CN105493216B - 有载分接开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种有载分接开关(1)，该有载分接开关包括开关管(15)、用于调节该开关管(15)的切换位置的蓄能器(13)、用于检测有载分接开关(1)的切换位置的探测器(200)并且包括有载分接开关传动机构(100)。开关管(15)和探测器(200)都通过有载分接开关传动机构(100)与蓄能器(13)机械耦联。

Description

有载分接开关

技术领域

本发明涉及一种有载分接开关。按照本发明的有载分接开关包括开关管、用于调节该开关管的切换位置的蓄能器、用于检测有载分接开关的切换位置的探测器并且包括有载分接开关传动机构。有载分接开关传动机构将蓄能器与开关管机械耦联。

背景技术

有载分接开关(在英语中为“on-load tap-changers”，缩写为OLTC)在现有技术中是普遍已知的并且常用的。这些有载分接开关用于在可调式变压器的不同的绕组抽头之间进行无中断地转换。有载分接开关分成负载选择器和具有选择器的负载转换开关。

两种类型的有载分接开关在转换时被马达驱动装置(优选电动马达)操纵。通过马达驱动装置使牵拉有载分接开关的驱动元件的输出或输入轴运动。该驱动元件例如引起有载分接开关的开关管运动并且该驱动元件通常称为蓄能器或者蓄力器。如果蓄能器被完全牵拉，即张紧，那么所述蓄能器脱扣、突然释放其能量并且在毫秒(ms)的时间间隔内操纵开关管，所述开关管然后在负载转换期间执行特定的切换过程。在此，然后以确定的时间顺序操纵不同的开关触点和电阻触点。开关触点在此用于直接地连接相应的绕组抽头和负载引线，电阻触点用于短暂的接通、亦即借助于一个或者多个换向电阻进行桥接。真空开关管以有利的方式用作用于负载转换的开关元件。这基于，将真空开关管用于负载转换阻止了在油中形成电弧并且因此阻止了负载转换开关油的油污染，这例如在德国专利文献DE 19510 809 C1和DE 40 11 019 C1以及德国公开文献DE 42 31 353 A1和DE 10 2007 004 530A1中有描述。

国际专利申请WO 98/38661 A1公开一种用于分接开关、转换器或浸入式芯线圈(Tauchkernspulen)的马达驱动装置。所述马达驱动装置特别是用于将分接开关调节到相应所希望的切换位置上。所有为驱动分接开关所需的机械的和电的结构组件集于马达驱动装置中。

基于此，在国际专利申请WO 2004/088693 A1中描述一种反应器开关类型的分接开关。该分接开关同样包括具有位于下游的传动机构、特别是马耳他传动机构或杠杆转向传动装置的马达驱动装置。

中国实用新型CN 201242930Y公开一种用于有载分接开关的有载分接开关头，以用于无中断地在不同的负载分接位置之间转换。有载分接开关头包括有载分接开关传动机构和机械的负载分接位置显示装置。为此目的，负载分接位置显示装置的显示轴直接耦联到有载分接开关传动机构的传动轴上。有载分接开关头包括具有观察窗的遮盖部，通过所述观察窗可读取负载分接位置显示装置。特别是设有终端位置机构，以便有载分接开关不会在起始或终端位置上接通。

中国实用新型文献CN 201167023Y公开一种具有显示机构的有载分接开关传动机构，该显示机构用于显示有载分接开关的切换位置。所述有载分接开关传动机构具有传动轴，驱动有载分接开关的开关管的马达可耦联到所述传动轴上。通过蜗轮蜗杆传动装置，所述传动轴驱动有载分接开关传动机构的输入轴。在输入轴的背离马达的端部的下侧上构成有耦联元件，通过所述耦联元件，输入轴与有载分接开关的开关管耦联。为了显示切换位置，显示轴的一个端部从有载分接开关的壳体中伸出并且设有指示器，所述指示器可相对于具有切换位置标记的显示盘转动。为了更好的可读性可以光学地放大该指示器。

