CN116438616A - 有载分接开关和用于操纵有载分接开关的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于在调整式变压器(1)的绕组抽头(NJ、NJ+1、...、NN)之间无中断地转换的有载分接开关(10)，所述有载分接开关包括：第一固定触点(12)，所述第一固定触点能与调整式变压器(1)的第一绕组抽头NJ连接；第二固定触点(13)，所述第二固定触点能与调整式变压器(1)的第二绕组抽头NJ+1连接；第一选择器臂(31)，所述第一选择器臂能接触导通所述固定触点(12、13)中的每个固定触点；第二选择器臂(32)，所述第二选择器臂能接触导通所述固定触点(12、13)中的每个固定触点；用于实施从有载分接开关(10)的第一固定触点(12)到第二固定触点(13)上的转换的有载转换开关(20)。所述有载分接开关(10)此外包括附加于固定触点(12、13)设置的连接触点(11)和辅助触点(33)，所述辅助触点能选择性地接触导通所述连接触点(11)或所述固定触点(12、13)中的一个固定触点。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于在有负载的情况下在调整式变压器的绕组抽头之间无中断地转换的有载分接开关。
背景技术
有载分接开关由机械式分接选择器和有载转换开关组成，所述分级选择器用于无功率地预选应转换到的相应的绕组抽头，所述有载转换开关包括作为切换机构的半导体开关元件，以用于在有负载的情况下从先前的绕组抽头真正地无中断地转换到预先选择的新的绕组抽头上。
这种类型的有载分接开关通常也称为混合分接开关，因为所述有载分接开关除了功率电子切换机构之外也具有机械式触点。由EP 2319058 B1已知这样的混合分接开关。该混合分接开关具有两个负载支路，所述两个负载支路将分别一个绕组抽头通过机械式开关及与所述开关串联设置的串联电路与一个共同的负载引线连接，所述串联电路包括两个反向接通的IGBT。并联于每个IGBT设置有二极管。并联于每个单独的IGBT又分别设置有一个可变电阻。在静态运行中，所述负载支路中的每个负载支路与机械式持久主触点桥接。两侧的IGBT通过一个共同的IGBT驱动器操控。
所述机械式分接选择器和必要时其他的在有载转换开关中设置的机械式开关元件借助于电动机驱动装置来操纵，而功率电子切换机构通过一个单独的操纵机构运行，所述操纵机构必须被供电。
发明内容
因此本发明的任务是，给出一种用于对有载分接开关的功率电子切换机构供电的改进的设计。
该任务通过独立权利要求的相应的技术方案解决。其他的实施形式是从属权利要求的主题。
所述改进的设计依据如下构思，即，对有载分接开关的分别能与变压器的调节绕组的绕组抽头连接的固定触点以一个附加的连接触点进行补充，所述连接触点可以由有载分接开关的辅助触点接触导通。
按照所述改进的设计的第一方面，给出一种用于在调整式变压器的绕组抽头之间无中断地转换的有载分接开关。所述有载分接开关具有能与调整式变压器的第一绕组抽头连接的第一固定触点和能与调整式变压器的第二绕组抽头连接的第二固定触点。固定触点的总数量取决于绕组抽头的数量。有载分接开关的第一选择器臂可以接触导通固定触点中的每个固定触点并且第二选择器臂可以同样接触导通固定触点中的每个固定触点。为了实施从第一固定触点到第二固定触点上的转换，有载分接开关具有有载转换开关。此外，有载分接开关包括附加的连接触点和辅助触点，所述连接触点设置为类似于固定触点，所述辅助触点能选择性地接触导通所述连接触点或所述固定触点中的一个固定触点。
连接触点构成为使得其可以由辅助触点接触导通。
每个固定触点构成为使得其可以由第一和/或第二选择器臂接触导通。优选地每个固定触点具有可以由第一选择器臂接触导通的第一接触面和可以由第二选择器臂接触导通的第二接触面。此外，第一或第二接触面可以由辅助触点接触导通。
按照至少一种实施方式，连接触点与第二固定触点桥接。因此，连接触点不必与附加的绕组抽头电连接。
按照至少另一种实施方式，辅助触点构成为与第一选择器臂机械耦合。
具体来说，这意味着，辅助触点和第一选择器触点在接通的状态中、亦即当它们不移动时位于相邻的触点上。因此，辅助触点和第一选择器臂从不位于相同的固定触点上或同时位于所述连接触点上。
