CN113811967A - 具有驱动系统的开关装置和用于安全地运行开关装置的方法 - Google Patents

Abstract

一种开关装置(1)包括开关(17)和用于开关(17)的伺服驱动系统(2)。所述伺服驱动系统(2)具有用于驱动有载分接开关(17)的马达(14)、用于给马达(12)供给能量的功率部件(11)以及用于根据至少一个额定值来操控所述功率部件(11)的控制单元(10)。所述控制单元(10)设计用于识别至少一个安全相关事件的存在，并且如果存在所述安全相关事件，则产生至少一个控制信号并且将其传输给功率部件(11)。所述功率部件(11)设计用于根据所述控制信号引入或实施至少一个安全措施。

Description

具有驱动系统的开关装置和用于安全地运行开关装置的方法

技术领域

本发明涉及一种具有开关和用于开关的驱动系统的开关装置以及一种用于安全地运行开关装置的方法。

背景技术

在变电站中，存在用于不同任务和具有不同要求的多个开关。为了操纵相应的开关，必须通过驱动系统来驱动这些开关。这些开关尤其是有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关。

因此，有载分接开关例如用于在电气运行器件(例如功率变压器或可调节的扼流阀)的不同绕组抽头之间的无中断的切换。由此例如可以改变变压器的传动比或扼流圈的电感。双换向器用于在功率变压器运行期间使绕组变换极性。

所有这些开关是电气运行器件的高等级的安全相关部件，因为所述切换在运行器件运行期间进行并且与此对应地例如连接到电网上。在极端的情况下，运行时的干扰可能具有严重的技术和经济后果。

发明内容

因此，本发明的任务是给出一种用于驱动开关、尤其是有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关的改进的构想，通过其提高运行安全。

所述任务通过独立权利要求的相应主题来解决。其它实施方式是从属权利要求的主题。

所述改进的构想基于如下构思，即将所述驱动系统设计为伺服驱动系统并且配备有功率部件，该功率部件在存在安全相关事件时引入或者实施安全措施。

通常，安全措施通过单独的设置在功率部件外部的安全模块(例如具有硬接线的接触器)实现。

根据所述改进的构想给出一种开关装置，其包括开关和用于该开关的伺服驱动系统。所述伺服驱动系统具有用于驱动开关的马达、用于给马达供给能量、尤其是受控制地或受调节地给马达供给能量的功率部件以及用于根据至少一个额定值来操控所述功率部件的控制单元。所述控制单元设计用于识别至少一个安全相关事件的存在，并且如果存在安全相关事件，则产生至少一个控制信号并且将其传输给功率部件。所述功率部件设计用于根据所述控制信号引入或实施至少一个安全措施。

电子地调节马达的驱动系统被称为伺服驱动系统，其中，所述调节可以包括：位置、角度或状况调节；速度或转速调节；加速度调节；和/或转矩调节。因此术语“伺服驱动系统”暗示该驱动系统具有用于检测一个或多个所述调节变量的并且用于将相应的反馈信号反馈给控制单元的装置，并且所述调节借助所述反馈信号来进行。

根据所述至少一个额定值来操控功率部件相当于在这个意义中的调节。

通过在存在安全相关事件时引入安全措施提高了开关装置的运行安全。

根据至少一种实施方式，用于驱动开关的马达经由一个或多个传动装置与开关的轴或其它部件耦联。

根据至少一种实施方式，所述开关能够构造成有载分接开关或负载切换开关或选择器或双换向器或换向器或预选器或功率开关或负载开关或断路开关。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计为变流器、尤其是伺服变流器，或者设计为用于驱动机器的等效的电子单元、尤其是全电子单元。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于通过所述至少一个安全措施中的第一安全措施使马达停止运转、尤其是安全地停止运转。在此，停止运转也可以包含在限定的公差范围内的运动。

根据至少一种实施方式，使马达安全地停止运转包括安全功能，其对应于根据行业标准EN602041:2006的停止类别，所述行业标准的内容就此通过引用并入本文。

根据至少一种实施方式，使马达安全地停止运转包括安全转矩关闭STO安全功能、1级安全停机SS1安全功能、2级安全停机SS2安全功能或安全运行停止SOS安全功能。

根据至少一种实施方式，所述安全措施包括监控马达、尤其是马达的马达轴的运动或位置。

根据至少一种实施方式，监控马达的运动包括安全限速SLS安全功能、安全速度监控SSM安全功能、安全速度范围SSR安全功能、安全限定位置SLP安全功能、安全位置SP安全功能或安全方向SDI安全功能。