具有中国实用新型文献CN 201167023Y的显示机构的有载分接开关传动机构的缺点是，显示机构记录用于牵拉蓄能器的输入轴的运动。在输入轴上的引出是容易出错的，这是因为没有检测在输入轴和蓄能器之间的可能出现的打滑，从而切换位置的显示不精确。

发明内容

本发明的任务是，创造一种有载分接开关，其中可以可靠地、操作安全地并且以不易出现错误的方式检测有载分接开关的切换位置。此外，有载分接开关应该可以简单维修。

该任务由一种按照本发明的有载分接开关解决。

本发明涉及一种有载分接开关。按照本发明的有载分接开关包括开关管和用于调节该开关管的切换位置的蓄能器。此外，有载分接开关包括用于检测分接开关的切换位置的探测器并且包括有载分接开关传动机构。开关管和探测器都通过有载分接开关传动机构与蓄能器机械耦联。

同样，有载分接开关的预选器和必要时精细选择器可以分别通过具有用于调节预选器的切换位置的蓄能器的有载分接开关传动机构与用于检测该有载分接开关的切换位置的探测器机械耦联。有载分接开关的切换位置在该实施方式中由开关管、预选器和必要时精细选择器的位置的组合得出。有载分接开关传动机构例如将开关管、预选器和必要时精细选择器的运动的叠加耦入到探测器中。

特别是探测器可以检测通过有载分接开关传动机构耦入的机械的输入信号并且将该输入信号转换成有载分接开关的切换位置的电子信号并且将其输出。例如电子电路板可以设置在探测器中，所述电子电路板进一步处理、例如放大和/或数字化所述电子信号。

探测器可以包括凸轮切换机构和/或传感器系统。在一种特别的实施方式中，探测器包括凸轮切换机构，所述凸轮切换机构包括具有多个切换位置部位的至少一个凸轮盘和至少一个凸轮。所述至少一个凸轮能够可松脱地连接在每个切换位置部位上。探测器的凸轮盘例如用于检测有载分接开关的终端位置部位。特别是可以这样避免有载分接开关的错误切换。为此，所述至少一个凸轮盘可以分别配设有至少一个用于检测有载分接开关的终端位置部位的开关，使得每个开关能被以至少一个凸轮操纵。

有载分接开关的切换位置的真正的检测可以通过传感器系统进行，所述传感器系统部分地集成在凸轮盘上。所述传感器系统例如可以构成为霍尔效应传感器、光学传感器或电位计。在本发明的一种特别的实施方式中，所述传感器系统包括多个滑动触点和一个滑触头。在所述至少一个凸轮盘的每个切换位置部位上构成有至少一个滑动触点，所述滑动触点与一个滑触头可电耦联。

更确切地说，一个按照本发明的凸轮盘足够用于完全地检测有载分接开关的终端位置和切换位置。然而出于安全原因，探测器可以冗余地设计有多个这样的凸轮盘。在此，滑触头可以同时将两个凸轮盘的滑动触点电耦联。

这样的模块化构造的凸轮盘的优点是，探测器可以通过多个凸轮在凸轮盘上的简单错开而与具有不同数量的切换位置的有载分接开关适配。此外，这样可标准化探测器的模块化构件。这降低了用于生产和暂时提供备件的费用。

此外，用于容纳探测器的探测器壳体可以设置在有载分接开关的盖上。特别是壳体盖能够可松脱地安装，从而可以按简单的方式维修或更换探测器，而无须拆卸有载分接开关的盖或拆卸有载分接开关传动机构。

除了用于检测有载分接开关的切换位置的探测器之外，可以设有运行探测器。所述运行探测器按照本发明配设给有载分接开关传动机构的输入轴，通过所述输入轴可以牵拉蓄能器。运行探测器可以检测输入轴的转动运动并且将该转动运动转换为电子信号并将该电子信号输出。输入轴必要时通过马达传动机构耦联到电动马达或手动的紧急操纵机构上。所述输入轴的转动运动的检测允许监控：蓄能器通过电动马达或紧急操纵机构牵拉至何种程度。

运行探测器可以构成为传感器系统、例如凸轮切换机构。传感器系统可以构成为绝对值传感器。绝对值传感器以绝对的、通常数字化的数值的形式输出要测量的装置的长度或角度信息。因为不需要参照参考值，所以所述绝对值传感器可以立即在接通之后开始测量运行，这对于按照本发明的有载分接开关的简单且可靠的运行是有利的。