按照至少另一种实施方式，用于转换的所述有载转换开关具有多个半导体开关元件，所述多个半导体开关元件能借助于控制单元操纵。
所述半导体开关元件优选地构成为IGBT开关元件和/或作为晶闸管和/或作为JFET开关元件和/或作为MOSFET开关元件和/或作为集成门极换流晶闸管(IGCT)。特别优选地，所述半导体开关元件分别构成为一个在电桥电路中具有二极管的IGBT。
按照至少一种实施方式，所述控制单元构成为微控制器。
按照至少另一种实施方式，在辅助触点接触导通所述连接触点或所述固定触点中的一个固定触点并且第一选择器臂同样接触导通所述固定触点中的一个固定触点期间，为控制单元并且从而也为半导体开关元件供电。
由第一选择器臂和辅助触点的机械耦合引起地，第一选择器臂和辅助触点能够在转换过程期间的任何时刻都不位于同一固定触点上或同时位于连接触点上。这又引起，在第一选择器臂接触导通一个固定触点的转换过程期间的每个时刻，在第一选择器臂和辅助触点之间存在以分接电压的大小的电压，通过所述电压为控制单元供电。因此，独立地借助于存在的分接电压来运行控制单元并从而也运行半导体开关元件。因而不需要来自外部、例如通过电动机控制装置的附加的能量供应。
按照至少另一种实施方式，控制单元具有蓄能器，当为控制单元供电时，所述蓄能器被充电。
蓄能器的充电通过电压差进行，所述电压差由于不同的固定触点或连接触点和第一固定触点的机械耦合和接触导通在第一选择器臂和辅助触点之间存在。
在操纵第一选择器臂和辅助触点期间，不存在分接电压。因此在该时间中，不为控制单元供电。出于这个原因作为安全措施可以设置有蓄能器，所述蓄能器保证，在转换过程期间的每个时刻确保对功率电子装置的供电。
蓄能器优选地由陶瓷质电容器构成并且因而具有高的耐热性。为了给蓄能器充电，优选使用具有极宽的输入电压范围的开关电源，所述开关电源即使在低的分接电压时仍然起作用。
按照所述改进的设计的第二方面，给出一种用于操纵有载分接开关的方法，所述有载分接开关按照所述改进的设计的第一方面构成。
关于所述方法以类似的方式参考上面的解释、优选的特征和/或优点，如其已经关于所述改进的设计的第一方面或所属的有利的实施方式之一所解释的。
为了从第一固定触点转换到第二固定触点上，所述方法具有如下步骤：
操纵有载转换开关的所述半导体开关元件中的至少一个半导体开关元件，
将第二选择器臂从第一固定触点转换到第二固定触点上，
操纵有载转换开关的所述半导体开关元件中的至少一个半导体开关元件，
将第一选择器臂从第一固定触点转换到第二固定触点上，其中，在将第一选择器臂转换到第二固定触点上的同时，将辅助触点从连接触点转换到第一固定触点上。
按照一种优选的实施形式，从第二固定触点转换到按照第二固定触点构成并且与调整式变压器的第三绕组抽头连接的第三固定触点上包括如下步骤：
操纵有载转换开关的所述半导体开关元件中的至少一个半导体开关元件，
将第二选择器臂从第二固定触点转换到第三固定触点上，
操纵有载转换开关的所述半导体开关元件中的至少一个半导体开关元件，
将第一选择器臂从第二固定触点转换到第三固定触点上，其中，在将第一选择器臂转换到第三固定触点上的同时，将辅助触点从第一固定触点转换到第二固定触点上。
所述方法的其他设计形式和实现方案直接从分接开关的不同的设计形式得出，并且反之亦然。特别是可以对应地实现单个或多个关于分接开关所说明的构件和/或布置结构，以用于实施所述方法。
附图说明
在下文中，在参考附图的情况下借助于示例性的实施形式详细解释本发明。相同或功能上相同或具有相同效果的构件可以设有相同的附图标记。相同的构件或具有相同功能的构件可能仅关于其首次出现所在的图来解释。所述解释不必在随后的附图中重复。
图中：
图1示出按照改进的设计的有载分接开关的示例性的实施形式的示意图；
图2a至图2g示出图1的有载分接开关的示例性的切换过程。
具体实施方式
所述图仅示出本发明的实施例，然而不将本发明限制于所示出的实施例。
图1示出按照改进的设计的用于调整式变压器1的有载分接开关10的示例性的实施形式的示意图。所述调整式变压器1具有主干绕组2和调节绕组3，所述调节绕组包括不同的绕组抽头NJ、NJ+1、...、NN，所述绕组抽头通过有载分接开关10接通或切断。
