CN117546261A - 开关单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种开关单元(1)，包括：‑有载分接开关(17)，所述有载分接开关具有操纵轴(20)，所述操纵轴操纵开关器件(21)；驱动系统(3)，所述驱动系统具有马达(12)；其中，驱动系统(3)与有载分接开关(17)机械地耦联，并且所述驱动系统操纵该有载分接开关，驱动系统(3)在操纵所述有载分接开关(17)时将操纵轴(20)用作用于动能的储存器，使得操纵轴(20)被加速并且开关器件(21)借助于来自操纵轴(20)的动能和由马达(12)提供的附加能量被操纵。

Description

开关单元

技术领域

本发明涉及一种具有有载分接开关和驱动单元的开关单元以及一种用于借助开关单元执行切换的方法。

背景技术

有载分接开关由现有技术已知并且通常具有有载切换开关和选择器。有载分接开关的操纵大多借助马达驱动器结合弹簧蓄能器进行。在执行切换时，马达驱动器预紧弹簧蓄能器的弹簧。在此，要么压缩弹簧被压缩，要么拉伸弹簧被拉伸。从定义的机械点开始，突然释放被引入到弹簧中的能量并且操纵有载分接开关。这种操纵方式不能至少从弹簧能量释放的时间点起控制所述切换所需的能量。

发明内容

因此，本发明的任务是，提出一种没有弹簧蓄能器的开关单元，该开关单元智能地利用对于切换所需的能量并且在此简单且紧凑地构造。

该任务利用根据权利要求1的开关单元来解决。从属权利要求的特征在此形成本发明的有利的改进方案。

本发明的另外的任务是，提供一种用于借助开关单元执行切换的方法，该开关单元能够安全且有效地执行。

该任务利用根据权利要求6的方法来解决。从属权利要求的特征在此形成本发明的有利的改进方案。

根据第一方面本发明提出一种开关单元，包括：

-有载分接开关，其具有操纵轴，所述操纵轴操纵开关器件；

-具有马达的驱动系统；

其中，

-所述驱动系统与所述有载分接开关机械地耦联并且操纵该有载分接开关；

-所述驱动系统在操纵所述有载分接开关时这样地将所述操纵轴用作用于动能的储存器，使得所述操纵轴被加速并且所述开关器件借助于来自所述操纵轴的动能和由所述马达提供的另外的能量被操纵。

通过根据本发明的开关单元实现了开关器件的特别有效的操纵，并且因此实现了执行有载分接开关的切换。操纵轴首先被加速并且吸收动能。在该阶段期间，操纵轴虽然与开关器件机械连接，然而还没有操纵所述开关器件。从通过结构定义的点开始，开关器件才被操纵。在此，然后利用操纵轴的动能和来自驱动系统的马达的能量来操纵开关器件并且因此执行有载分接开关的切换。操纵轴的质量和驱动系统的马达优化地与开关器件协调。因此，在操纵开关器件时防止马达的转速如此下降，使得低于转速的最小值。由此，始终遵循开关时间。过渡电阻不会过长地被加载有环形电流。此外，使用一种精确匹配的、不尺寸过大的马达。因此，开关单元变得成本有利。因此，操纵轴的动量被用来优化地执行负载切换。

开关单元可以以任意的型式和方式构造，其中，

-所述操纵轴和所述开关器件机械地耦联，使得所述操纵轴在确定的旋转角度之后操纵所述开关器件。

在此，操纵轴在其外表面上具有部分环绕地分布的凸轮。开关单元可以具有多个开关器件，这些开关器件包括真空开关管和/或选择器触点。开关器件可以包括操纵杆，所述操纵杆借助于滚轮在操纵轴的外表面上移动。在操纵轴旋转时，仅当操纵杆的相应的滚轮碰到凸轮时，才操纵开关器件。真空开关管在操纵时相应地被关闭和打开。选择器触点接触固定触点，所述固定触点与调节绕组的分接抽头连接。