探测器或者探测器和运行探测器可以与用于控制或调节有载分接开关的控制单元电连接。特别是有载分接开关的电动马达可以基于探测器和必要时运行探测器的电信号来调节，该电动马达最后促使有载分接开关的接通。

在本有载分接开关中实现的发明构思基于蓄能器的突然的驱动运动的引出，所述驱动运动实际上作用到开关管上并且必要时作用到预选器上，代替输入轴的连续运动，所述输入轴牵拉蓄能器并且与此同时不与开关管处于作用连接中。如果蓄能器例如卡住或错误地而未被完全牵拉从而该蓄能器不触发，那么在现有技术的有载分接开关中，显示的切换位置将与实际的切换位置不合。此前，切换位置的探测基于输入轴的转动运动。相反，输入轴和蓄能器可以彼此独立地运动。而按照本发明，仅当蓄能器实际上操纵时，才可以探测切换位置变化。特别是这通过有载分接开关传动机构的转动转换器的特别的实施方式保证。转动转换器具有用于将蓄能器的运动分别耦入到探测器和开关管上的凸轮驱动器和带动件。带动件和凸轮驱动器刚性地彼此耦联。由此保证，蓄能器总是同时作用到探测器和开关管上。蓄能器的运动通过有载分接开关传动机构的各一个机械的传递机构传递到探测器和开关管上。这些传递机构的构件可以稳定、紧凑并且无打滑地构成。此外，这些传递机构的构件处于有载分接开关的内部被保护免于环境影响。由此，整个有载分接开关传动机构经受相同的温度范围，从而避免热诱导的机械间隙或张紧。

本发明的主要优点首先在于用于检测有载分接开关的切换位置的探测器的简单的在有载分接开关传动机构中集成的耦联。相反，现有技术的现有的解决方案通过有载分接开关传动机构在电动马达的与之耦联的马达传动机构中模拟。与之关联的耦联过程以及电动马达和有载分接开关的同步在此非常耗费并且容易出错。如果显示的和实际的切换位置不合，那么错误的耦联和切换过程可能导致终端位置限定部的断裂。这按照本发明被排除。按照本发明的简化取代对于该耦联过程所需的控制传动机构。如果在控制传动机构中的传动杆或轴断裂，那么另外这不可以被直接识别到，这是因为显示的和实际的切换位置不合。此外，必须经常出于结构的原因而在大的路程上引导运动。所述路程越长，则机械间隙倾向于越大，所述机械间隙可能使切换位置错误。此外，这样的间接的控制传动机构与额外费用关联，所述额外费用按照本发明省却。

本发明的另一个优点是，电动马达例如对于通常的维修工作而言可以拆卸，而无须介入在有载分接开关传动机构的和开关管的探测器之间的机械耦联。由此，分接开关的显示的和实际的切换位置不会不合。在装入电动马达时，不需要显示的和实际的切换位置的耗费的重新校准。

附图说明

接下来参考附图详细说明本发明及其优点。其中：

图1示出按照本发明的以具有预选器的三相负载选择器的实施方式的有载分接开关的透视图；

图2示出按照本发明的有载分接开关的有载分接开关传动机构的一个透视图；

图3示出按照本发明的有载分接开关的有载分接开关传动机构的另一个透视图；

图4示出按照本发明的有载分接开关的有载分接开关传动机构的从下方看的透视图；

图5示出有载分接开关的上面的部分的另一个透视图，其中可看见装入的蓄能器；

图6示出图1中的按照本发明的有载分接开关的盖的透视图，其中示出控制单元；

图7示出用于检测有载分接开关的切换位置的探测器的一种实施方式的透视图；以及

图8示出用于检测有载分接开关的切换位置的探测器的在图7中示出的实施方式的剖切的透视图。

具体实施方式

对于本发明的相同的或相同作用的元件使用相同的附图标记。出于清楚性，仅示出对说明相应的附图所必需的附图标记。按照本发明的有载分接开关的示例性示出的实施方式对本发明的保护范围不构成限制。