按照所述改进的设计，有载分接开关10具有至少一个第一固定触点12、第二固定触点13和第三固定触点14，所述第一固定触点能与第一绕组抽头NJ连接，所述第二固定触点能与第二绕组抽头NJ+1连接，所述第三固定触点能与调整式变压器1的调节绕组3的第三绕组抽头NJ+2连接。固定触点的总数量取决于绕组抽头的数量。附加于固定触点，所述有载分接开关10具有另一个连接触点11，所述另一个连接触点与第二固定触点13桥接。连接触点11不与任何绕组抽头NJ、NJ+1、...、NN直接连接。
为了无功率地预选固定触点12、13，所述有载分接开关10具有包括第一选择器臂31和第二选择器臂32的选择器30，所述第一选择器臂和第二选择器臂可彼此独立地操纵并且可以接触导通所述固定触点中的每个固定触点。附加于选择器臂31、32，有载分接开关10具有辅助触点33，所述辅助触点与第一选择器臂31机械耦合。
有载分接开关10此外具有用于实施在预选的固定触点12、13之间真正地有载转换的有载转换开关20。所述有载转换开关20总共具有三个电流支路。包括机械式开关元件25的主支路24，所述主支路可以不仅将第一选择器臂31而且将第二选择器臂32与负载引线15连接，包括第一半导体开关元件22的第一辅助支路26，所述第一辅助支路并联于主支路24设置并且可以将第一选择器臂31与负载引线15连接，以及包括第二半导体开关元件23的第二辅助支路27，所述第二辅助支路可以将第二选择器臂32与负载引线15连接。并联于第一和第二辅助支路26、27分别设置有可变电阻28。借助于一个控制单元21操纵所述半导体开关元件22和23。
示例性地已经选择有载转换开关20的所描述的具体的电路布置。原则上，在每种有载分接开关中可实施所述改进的设计，所述有载分接开关具有有载转换开关，所述有载转换开关包括作为用于无中断地转换的切换机构的半导体开关元件。
在图1中的示图中，有载分接开关10处于静止的位置。第一和第二选择器臂31、32两者都位于第一固定触点12上。辅助触点33位于与第二固定触点13桥接的附加的连接触点11上。由此，在选择器臂31和辅助触点33之间存在分接电压并且为控制单元21供电。负载电流IL从接触导通的固定触点12经由第一选择器臂31、主支路24和闭合的机械式开关元件25流至负载引线15。两个半导体开关元件22和23被切断。
在图2a至图2g中示出图1的有载分接开关的示例性的切换过程。
在从第一固定触点12到第二固定触点13上的转换过程中，在第一步骤(图2a)中借助于控制单元21接通第一半导体开关元件22。
在下一个步骤(图2b)中，将无电流的第二选择器臂32从第一固定触点12移动到第二固定触点13上。
然后打开机械式开关元件25(参考图2c)。负载电流IL现在流经第一辅助支路26和激活的第一半导体开关元件22。
在下一个步骤(图2d)中，优选在电流的过零中切断第一半导体开关元件22。电流的时间历程可以例如借助于电流传感器(未示出)由控制单元21检测，所述电流传感器设置在引线15的电流支路中。随着第一半导体开关元件22的切断，负载电流IL转移到与第一半导体开关元件并联设置的可变电阻28上。
在下一个步骤中，如图2e所示，在确定的持续时间、例如5μs之后接通第二半导体开关元件23。负载电流IL因此转换到第二固定触点13上并且从第二选择器臂32经由第二辅助支路27和激活的第二半导体开关元件23流至负载引线15。
然后，将现在无电流的第一选择器臂31转换到第二固定触点13上并且同时将辅助触点33从连接触点11转换到第一固定触点12上(图2f)。
在下一个步骤(图2g)中，将机械式开关元件25再次闭合并且此后将第二半导体开关元件23由控制单元21切断。有载分接开关10现在已经达到静止的第二位置。随着机械式开关元件25的闭合，负载电流IL再次转移到主支路24上。第一和第二选择器臂31、32两者都位于第二固定触点13上并且辅助触点33位于第一固定触点12上。负载电流IL现在从第二固定触点13经由第一选择器臂31和包括闭合的机械式开关元件25的主支路24流至负载引线15。从而结束到第二固定触点13上的有载转换。
类似于步骤2a-2g地进行从第二固定触点13到第三固定触点14上的转换，区别仅在于，辅助触点33在转换开始时不位于连接触点11上，而是位于一个固定触点、即第一固定触点12上。
以相反的方向、例如从第二固定触点13到第一固定触点12上的转换正好以相反的次序进行，也就是说，按照图2g至2a。
