CN116325051A

CN116325051A - 用于有载抽头变换器的切换系统、有载抽头变换器以及用于切换有载抽头变换器的抽头连接的方法

Info

Publication number: CN116325051A
Application number: CN202280006962.0A
Authority: CN
Inventors: B·瓦西列夫; G·马涅夫; V·尼科洛夫; A·米哈伊洛夫
Original assignee: Hitachi Energy Switzerland AG
Current assignee: Hitachi Energy Co ltd
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2022-01-25
Publication date: 2023-06-23
Anticipated expiration: 2042-01-25
Also published as: EP4208884B1; KR20230080503A; KR102628580B1; WO2022175029A1; US20230411089A1; EP4208884A1; US20230411088A1; CN116325051B

Abstract

用于有载抽头变换器的切换系统、有载抽头变换器和用于切换有载抽头变换器的抽头连接的方法。一种用于有载抽头变换器的切换系统包括：‑可旋转的环形堆(130)，其中所述可旋转的环形堆(130)是内部槽轮机构(121)的一部分，‑驱动系统(120)，其中所述环形堆(130)包括：‑第一电流承载环(131)和第二电流承载环(132)，所述第一电流承载环和所述第二电流承载环中的每个能选择性地电耦合到所述抽头变换器(100)的多个接触元件(111、112)中的一个，以及‑槽轮环(133)，其中所述驱动系统(120)包括驱动轮(122)，其中‑所述槽轮环(133)能与所述驱动轮机械地耦合，使得所述槽轮环(133)能通过所述驱动轮(122)旋转，‑所述第一和第二电流承载环(131、132)各自与所述槽轮环(133)耦合，使得槽轮环(133)的旋转引起所述第一和第二电流承载环(131、132)的共同旋转。

Description

用于有载抽头变换器的切换系统、有载抽头变换器以及用于切换有载抽头变换器的抽头连接的方法

技术领域

本公开涉及用于有载抽头变换器的切换系统，例如用于切换有载抽头变换器的抽头连接的切换系统。本公开还涉及一种包括这样的切换系统的有载抽头变换器以及一种用于特别是通过使用本文所公开的切换系统来切换抽头连接的方法。

背景技术

有载抽头变换器例如被内置到功率变压器中，并且调节它们的负载下电压，即，不中断对消费者的功率供应。

JP 2013 201319A涉及一种抽头变换器，该抽头变换器具有位于绝缘圆筒的中心处的驱动轴。在所述驱动轴的上部部分处，连接旋转地驱动所述驱动轴的槽轮齿轮机构。

期望的是，提供可靠的并且允许容易切换的用于有载抽头变换器的切换系统、以及对应的有载抽头变换器和对应的用于切换有载抽头变换器的抽头连接的方法。

发明内容

根据一个实施方案，一种用于有载抽头变换器的抽头选择器的切换系统包括：

-可旋转的环形堆(ring stack)，

-驱动系统，

其中所述环形堆包括：

-第一电流承载环和第二电流承载环，所述第一电流承载环和所述第二电流承载环中的每个能选择性地电耦合到所述抽头变换器的多个接触元件中的一个，以及

-槽轮环，

其中所述驱动系统包括驱动轮，

其中

-所述槽轮环能与所述驱动轮机械地耦合，使得所述槽轮环能通过所述驱动轮旋转，

-所述第一和第二电流承载环各自与所述槽轮环耦合，使得槽轮环的旋转引起所述第一和第二电流承载环的共同旋转。

所述切换系统允许所述第一电流承载环与所述第二电流承载环一起共同旋转。可以避免用于所述电流承载环的分开移动的多个机构。可以避免使所述第一电流承载环独立于所述第二电流承载环旋转的复杂互连机构。特别地，所述可旋转的环形堆整体上由所述驱动轮旋转，使得所述第一和第二电流承载环同时一起移动。

例如，所述第一电流承载环对应于所述有载抽头变换器的奇数位置。例如，所述第二电流承载环对应于所述有载抽头变换器的偶数位置。所述切换系统提供了对电流承载环二者的紧凑且简单的驱动，并且因此提供了对奇数位置和偶数位置二者的紧凑并且简单的驱动。这通过堆叠所述第一和第二电流承载环使得它们同时一起一致地旋转来实现。存在一个单个槽轮驱动机构，所述槽轮驱动机构包括所述驱动轮和所述槽轮环以用于使所述第一电流承载环和所述第二电流承载环旋转。