图1示出按照本发明的以三相负载选择器1形式的有载分接开关的透视图。负载选择器1在这里包括具有传动机构5的电动马达3作为驱动装置，所述电动马达牵拉未示出的蓄能器。如果蓄能器被完全牵拉、即张紧，那么该蓄能器脱扣、突然释放其能量并且操纵开关管15。旋转的开关管15在此可转动地设置在油箱18中，从而可以调节不同的切换位置。油箱18向上被以盖19闭锁并且此外带有底部21。

按照本发明的负载选择器1具有三个相L1、L2、L3，所述三个相上下相叠地设置在油箱18中。在所述三个相L1、L2、L3上方，预选器37安装在开关管上。电连接元件39在此这样设置在负载选择器1上，使得所述电连接元件穿过油箱18的壁17。

图2示出按照本发明的有载分接开关1的有载分接开关传动机构100的透视图。有载分接开关传动机构100设置在装配板101上，所述装配板可松脱地与有载分接开关1的剖视示出的盖19连接。输入轴9通过马达传动机构5与电动马达3耦联。输入轴9驱动转动转换器110，以便牵拉与该转动转换器110耦联的蓄能器13(见图5)。在此，输入轴9典型地转半圈。同样可考虑输入轴9转整圈。一旦蓄能器13被完全牵拉，那么该蓄能器脱扣并且引起转动转换器110的转动运动。转动转换器110一方面驱动马耳他十字120，开关管15与所述马耳他十字连接并且该开关管通过预选器驱动器140与预选器37连接。通过合适的机械传动比，开关管15在此在每个切换过程中例如以30°角转动。预选器例如从“正位置”通过“零位置”切换到“负位置”中。另一方面转动转换器110驱动转动承接器(Drehaufnehmer)130，该转动承接器又驱动显示驱动器150。显示驱动器150引起这样的转动运动，即，开关管15的每30°的转动在探测器200中引起例如转二十分之一整圈。此外，预选器驱动器140将预选器37的切换运动耦合到转动承接器130上，所述切换运动通过显示驱动器150也作用到探测器200上。该作用例如可以在于，使在探测器200中的由开关管15引起的转二十分之一整圈的转动方向反向。按照传动机构的设计可能必需的是，在预选器37能被接通之前将开关管15切换到定义的切换位置部位201、202或203上。这可以是开关管15的附加的“零位置”。因此，通过有载分接开关传动机构100，开关管15和预选器37的切换运动可以同时耦入到探测器200中并且被探测。开关管15的位置和预选器37的位置都进入有载分接开关1的可这样探测的切换位置中。如果开关管15例如具有8个切换位置和零位置并且预选器37具有一个“正位置”和一个“负位置”，那么对于整个有载分接开关1总共产生19个切换位置，这些切换位置在探测器200上例如可以作为“-8、-1、0、+1，...、+8”显示。在此，例如切换位置“-3”表示，预选器37在“负位置”中并且开关管在八个切换位置之中的第三个切换位置中。类似于预选器37，精细选择器(未示出)也可以通过有载分接开关传动机构100结合到切换位置探测中。

蓄能器13通过电动马达3的输入轴9牵拉。如果所述蓄能器被完全牵拉，那么所述蓄能器脱扣，从而所述蓄能器回弹到其静止位置中。在此，有载分接开关传动机构100将蓄能器13这样耦联到开关管15上，使得所述蓄能器的动能的至少一部分传递到开关管15的转动运动中。同时，有载分接开关传动机构100将蓄能器13这样耦联到探测器200上，使得该探测器记录运动。由探测器200记录的该运动通过有载分接传动机构100与开关管15的转动运动相互关联并且因此是开关管15的转动运动的度量。例如当开关管转动30°时，与探测器200连接的显示轴151转动5°的角度。优选在脱扣时使输入轴9与蓄能器13脱耦，并且在达到蓄能器13的静止位置时再次耦入，从而输入轴9不实施与松弛的蓄能器13反向的运动。备选地，也可以保持在蓄能器13和其输入轴9之间的耦联并且仅切断电动马达3的电流，从而该电动马达可以由蓄能器13以小的能量耗费一起转动。

