器例如可以是指由现有技术已知的电力变压器。在变压器壳体30的内部示出高压开关设备31，即具有半导体开关元件的分接开关，用于在此处示出的电力变压器的绕组抽头之间进行不间断地切换，如在DE102009017197A1中原理上描述的那样。对于分接开关的原理描述参考DE102009017197A1，并且以此将其内容作为本申请的主题。高压开关设备31具有机械式接触系统32和功率电子负载转换器33。但与DE102009017197A1不同的是，在图2所示图中，功率电子负载转换器33的能量供应装置不是由电力变压器的调节绕组的分接电压实现，而是以特别简单的方式借助于在图1a和1b中所描述的根据本发明的用于电感式地将能量耦合到高压开关设备31中的装置实现。

Claims (8)

1.一种带有能量供应装置的高压开关设备，
其中，所述高压开关设备具有防电磁兼容性的壳体，该壳体包括导电的外屏蔽板、同样导电的内屏蔽板以及位于外屏蔽板和内屏蔽板之间的电绝缘介质，
其中，在所述高压开关设备内部设有消耗能量的消耗器，并且其中，该消耗能量的消耗器能够借助于所述能量供应装置被电加载，
其特征在于，所述能量供应装置在所述高压开关设备（31）的防电磁兼容性的壳体（1）的构造成屏蔽板的外侧（2）上、在设置在所述外侧（2）上的第一空隙（5）的区域中具有至少两个相互反向卷绕的外部导线线圈（7和8），并且
所述能量供应装置具有至少两个另外的同样相互反向卷绕的内部导线线圈（9和10），所述内部导线线圈设置在所述防电磁兼容性的壳体（1）的同样构造成屏蔽板的内侧（3）上的第二空隙（6）的区域中，
从而所述外部导线线圈和内部导线线圈（7…10）这样地配合作用，即通过所述外部导线线圈（7和8）和内部导线线圈（9和10）的绕组的不同卷绕方向使得两个外部导线线圈和两个内部导线线圈（7…10）的相应绕组中的电流也方向相反并且因此分别形成相互反向的磁场，所述磁场相应相加地叠加，从而所述防电磁兼容性的壳体（1）的外侧（2）和内侧（3）上的涡流电流相互补偿并因此实现穿过所述防电磁兼容性的壳体（1）的电感式能量供应装置。
2.根据权利要求1所述的带有能量供应装置的高压开关设备，
其特征在于，在相应的内侧或外侧（2或3）中的空隙（5或6）分别纵向延伸。
3.根据权利要求1所述的带有能量供应装置的高压开关设备，
其特征在于，在相应的内侧或外侧（2或3）中的空隙（5或6）分别构造成十字形。
4.根据权利要求1至3之一项所述的带有能量供应装置的高压开关设备，
其特征在于，所述外部导线线圈（7和8）在与所述外侧（2）相对置的一侧上至少部分地被铁氧体板（11）包围。
5.根据权利要求1至4之一项所述的带有供电装置的高压开关设备，
其特征在于，所述内部导线线圈（9和10）在与所述内侧（3）相对置的一侧上至少部分地被铁氧体板（12）包围。
6.根据权利要求1至5之一项所述的带有供电装置的高压开关设备，
其特征在于，所述高压开关设备（31）是具有半导体开关元件的分接开关，用于在电力变压器的绕组抽头之间进行不间断地转换。
7.根据权利要求1至6之一项所述的带有供电装置的高压开关设备，
其特征在于，所述高压开关设备（31）具有机械式的接触系统（32）和功率电子负载转换器（33）。
8.根据权利要求1至7之一项所述的带有供电装置的高压开关设备，
其特征在于，带有电感式能量供应装置的所述高压开关设备通过所述防电磁兼容性的壳体（1）固定在变压器壳体30上。
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