具有所述槽轮驱动机构的所述切换系统允许由单个槽轮环驱动的两个电流承载环的间歇运动。所述切换系统允许紧凑的尺寸和降低的复杂性。所述切换系统是鲁棒且可靠的。

根据一些实施方案，所述切换系统包括驱动轴。所述驱动轴能旋转以使所述驱动轮旋转。所述驱动轴相对于所述槽轮环偏心地布置。特别地，所述驱动轴仅包括一个单个驱动轮。所述驱动轴能旋转以使所述单个驱动轮旋转。所述驱动轴能旋转以经由所述单个驱动轮使所述第一和第二电流承载环旋转。

根据另一些实施方案，所述可旋转的环形堆中的环彼此固定。特别地，所述槽轮环、所述第一电流承载环和所述第二电流承载环彼此固定，使得所述环相对于彼此的旋转运动被阻止。如果使所述可旋转的环形堆中的环中的一个环相对于所述驱动轴旋转，则所述可旋转的环形堆中的环中的其他环也同时旋转。

所述可旋转的环形堆中的环彼此耦合，使得旋转力能在所述环之间传递。

根据另一些实施方案，经由可移动触头建立所述电流承载环和所述接触元件之间的导电耦合。所述可移动触头固定到所述电流承载环并且相对于相应的电流承载环不可移动。所述可移动触头能相对于所述接触元件移动。通过所述可移动触头中的一个和所述接触元件中的一个之间的导电耦合，选择所述有载抽头变换器的抽头位置。沿着所述环形堆的径向方向建立所述导电耦合。所述可移动触头的径向外侧与追赶(chase)所述环形堆的接触元件的一侧形成导电接触。

根据另一个实施方案，所述接触元件各自包括细长弧形形状。所述接触元件例如部分地围绕所述第一或第二电流承载环。所述细长弧形形状允许与所述可移动触头接触，使得避免在抽头变换期间电流供应中断。即使在所述可移动触头的旋转期间，所述弧形形状也允许与所述触头机械和电接触。

根据一个实施方案，一种有载抽头变换器的抽头选择器包括根据本文所描述的至少一个实施方案的切换系统。所述有载抽头变换器包括所述接触元件。所述切换系统的所述环形堆能相对于所述接触元件旋转。例如，所述接触元件固定到所述有载抽头变换器的壳体。所述可旋转的环形堆能相对于所述壳体旋转。所述切换系统布置在所述壳体内部。

根据一个实施方案，一种用于切换有载抽头变换器的抽头连接的方法，包括：

-使驱动轮旋转，

-将所述驱动轮耦合到环形堆的槽轮环，并且从而

-使所述槽轮环旋转，并且从而

-使所述环形堆的第一电流承载环和第二电流承载环共同旋转。

因此，在所有奇数位置和偶数位置之间的可靠切换操作是可能的。

例如，所述用于切换抽头连接的方法借助于本文所描述的切换系统来执行。结合所述切换系统所描述的特征和优点也适用于所述有载抽头变换器和所述方法，反之亦然。

附图说明

包括所附附图以提供进一步理解。在附图中，相同的结构和/或功能的元件可以由相同的附图标记表示。应理解，附图中所示出的实施方案是例示性表示，并且不必按比例绘制。

图1是根据一个实施方案的用于有载抽头变换器的抽头选择器的示意性视图，

图2是根据一个实施方案的有载抽头变换器的示意性视图，以及

图3是根据一个实施方案的用于切换抽头连接的方法的流程图。

具体实施方式

图1和图2至少部分地示出了有载抽头变换器100的抽头选择器的一个示例性实施方案的示意性视图。特别地，有载抽头变换器100具有转换器开关抽头变换器的设计和构造。

有载抽头变换器100被配置用于将功率变压器的输出电压调节到所需水平。在有载抽头变换器的帮助下，可以更改功率变压器的匝数比。

圆柱形壳体(未明确示出)围绕切换系统110。固定接触元件111、112以圆形形状布置在该壳体处。例如，固定接触元件111、112布置在两个圆中，这两个圆相对于堆叠方向135彼此偏移，该堆叠方向135对应于该壳体的纵向轴线。图1中明确示出了两个接触元件111、112。根据一些实施方案，布置两个以上接触元件111、112，例如四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个、十一个、十二个、十三个、十四个或更多个接触元件111、112。接触元件111、112的数目特别对应于有载抽头变换器100的抽头的数目。