图3、4和5示出有载分接开关1的有载分接开关传动机构100的不同的透视图。出于清楚性，蓄能器13仅在图5中示出。

有载分接开关传动机构100的输入轴9通过马达壳体5由电动马达3驱动。输入轴9的输入轴齿轮115通过转动承接器110的转动承接器齿轮116驱动转动承接器110的曲柄113。该曲柄113张紧蓄能器13。一旦曲柄113将蓄能器13完全牵拉，那么所述曲柄自动地与输入轴9的输入轴齿轮115脱扣并且被蓄能器13驱动。脱扣的曲柄113驱动转动转换器110。转动转换器110一方面通过带有第一带动轮112的第一带动件111驱动转动承接器130的第一凸轮盘131并且另一方面通过马耳他驱动器114驱动马耳他盘120。马耳他盘120一方面驱动有载分接开关1的开关管15并且另一方面驱动用于驱动有载分接开关1的预选器37的预选器驱动器150。预选器驱动器150通过带有第二带动轮142的第二带动件141驱动转动承接器130的第二凸轮盘132。转动承接器140的转动承接器齿轮145直接驱动或通过中间齿轮146驱动显示轴齿轮152，所述显示轴齿轮轴向并且刚性连接地安装在显示轴151上，从而引起显示轴151的转动运动。显示轴150与探测器200机械耦联。由探测器200检测显示轴151的转动运动并且将该转动运动转换成电信号并且输出。此外，在输入轴9上设有运行探测器300。所述运行探测器例如构成为传感器系统或凸轮切换机构并且检测输入轴9的转动运动并且因此间接通过马达传动机构5检测电动马达3的驱动运动。

图6示出有载分接开关1的盖19及其与控制单元400的连接的透视图。显示轴151穿过盖19中的开口(未示出)，从而探测器200可以设置在盖19上。在盖19上构成有用于容纳探测器200的探测器壳体240。探测器壳体240以探测器壳体盖241(参看图1)可闭锁和可打开，从而探测器200可被简单地接近并且必要时可被更换，而无须拆卸盖19。同样，运行探测器300容纳在中间壳体14中。通过控制线路401，探测器200、运行探测器300、电动马达3直接地或电动马达3的马达控制装置430和/或马达传动机构5的传动机构控制装置450与用于控制和/或调节有载分接开关1的控制单元400连接。在调节回路中，控制单元400例如可以借助探测器200和运行探测器300的信号调节电动马达430。

图7和8示出用于检测按照本发明的有载分接开关1的切换位置的探测器200的一种实施方式的透视图。在图7中剖视示出凸轮盘211。探测器200包括具有电路板触点231的电子电路板230。电路板230承载凸轮切换机构210。该凸轮切换机构210包括至少一个具有多个切换位置部位201、202、203的凸轮盘211和至少一个凸轮212。所述至少一个凸轮212能够可松脱地连接在每个切换位置部位201、202、203上。各一个凸轮盘211分别可转动地支承在电路板230的上侧232和下侧(在该透视图中不可示出)上并且与有载分接开关传动机构100的显示轴151可耦联。在开关管15的每个切换过程中，该凸轮盘211例如转二十分之一整圈。该整圈的转动方向借助有载分接开关传动机构100由预选器37的位置确定。所述至少一个凸轮盘211分别这样配设有至少一个用于检测有载分接开关1的终端位置部位201的开关220。每个开关220可这样被以至少一个凸轮212操纵。

此外，探测器包括传感器系统250。所述传感器系统250包括多个滑动触点214和一个滑触头215，所述滑触头刚性地与电路板连接。在所述至少一个凸轮盘210的每个切换位置部位201、202、203上构成有至少一个滑动触点214，所述滑动触点与滑触头215可电耦联。原则上，在探测器200中的一个按照本发明的凸轮盘211足以检测有载分接开关1的切换位置。然而探测器200出于安全起见而冗余地设有第二和可能另外的凸轮盘211。一个滑触头215可以配设给两个相邻的凸轮盘211。电子电路板230例如可以将由探测器200检测的切换位置部位201、202、203进一步处理(例如放大和/或数字化)成为电子信号。