根据至少一种实施方式，所述第一安全措施包括使马达不受控制地停止运转。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于根据所述控制信号完全地中断对马达的能量供给。尤其是，所述第一安全措施包括立即地或者说立刻地切断能量供给。在此，能量供给即使在马达停止运转时也保持中断，使得所述马达不再能够提供转矩(对应于STO)。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于根据所述控制信号使马达受控制地制动或受控制地停止运转。与此同时，维持对马达的能量供给。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于根据所述控制信号在受控制地制动或停止运转之后完全中断马达的能量供给，从而马达不再能够提供转矩(对应于SS1)。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于根据所述控制信号在受控制地制动或停止运转之后维持对马达的能量供给并且将马达、尤其是马达轴的位置调节到额定位置(对应于SS2)。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于在违反关于额定位置的公差范围时引入另外的安全措施，尤其是包括STO或SS1安全功能。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于通过所述至少一个安全措施中的第二安全措施来限制马达轴的速度或转速。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于限制速度，使得速度小于或等于预先确定的最大速度(对应于SLS或SSR)。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于限制速度，使得速度大于或等于预先确定的最小速度(对应于SSM或SSR)。

根据至少一种实施方式，所述功率部件设计用于在超过最大速度或低于最小速度时引入另外的安全措施，尤其是包括STO或SS1安全功能。

根据至少一种实施方式，所述至少一个安全相关事件包括马达、马达轴或开关装置的另外的轴的旋转方向与预先确定的额定旋转方向有偏差(对应于SDI)。

根据至少一种实施方式，旋转方向在此由编码器装置检测。

根据至少一种实施方式，所述伺服驱动系统具有绝对值编码器，该绝对值编码器设置在伺服驱动系统或开关、尤其是有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关上，以便检测马达轴或开关装置的另外的轴的绝对位置。所述控制单元设计用于根据绝对值编码器的反馈信号产生控制信号。

根据至少一种实施方式，当马达轴或另外的轴的绝对位置低于预先确定的最小位置或超过预先确定的最大位置时，存在所述至少一个安全相关事件(对应于SLP)。

根据所述改进的构想，还给出一种用于安全地运行开关装置的方法。根据该方法，开关装置的功率部件根据至少一个额定值来操控。识别至少一个安全相关事件的存在，并且在安全相关事件的情况下将至少一个控制信号传输给功率部件。根据控制信号，通过功率部件引入或实施至少一个安全措施。

该方法的其它设计形式和实施方案直接由开关装置的不同设计形式得出。尤其是，可以相应地实施单个或多个关于开关装置所描述的部件和/或用于实施该方法的装置。

附图说明

下面将借助示例性的实施方式参考附图来详细解释本发明。相同的或功能相同的或具有相同效果的部件可以设有相同的附图标记。可以仅参考其首先出现的附图来解释相同的部件或具有相同功能的部件。不一定在后续的附图中重复解释。

在附图中：

图1示出根据所述改进的构想的开关装置的一种示例性实施方式的示意图；以及

图2示出根据所述改进的构想的开关装置的另一种示例性实施方式的示意图。

具体实施方式

图1示出根据所述改进的构想的开关装置的一种示例性实施方式的示意图，其具有开关17和伺服驱动系统2，该伺服驱动系统经由驱动轴16与开关17连接。伺服驱动系统2包括马达12，该马达可以通过马达轴14并且可选地通过传动装置15驱动所述驱动轴16。伺服驱动系统2的控制装置3包括用于对马达12受控制地或受调节地能量供给的功率部件11以及用于例如通过总线18来操控功率部件11的控制单元10，所述功率部件例如包括伺服变流器。

伺服驱动系统2能够具有编码器系统13，该编码器系统用作反馈系统或者是反馈系统的一部分并且与功率部件11连接。此外，编码器系统13直接或间接地与驱动轴16耦联。

编码器系统13设计用于检测驱动轴16的位置、尤其是角度位置、例如绝对角度位置的值，并且基于此产生反馈信号。为此，编码器系统13例如可以包括绝对值编码器、尤其是多圈绝对值编码器，其固定在驱动轴16、马达轴14或其位置与驱动轴16的绝对位置明确地关联的其它轴上。例如，驱动轴16的位置可以由马达轴14的位置明确地确定，例如通过传动装置15的传动比。控制装置3、尤其是控制单元10和/或功率部件11设计用于根据反馈信号来控制或调节马达12。