有载抽头变换器100包括驱动系统120。驱动系统120被配置为改变到有载抽头变换器100的特定抽头的连接。驱动系统120包括驱动轴123。驱动轴123可以由马达或另一个致动器驱动以围绕其纵向轴线旋转。驱动轴123的纵向轴线相对于环形堆120偏心地布置。驱动轴123的纵向轴线相对于环形堆120的纵向轴线偏心地布置。驱动轴123的纵向轴线相对于环形堆120的旋转轴线偏心地布置。驱动轴123驱动驱动轮122。驱动轮122是槽轮机构121的一部分，所述槽轮机构被配置为驱动抽头变换器100的连接的抽头的改变。

槽轮机构121包括槽轮环133。槽轮环133包括多个凹部126。凹部126向槽轮环133的内侧敞开。因此，实现了内部槽轮机构121。

驱动轮122包括两个突出部124、125。槽轮环133的旋转由驱动轴123的旋转引起。驱动轴123的旋转被传输到驱动轮122的旋转。驱动轮122连接到驱动轴123并且与驱动轴123一起旋转。驱动轮122的突出部124、125相对于驱动轴123径向突出。

突出部124、125各自被配置为与凹部126交互和接合。当突出部124、125中的一个与凹部126接合时，槽轮环133与驱动轮122一起旋转。从而，第一电流承载环131和第二电流承载环132与槽轮环133一起一致地且同时地旋转。突出部124、125能与槽轮环133交替地耦合，以将驱动轮122的旋转传输到槽轮环133。

第一电流承载环131、槽轮环133和第二电流承载环132是环形堆130的一部分。例如，环形堆130包括附加的环，例如一个或多个绝缘环134和/或一个或多个中间环137。环形堆130中的不同的环131、132、133、134、137彼此相互连接，使得它们一起旋转，并且环131至134和137之间的相对移动被阻止。因此，通过单个槽轮机构121，两个电流承载环131、132被驱动和旋转。槽轮环133的旋转运动被传输到第一电流承载环131并且也被传输到第二电流承载环132，使得当槽轮环133旋转时，第一电流承载环131和第二电流承载环132一起旋转。

电流承载环131、132各自包括导电材料或由导电材料制成并且被配置为传导电流。

沿着对应于驱动轴123的纵向轴线和驱动轴123的旋转轴线的堆叠方向135，在第一电流承载环131和第二电流承载环132之间布置槽轮环133和绝缘环134。

驱动轴123布置在环形堆120内部。驱动轴123布置在槽轮环133内部。驱动轴123布置在绝缘环134内部。驱动轴123布置在第一电流承载环131内部。驱动轴123布置在第二电流承载环132内部。所述环——特别是槽轮环133和电流承载环131、132——被布置成使得它们围绕驱动轴123。

例如，沿着堆叠方向135，环形堆130按照此顺序包括：第一电流承载环131，所述第一电流承载环例如由多个电流承载子环制成并且例如包括中间环137、槽轮环133、绝缘环134和第二电流承载环132。

根据另一个实施方案，环形堆130中的环的不同顺序也是可能的。特别地，绝缘环134始终在两个电流承载环131、132之间，以使两个电流承载环131、132彼此电绝缘。

根据另一些实施方案，槽轮环133布置在第一电流承载环131和绝缘环134之间。电流承载环131、132中的一个也可以被布置在槽轮环133和绝缘环134之间。将槽轮环133和绝缘环134布置在两个电流承载环131、132之间允许两个电流承载环131、132之间的足够大的间隔，使得可靠地实现电隔离。

第一可移动触头141连接到第一电流承载环131。第一电流承载环131和第一可移动触头141彼此机械地并且电地耦合，使得当第一电流承载环131旋转时，第一可移动触头141移动和旋转。从而第一可移动触头141能相对于有载抽头变换器100的壳体并且因此相对于接触元件111、112旋转和移动。

第二可移动触头142与第二电流承载环132对应地连接。通过旋转第二电流承载环132，第二可移动触头142可相对于接触元件111、112移动和旋转。

第一可移动触头141和第二可移动触头142都可由单个槽轮机构121驱动移动。槽轮环133的旋转被传输到第一可移动触头141以及第二可移动触头142。

当槽轮环133旋转时，可移动触头141、142被移动，使得到接触元件111、112的连接被改变。例如，具有第一可移动触头141和对应的接触元件111的第一电流承载环131对应于有载抽头变换器100的奇数位置。具有第二可移动触头142和对应的接触元件112的第二电流承载环132对应于有载抽头变换器100的偶数位置。