开关单元可以以任意的型式和方式构造，其中，

-所述操纵轴在操纵所述有载分接开关时至少旋转一次并且所述马达轴旋转多次。

根据马达与操纵轴之间的传动机构的实施方式，马达轴在执行切换时旋转多次。操纵轴在切换时至少旋转一次并且最多旋转三次，即至少旋转360度或者最多旋转1080度。

开关单元可以以任意的型式和方式构造，其中，

-用于加速操纵轴的力矩近似或大于用于操纵一个开关器件或多个开关器件的力矩。

本发明根据第二方面提出一种用于借助开关单元执行切换的方法，其中：

-在第一步骤中，操纵轴通过驱动系统的马达加速，所述操纵轴在此吸收动能并且没有操纵开关器件；

-在第二步骤中，所述开关器件借助于来自所述操纵轴的动能和来自所述驱动系统的能量被操纵；

-在第三步骤中，所述操纵轴通过所述驱动系统的马达制动。

在借助于开关单元执行切换时，尤其在执行有载分接开关的切换或其操纵时，切换过程分成多个步骤。在第一步骤中，操纵轴利用驱动系统的马达加速。在此，操纵轴储存动能。在第二步骤中，进行开关器件的操纵。为此所需的能量从操纵轴的动能和驱动系统的马达的另外的能量中获取。

附图说明

以下将参照附图更详细地描述本发明及其优点。在此，示出：

图1示出开关单元的示意图；

图2以两个图表示出开关单元的驱动系统的马达的行驶特性曲线；

图3a至图3b借助各两个图表示出具有不同的操纵轴的驱动系统的三个行驶特性曲线；

图4示出用于切换开关单元的流程图。

具体实施方式

图1示出开关单元1的示例性实施方式的示意图，所述开关单元具有有载分接开关17和驱动系统3，该驱动系统经由驱动轴16与有载分接开关17及其操纵轴20和多个开关器件21连接。利用该驱动系统3执行用于执行有载分接开关的切换的方法。有载分接开关17可以包括有载切换开关、选择器、双向换向器、换向器和/或预选器或者也可以设计为有载选择器。开关器件21可以构造为真空开关管和/或简单的触点或选择器触点，其被布置在油中。驱动系统3包含马达12，该马达可以经由马达轴14和可选地经由传动机构15驱动所述驱动轴16。驱动轴16与在有载分接开关17中的操纵轴20连接。驱动系统3的控制装置2包括功率部件11，该功率部件例如包含用于马达12的受控制的或经调节的能量供应的变流器(未示出)以及用于例如经由总线19来操控功率部件11的控制单元10。驱动系统3具有反馈系统4，该反馈系统在功能上配属给驱动轴16。反馈系统4可以是探测器系统13。同样，该探测器系统13可以是反馈系统4的一部分。反馈系统4或探测器系统13与功率部件11连接。此外，探测器系统13直接地或间接地与驱动轴16耦联。

探测器系统13被设置成用于检测针对驱动轴16的位置的第一值并且因此也检测操纵轴20的位置的第一值，所述位置如例如角度位置、尤其是绝对角度位置。为此，探测器系统13例如可以包括绝对值探测器，尤其是多圈绝对值探测器或单圈旋转编码器，该绝对值探测器紧固在驱动轴16、马达轴14或其他轴上，所述其他轴的位置与驱动轴16的位置明确地关联。例如，驱动轴16或操纵轴20的位置可以从马达轴14的位置明确地被确定，如例如通过传动机构15的传动比。此外，探测器系统13可以包括虚拟的旋转编码器，该旋转编码器确定马达轴14的位置并且由此导出驱动轴16或操纵轴20的位置。

反馈系统4被设置成用于检测针对驱动轴16的位置的值并且因此也检测针对操纵轴20的位置的值。在设计为多圈绝对值探测器或单圈旋转编码器的探测器系统13中，将针对驱动轴16的位置的值作为协议来提供。

在将探测器系统13实施为虚拟的旋转编码器时，由马达12的转子位置求取针对驱动轴16的位置的值。为此，例如可以利用通过转子在马达12的马达绕组中的运动引起的感应式反馈。因为反馈的强度周期性地变化，所以尤其可以借助于信号分析、如例如通过FFT分析来近似地确定转子位置。因为驱动轴16的一整个回转相应于转子的多个回转，所以由此可以以高得多的精度推断出驱动轴16的以及还有操纵轴20的位置。