本公开及其许多伴随的优点被认为通过以上描述来理解。此外，显而易见的是，可以对构件的形式、构造和布置进行各种改变，而不偏离所公开的主题或放弃所有的实质优点。所描述的实施方式仅是解释性的，并且这样的改变被以下权利要求所涵盖。此外，应当理解，本发明由所附权利要求书限定。
附图标记列表
1 调整式变压器
2 主干绕组
3 调节绕组
10 有载分接开关
11 连接触点
12 第一固定触点
13 第二固定触点
14 第三固定触点
15 负载引线
20 有载转换开关
21 控制单元
22 第一半导体开关元件
23 第二半导体开关元件
24 主支路
25 机械式开关元件
26 第一辅助支路
27 第二辅助支路
28 可变电阻
30 选择器
31 第一选择器臂
32 第二选择器臂
33 辅助触点
(NJ、NJ+1、…、NN) 绕组抽头
Claims (8)
1.用于在调整式变压器(1)的绕组抽头(NJ、NJ+1、...、NN)之间无中断地转换的有载分接开关(10)，所述有载分接开关包括：
第一固定触点(12)，所述第一固定触点能与调整式变压器(1)的第一绕组抽头NJ连接，
第二固定触点(13)，所述第二固定触点能与调整式变压器(1)的第二绕组抽头NJ+1连接，
第一选择器臂(31)，所述第一选择器臂能接触导通所述固定触点(12、13)中的每个固定触点，
第二选择器臂(32)，所述第二选择器臂能接触导通所述固定触点(12、13)中的每个固定触点，
有载转换开关(20)，所述有载转换开关用于实施从有载分接开关(10)的第一固定触点(12)到第二固定触点(13)上的转换，
其中，所述有载分接开关(10)此外包括
附加于所述固定触点(12、13)设置的连接触点(11)，
辅助触点(33)，所述辅助触点能选择性地接触导通所述连接触点(11)或所述固定触点(12、13)中的一个固定触点。
2.按照前一权利要求所述的有载分接开关(10)，其中
所述连接触点(11)与第二固定触点(13)桥接。
3.按照上述权利要求1至2之一所述的有载分接开关(10)，其中
所述辅助触点(33)与第一选择器臂(31)机械耦合。
4.按照上述权利要求1至3之一所述的有载分接开关(10)，其中
用于转换的所述有载转换开关(20)具有多个半导体开关元件(22)，所述半导体开关元件能借助于控制单元(21)操纵。
5.按照权利要求4所述的有载分接开关(10)，其中
在所述辅助触点(33)接触导通所述连接触点(11)或所述固定触点(12、13)中的一个固定触点并且第一选择器臂(31)接触导通所述固定触点(12、13)中的一个固定触点期间，为控制单元(21)供电。
6.按照权利要求5所述的有载分接开关(10)，其中
所述控制单元(21)具有蓄能器，当为所述控制单元(21)供电时，所述蓄能器被充电。
7.用于操纵有载分接开关(10)的方法，所述有载分接开关特别是按照上述权利要求1至6之一构成，其中，从第一固定触点(12)转换到第二固定触点(13)上包括如下步骤：
操纵有载转换开关(20)的所述半导体开关元件(22)中的至少一个半导体开关元件，
将第二选择器臂(32)从第一固定触点(12)转换到第二固定触点(13)上，
操纵有载转换开关(20)的所述半导体开关元件(22)中的至少一个半导体开关元件，
将第一选择器臂(31)从第一固定触点(12)转换到第二固定触点(13)上，其中，在将第一选择器臂(31)转换到第二固定触点(13)上的同时，将辅助触点(33)从连接触点(11)转换到第一固定触点(12)上。
8.按照前一权利要求所述的方法，其中，从第二固定触点(13)转换到第三固定触点(14)上包括如下步骤：
操纵有载转换开关(20)的所述半导体开关元件(22)中的至少一个半导体开关元件，
将第二选择器臂(32)从第二固定触点(13)转换到第三固定触点(14)上，
操纵有载转换开关(20)的所述半导体开关元件(22)中的至少一个半导体开关元件，
将第一选择器臂(31)从第二固定触点(13)转换到第三固定触点(14)上，其中，在将第一选择器臂(31)转换到第三固定触点(14)上的同时，将辅助触点(33)从第一固定触点(12)转换到第二固定触点(13)上。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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