通过旋转槽轮环133，对应于奇数位置的第一可移动触头141被移动，并且对应于偶数位置的第二可移动触头142被移动。第一可移动触头141、第二可移动触头142以及接触元件111、112的位置被预先确定，使得两个电流承载环131、132的旋转允许第一可移动触头141和第二可移动触头142交替地连接到对应的接触元件111、112，以交替地连接有载抽头变换器100的奇数位置和偶数位置。

环形堆120——特别是电流承载环131、132和槽轮环133——围绕与驱动轴123的旋转轴线不同的旋转轴线旋转。例如，该环形堆围绕环形堆120的中心轴线旋转。驱动轴123的旋转轴线相对于环形堆120的旋转轴线偏移。驱动轴123的旋转轴线相对于环形堆120的旋转轴线偏心地布置。

第一接触元件111包括面向环形堆130的端面113。第二接触元件112——与所有其他未明确示出的接触元件一样——包括面向环形堆130的类似的端面。

第一可移动触头141包括端面143，该端面143背离环形堆130并且在形成耦合的状态下面向第一接触元件111。第二可移动触头142包括类似的端面，该端面背离环形堆130并且在形成耦合的状态下面向第二接触元件112。

例如，接触元件111、112包括与环形堆130同轴的弧形细长形状。特别地，端面113包括弧形细长形状。接触元件111、112的弧形形状甚至在环形堆130的旋转期间允许第一可移动触头141和第二可移动触头142之间的连接。第一接触元件111和第一可移动触头141在端面113、143上彼此机械地和/或电地接触，所述端面113、143沿着径向方向136连接面向彼此。

例如，第一可移动触头141与接触元件111接触，并且第二可移动触头142不与接触元件112接触。通过使环形堆130旋转，使第一可移动触头141沿着接触元件111旋转。在第一可移动触头114和接触元件111之间的接触仍然被维持的同时，第二可移动触头142与接触元件112接触。环形堆130的进一步旋转导致第一可移动触头141和接触元件111断开连接，而第二可移动触头142和接触元件112之间的接触被保持。

图3示出了根据一个实施方案的用于切换有载抽头变换器100的抽头连接的方法的流程图。

在步骤S1中，使驱动轮122旋转。

在步骤S2中，突出部124、125中的一个耦合到槽轮环133的凹部126中的一个。

在步骤S3中，由于驱动轮122与槽轮环133的耦合而使所述槽轮环旋转。

在步骤S4中，槽轮环133的旋转使第一电流承载环131和第二电流承载环132共同旋转。使第一可移动触头141和第二可移动触头142共同旋转，并且第一可移动触头141并且特别是第二可移动触头142相对于彼此的旋转运动被阻挡。

第一电流承载环131和第二电流承载环132的旋转导致可移动触头141、142中的一个与接触元件111、112中的一个解耦。第一可移动触头141和第二可移动触头142中的另一个与相应的接触元件111、112耦合，使得建立导电和机械连接。

具有用于驱动电流承载环131、132二者的单个槽轮机构121的有载抽头变换器100实现了用于操作功率转换器开关有载抽头变换器的电流承载环131、132的移动的单级内部槽轮驱动机构121。通过将电流承载环131、132堆叠到环形堆130中，有载抽头变换器100实现了用于驱动切换系统110的奇数位置和偶数位置二者的紧凑并且简单的解决方案。具有单个驱动轮122的槽轮机构121经由单个槽轮环133、用于奇数触头的第一电流承载环131以及用于偶数触头的第二电流承载环132操作。槽轮机构122将间歇运动递送到电流承载环131、132二者。有载抽头变换器100包括减小的总表面尺寸，并且包括减小的部件量和组装复杂性。有载抽头变换器100实现了鲁棒的解决方案和对环形堆130的可靠驱动。

内部槽轮环133经由通过驱动轴123旋转的驱动轮122来操作。经由绝缘环134连接到内部槽轮环133的是具有第一电流承载环131和第一可移动触头141的奇数选择器电流承载系统。偶数选择器触头系统布置在槽轮环133的背离第一电流承载环131的一侧上。第二电流承载环132经由中间环137连接到槽轮环133。第二可移动触头142连接到第二电流承载环132。