探测器系统13也可以被构造为虚拟的旋转编码器和辅助触点的组合，该辅助触点直接地或间接地与驱动轴16连接。然后，由虚拟的旋转编码器和辅助触点的信号来形成针对驱动轴16的位置的值。

控制装置2、尤其是控制单元10和/或功率部件11被设置成用于根据反馈系统4基于该值产生的反馈信号来控制或调节马达12。

控制装置2、例如控制单元10将针对驱动轴16或操纵轴20的位置的值用于有载分接开关17的位置确定。控制装置2、例如控制单元10如此控制和调节马达12，使得该马达根据预设保持预设的转速。

在执行切换时或在操纵有载分接开关17时，始终尝试：将驱动系统3和尤其是马达12加速到预设的转速，在切换期间保持该转速并且在切换结束时将马达的转速降低到0。在切换期间或者说在操纵有载切换开关17时，马达12的转速不允许低于预设的最小值。

操纵轴20和开关器件21机械地互相连接或耦联。操纵轴20可以具有凸轮，所述凸轮从操纵轴20的旋转的确定点开始，例如经由曲杆，打开和关闭开关器件21、尤其真空开关管。在此，基于此：用于操纵开关器件21所需的能量始终是相同的。换言之，必须始终施加恒定的力矩，以便操纵开关器件21。

因为不是理想的系统，所以应基于此：马达12首先延迟地提供对于操纵开关器件21所需的能量并且因此马达12的转速最初下降。然后，马达12延迟地提供能量，由此转速也上升。

图2示出马达12的用于切换或操纵所述开关单元1的可能的行驶特性曲线并且尤其以不同的图表25、26示出了所述切换被划分成多个步骤。为了更好地阐述，这些图表被示出成相叠布置。在第一图表25中关于时间绘出了所述马达12的转速n。操纵轴20通过驱动系统3的马达12加速。如在此可看到的那样，马达12的转速在第一步骤60中在确定的时间内线性增大，直至达到确定的值、即确定的转速。在此，涉及切换方法或切换的第一步骤60。在第一图表25下方示出的第二图表26中呈现动能的变化曲线。所述动能由操纵轴20的转速和惯性和开关器件21的惯性形成。

在此，所述切换的第一步骤60也分界地呈现。当驱动系统3的马达12加速所述操纵轴20时，开关单元1的整个机械系统中的动能增加。

在第二步骤70中，现在进行开关器件21的操纵。有利地，除了来自马达12的能量之外，利用操纵轴20的动能，以便操纵开关器件21。换言之，操纵轴20的质量的动量在操纵开关器件21时支持马达12。操纵轴20用作用于动能的储存器。在第二步骤60中可见，马达12的转速在操纵开关器件21时短时间地下降并且然后再次上升到预设值。

通过操纵开关器件21，尤其当操纵开关器件21的马耳他轮时，自确定的点起，所述马耳他轮的惯性突然耦联到操纵轴20的惯性上。这导致动能从操纵轴20移动到开关器件21中。在总能量保持相同之后，操纵轴的转速必须必然地下降。因为现在操纵轴20的惯性和开关器件21的惯性必须被加速以便马达达到预设转速，所以动能也上升。在操纵开关器件21时特别重要的是，转速不低于确定的最小值27。低于最小值可能导致：开关器件21被太慢操纵。于是，开关时间不被遵循，从而开关器件21中的电弧不能熄灭或者过渡电阻将被加载过长时间。

在图3a至图3c中，借助于三个行驶特性曲线描述由三个不同的操纵轴20和马达12构成的组合，所述操纵轴作为用于动能的储存器。在图3a中的第一上部图表30中示出在操纵有载分接开关17时在时间区段中出现的力矩。第一面32示出用于加速操纵轴20所需的力矩。第二面33示出用于操纵开关器件21所需的力矩。第三面34示出用于制动操纵轴20所需的力矩。在下面的图表31中呈现马达12关于时间的转速变化曲线。