绝对值编码器的固定例如实施成形锁合连接与力锁合或材料锁合连接的组合。

控制单元10可以识别安全相关事件的存在，例如开关17或驱动系统的干扰或故障。如果存在安全相关事件，那么控制单元10将控制信号传输给功率部件11，该功率部件随后引入或实施安全措施。

图2示出根据所述改进的构想的开关装置1的另一种示例性实施方式的示意图，其基于根据图1的实施方式。

开关装置1在此可选地具有开关柜21，在该开关柜内部设置控制单元10、功率部件11和可选的人机接口19。人机接口19与控制单元10连接并且可以例如用于控制、维护或配置目的。

马达12、马达轴14、编码器系统13和/或传动装置15可以设置在开关柜21内部或外部。

开关装置1、尤其是控制单元10耦联到安全装置20上，该安全装置例如包括功率开关或电路断路器，以便例如在开关装置有故障或干扰的情况下将开关装置或配属于开关装置的电气运行器件与电网断开。

通过根据所述改进的构想的开关装置提高了伺服驱动系统、开关和运行器件的运行安全。这尤其是通过经由功率部件引入安全措施来实现。

附图标记

1 开关装置

2 伺服驱动系统

3 控制装置

10 控制单元

11 功率部件

12 马达

13 编码器系统

14 马达轴

15 传动装置

16 驱动轴

17 开关

18 总线

19 人机接口

20 安全装置

21 开关柜

Claims (15)

1.开关装置(1)，包括开关(17)和用于开关(17)的伺服驱动系统(2)，伺服驱动系统(2)包括：

用于驱动开关(17)的马达(12)；

用于给马达(12)供给能量的功率部件(11)；以及

用于根据至少一个额定值来操控功率部件(11)的控制单元(10)；

其中：

控制单元(10)设计用于识别至少一个安全相关事件的存在，并且在所述安全相关事件的情况下将至少一个控制信号传输给功率部件(11)；并且

功率部件(11)设计用于根据所述控制信号引入或实施至少一个安全措施。

2.根据权利要求1所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于通过所述至少一个安全措施中的第一安全措施使马达(12)停止运转。

3.根据权利要求2所述的开关装置(1)，其中，所述第一安全措施包括使马达(12)不受控制地停止运转。

4.根据权利要求2或3中任一项所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于根据所述控制信号完全中断对马达(12)的能量供给。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于根据所述控制信号使马达(12)受控制地制动或受控制地停止运转。

6.根据权利要求5所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于根据所述控制信号在所述受控制地制动或停止运转之后完全中断对马达(12)的能量供给。

7.根据权利要求5所述的开关装置(1)，其中，所述功率部件设计用于根据所述控制信号在所述受控制地制动或停止运转之后维持对马达(12)的能量供给并且用于将马达(12)的位置调节到额定位置。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于通过所述至少一个安全措施中的第二安全措施来限制马达(12)的马达轴(14)的速度。

9.根据权利要求8所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于限制速度，使得速度小于或等于预先确定的最大速度。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的开关装置(1)，其中，功率部件(11)设计用于限制速度，使得速度大于或等于预先确定的最小速度。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的开关装置(1)，其中，所述至少一个安全相关事件包括马达(12)的、马达(12)的马达轴(14)的或该开关装置的另外的轴的旋转方向与预先确定的额定旋转方向有偏差。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的开关装置(1)，其中，

伺服驱动系统(2)具有绝对值编码器，所述绝对值编码器设置在所述伺服驱动系统或开关(17)上，以便检测马达(12)的马达轴(14)或开关装置的另外的轴的绝对位置；并且

控制单元(10)设计用于根据所述绝对值编码器的反馈信号产生所述控制信号。

13.根据权利要求12所述的开关装置(1)，其中，当马达轴(14)或所述另外的轴的绝对位置低于预先确定的最小位置或超过预先确定的最大位置时，存在所述至少一个安全相关事件。

14.根据权利要求1至13中任一项所述的开关装置(1)，其中，开关(17)是有载分接开关或负载切换开关或选择器或双换向器或换向器或预选器或功率开关或负载开关或断路开关。

15.用于安全地运行开关装置(11)的方法，该方法包括：

根据至少一个额定值来操控开关装置(1)的功率部件(11)；

识别至少一个安全相关事件的存在；

在所述安全相关事件的情况下将至少一个控制信号传输给功率部件(11)；

根据所述控制信号通过功率部件(11)引入或实施至少一个安全措施。

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