有载抽头变换器100实现了具有大定位角度的紧凑的选择器机构。多位置选择器是可实现的。有载抽头变换器100包括鲁棒且可靠的设计以及简单的总体驱动和定位机构。

如上所述的在图1至图3中所示出的实施方案代表有载抽头变换器100和用于切换抽头连接的方法的示例性实施方案；因此，它们不构成根据本公开的有载抽头变换器100和方法的所有实施方案的完整列表。有载抽头变换器100、驱动系统120、环形堆130和/或方法的实际布置可以与附图中所示出的实施方案不同。

附图标记

100 有载抽头变换器

110 切换系统

111、112接触元件

113 端面

120 驱动系统

121 内部槽轮机构

122 驱动轮

123 驱动轴

124、125突出部

126 凹部

130 环形堆

131 第一电流承载环

132 第二电流承载环

133 内部槽轮环

134 绝缘环

135 堆叠方向

136 径向方向

137 中间环

141 第一可移动触头

142 第二可移动触头

143 端面

S1至S4方法步骤

Claims

1.一种切换系统，用于有载抽头变换器，所述切换系统包括：

-可旋转的环形堆(130)，其中所述可旋转的环形堆(130)是内部槽轮机构(121)的一部分，

-驱动系统(120)，

其中所述环形堆(130)包括：

-第一电流承载环(131)和第二电流承载环(132)，所述第一电流承载环和所述第二电流承载环中的每个能选择性地电耦合到所述抽头变换器(100)的多个接触元件(111、112)中的一个，以及

-槽轮环(133)，

其中所述驱动系统(120)包括驱动轮(122)，其中

-所述驱动轮(122)能与所述槽轮环(133)机械地耦合，使得所述槽轮环(133)能通过所述驱动轮(122)旋转，

-所述第一和第二电流承载环(131、132)各自与所述槽轮环(133)耦合，使得槽轮环(133)的旋转引起所述第一和第二电流承载环(131、132)的共同旋转。

2.根据权利要求1所述的切换系统，其中所述环形堆(130)包括绝缘环(134)，

其中，所述槽轮环(133)和所述绝缘环(134)沿着所述环形堆(130)的堆叠方向(135)布置在所述第一和第二电流承载环(131、132)之间。

3.根据权利要求1或2所述的切换系统，其中所述驱动轮(122)包括两个突出部(124、125)，所述突出部(124、125)能与所述槽轮环(133)交替地耦合，以将所述驱动轮(122)的旋转传输到所述槽轮环(133)。

4.根据权利要求1至3之一所述的切换系统，包括：

-驱动轴(123)，所述驱动轴(123)能旋转以使所述驱动轮(122)旋转，其中所述驱动轴(123)相对于所述槽轮环(133)偏心地布置。

5.根据权利要求1至4之一所述的切换系统，其中所述可旋转的环形堆(130)中的环彼此固定，使得所述环(131、132、133、134、137)相对于彼此的旋转运动被阻止。

6.根据权利要求1至5之一所述的切换系统，包括连接到所述第一电流承载环(131)的第一可移动触头(141)和连接到所述第二电流承载环(132)的第二可移动触头(142)，使得所述第一和第二可移动触头(141、142)能交替地耦合到所述接触元件(111、112)中的相应的一个。

7.根据权利要求6所述的切换系统，其中所述第一和第二可移动触头(141、142)能共同旋转，并且所述第一和第二可移动触头(141、142)相对于彼此的旋转运动被阻止。

8.根据权利要求6或7之一所述的切换系统，其中沿着径向方向(136)分别建立所述第一和第二可移动触头(141、142)与所述接触元件(111、112)中的一个之间的导电耦合。

9.根据权利要求1至8之一所述的切换系统，其中所述接触元件各自包括部分地围绕所述第一或第二电流承载环(131、132)的细长弧形形状。

10.一种有载抽头变换器，包括：

-根据权利要求1至9之一所述的切换系统(110)，

-接触元件(111、112)，其中所述切换系统(110)的所述环形堆(130)能相对于所述接触元件(111、112)旋转。

11.一种用于切换根据权利要求10所述的有载抽头变换器(100)的抽头连接的方法，包括：

-使驱动轮(122)旋转，

-将所述驱动轮(122)耦合到环形堆(130)的槽轮环(133)，并且从而

-使所述槽轮环(133)旋转，并且从而

-使所述环形堆(130)的第一电流承载环(131)和第二电流承载环(132)共同旋转。