所述操纵轴20的惯性在该示例中是小的。因此，必须施加小的力矩，以便加速操纵轴20。在操纵轴20中仅储存少量动能。因为该能量明显小于操纵开关器件21所需的功，所以马达12的转速强烈下降，因为非理想的驱动系统3需要一定的时间，以便将损失的能量再次补充或引入到系统中。换言之，从系统中提取的能量相对于在操纵开关元件21之前存在的动能是非常大的。在此，低于转速的最小值34，这不利地影响所述切换。因此，例如，在有载分接开关17中开关时间不能被遵循。

图3b中的第二图表对40、41示出开关单元1的实施方式的行驶特性曲线，其中，操纵轴20的惯性非常大。因此，必须施加大的力矩42，以便加速操纵轴20。非常多的动能存储在操纵轴20中。因为该能量明显大于操纵开关器件21所需的功，所以一旦出现开关器件21的力矩，马达的转速几乎不会降低。换言之，从系统中提取的能量相对于在操纵开关器件21之前存在的动能是非常小的。在此，不低于转速的最小值44，这积极地影响所述切换。然而，在这种情况下需要非常功率强劲的马达12，以便使操纵轴20达到相应的转速n。功率强劲的马达使得驱动系统昂贵并且因此不经济。第三面44示出用于制动操纵轴20所需的力矩。

在图3c中的第三图表对50、51中示出开关单元1的优化实施方式的行驶特性曲线，其中操纵轴20的惯性连同马达12与在操纵开关器件20时所需的力矩53相协调。在此，操纵轴20的质量正好大到使得在操纵开关器件21时转速正好仍保持超过最小值并且用于加速操纵轴20的力矩52不变得过大。可以选择较小的、更合适的马达12。

换言之，操纵轴20的惯性被选择得如此大，使得用于使操纵轴20加速和制动的力矩52从绝对值方面大于或等于在切换期间或在操纵有载分接开关17时由开关器件21所需的力矩。

图4示出用于借助开关单元1执行切换的方法。在此，在第一步骤60中，操纵轴20通过驱动系统3的马达12加速。操纵轴20接收动能。在此，开关器件21还没有被操纵。在第二步骤70中，开关器件21被操纵。在此，使用所述操纵轴20的动能和驱动系统3的能量。在第三步骤80中，通过驱动系统3减速地制动所述操纵轴20。

对所述有载分接开关的操纵被理解为切换。在此，进行从分级变压器的绕组抽头到所述分级变压器的相邻的绕组抽头的切换。

Claims (7)

1.一种开关单元(1)，包括：

-有载分接开关(17)，所述有载分接开关具有操纵轴(20)，所述操纵轴操纵开关器件(21)，

-驱动系统(3)，所述驱动系统具有马达(12)；

其中，

-驱动系统(3)与有载分接开关(17)机械地耦联，并且所述驱动系统操纵所述有载分接开关，

-驱动系统(3)在操纵所述有载分接开关(17)时将操纵轴(20)用作用于动能的储存器，使得操纵轴(20)被加速并且开关器件(21)借助于来自操纵轴(20)的动能和由马达(12)提供的附加能量被操纵。

2.根据权利要求1所述的开关单元(1)，其中，

-所述操纵轴(20)和所述开关器件(21)机械地耦联，使得操纵轴(20)在确定的旋转角度之后操纵所述开关器件(21)。

3.根据权利要求1或2所述的开关单元(1)，其中，

-所述操纵轴(21)在操纵所述有载分接开关(17)时至少旋转一次并且马达轴(14)旋转多次。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的开关单元(1)，其中，

-用于使所述操纵轴(20)加速的力矩近似或大于用于操纵所述开关器件(21)的力矩。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的开关单元(1)，其中，

-设置多个开关器件(21)，所述多个开关器件被构造为真空开关管和/或选择器触点。

6.一种用于借助根据权利要求1至5中任一项所述的开关单元(1)执行切换的方法，其中：

-在第一步骤(60)中，操纵轴(20)由驱动系统(3)的马达(12)加速，操纵轴(20)吸收动能并且没有操纵所述开关器件(21)；

-在第二步骤(70)中，借助于来自操纵轴(20)的动能和来自驱动系统(3)的能量来操纵所述开关器件(21)。

7.根据权利要求所述的用于执行切换的方法，其中：

-在第三步骤(80)中，通过驱动系统(3)的马达(12)来制动所述操纵轴(20)直至所述操纵轴的静止状态。