对本领域技术人员显而易见的是，以上所述实施方式的装置特征可以单独地和彼此组合地使用在按照本发明的有载分接开关中，而不偏离由它们确定的保护范围。

附图标记列表

1 有载分接开关、负载选择器

3 电动马达

5 马达传动机构

9 输入轴

12 弹簧装置

13 蓄能器、蓄力器

14 中间壳体

15 开关管

17 壁

18 油箱

19 盖

21 底部

37 预选器

39 电的连接元件

100 有载分接开关传动机构

101 装配板

110 转动转换器

111 第一带动件

112 第一带动轮

113 曲柄

114 马耳他驱动器

115 输入轴齿轮

116 转动承接器齿轮

120 马耳他盘

130 转动承接器

131 第一凸轮

132 第二凸轮

140 预选器驱动器

141 第二带动件

142 第二带动轮

143 第三带动件

144 第三带动轮

145 转动承接器齿轮

146 中间齿轮

150 显示驱动器

151 显示轴

200 切换位置探测器

201、202 切换位置部位

210 凸轮盘

211 盘

212 凸轮

213 突出部

214 滑动触点

215 滑触头

216 适配器

217 配合适配器

220 开关

221 杠杆

222 电触点

230 电路板

231 电路板触点

240 探测器壳体

241 探测器壳体盖

250 传感器系统

300 运行探测器

400 控制单元

401 电的控制线路

430 马达控制装置

450 传动机构控制装置

L1、L2、L3 相

Claims (9)

1.有载分接开关(1)，包括开关管(15)、机械耦联到开关管(15)上的有载分接开关传动机构(100)、用于调节该开关管(15)的切换位置的蓄能器(13)、用于检测有载分接开关(1)的切换位置的探测器(200)，蓄能器(13)和开关管(15)通过所述有载分接开关传动机构(100)机械耦联，

其中，探测器(200)通过有载分接开关传动机构(100)与蓄能器(13)机械耦联；

借助于探测器(200)能输出用于检测有载分接开关(1)的切换位置的电子信号。

2.按照权利要求1所述的有载分接开关(1)，其中，所述有载分接开关(1)包括预选器(37)，所述预选器通过有载分接开关传动机构(100)与用于调节预选器(37)的切换位置的蓄能器(13)和用于检测该有载分接开关的切换位置的探测器(200)机械耦联。

3.按照权利要求1或2所述的有载分接开关(1)，其中，探测器(200)包括凸轮切换机构(210)和/或传感器系统(250)。

4.按照权利要求3所述的有载分接开关(1)，其中，探测器(200)的凸轮切换机构(210)包括至少一个具有多个切换位置部位(201、202、203)的凸轮盘(211)和至少一个凸轮(212)，所述至少一个凸轮能够可松脱地连接在每个切换位置部位(201、202、203)上。

5.按照权利要求4所述的有载分接开关(1)，其中，所述至少一个凸轮盘(211)分别配设有至少一个用于检测有载分接开关(1)的终端位置部位(201)的开关(220)，使得每个开关(220)能被以至少一个所述凸轮(212)操纵。

6.按照权利要求4或5所述的有载分接开关(1)，其中，传感器系统(250)包括多个滑动触点(214)和一个滑触头(215)，其中，在每个切换位置部位(201、202、203)上构成有至少一个滑动触点(214)，所述滑动触点能与滑触头(215)电连接。

7.按照权利要求1或2所述的有载分接开关(1)，其中，用于容纳探测器(200)的探测器壳体(240)设置在有载分接开关(1)的盖(19)上。

8.按照权利要求1或2所述的有载分接开关(1)，其中，有载分接开关传动机构(100)的用于牵拉蓄能器(13)的输入轴(9)配设有用于检测该输入轴的转动运动的运行探测器(300)，从而输入轴(9)的转动运动能作为电子信号输出。

9.按照权利要求8所述的有载分接开关(1)，其中，探测器(200)或者探测器(200)和运行探测器(300)与用于控制或调节有载分接开关(1)的控制单元(400)电连接。