CN1306669A - 步进开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种步进开关。设两个真空开关盒(34、35)作为电开关装置。固定的选择器触点交替地布置在平行的轨道内以及连接两个彼此存在固定关系的运动的机械触点(8、9)装置。机械的切换触点(28)借助于蓄能器操纵,它在事先作上紧运动后释放,以及每个相的两个真空开关盒(34、35)同步操纵。

Description

步进开关

本发明涉及一种按权利要求1前序部分所述在步进可调变压器不同的绕组抽头之间不间断地切换用的步进开关。由WO 94/02955已知这种步进开关。

步进开关可用于在负载下通过改变变压比调整电网的电压、有效功率和无功功率。在由WO 94/02955已知的一种单相步进开关中，分则与一个步进可调变压器绕组抽头电连接的固定触点垂直地排列成一条线。此外设两个单独线性运动的选择器触点，它们彼此独立地扫过固定的选择器触点。在已知的步进开关中，运动的选择器触点的操纵借助一驱动机构进行，它主要由一可连续驱动的上紧滑架和一个可借助于弹簧蓄能器上紧的从动部分组成。在弹簧蓄能器释放后，从动部分便阶跃式地跟随上紧滑架先行的连续的运动。运动的选择器触点之一固定地布置在上紧滑架上，另一个运动的选择器触点位于从动部分上。在此已知的单相步进开关中，作为电开关装置设至少两个，通常为三个真空开关盒，它们与至少一个转换电阻一起固定安装在从动部分上，因此在释放后共同执行其阶跃式的运动。

由DE 42 16 034 C1已知另一种步进开关，它同样有布置在轨道内的固定的选择器触点以及有安置在外壳内只需要一个驱动装置的运动触点。这种步进开关是一种单相的装置，也就是说所提及的外壳围绕着用于一个相的线路所需要的并构成一个所谓单相步进开关模块的全部元件。因此对于三相的装置必须使用三个这样的完整的步进开关模块和三个单独的外壳。

业已证明这些已知的步进开关适用于实现较大的断流容量并被大量使用。但对于某些只有较低的系统电压和断流容量的比较简单的使用情况它们便过于昂贵。在这里首先应考虑到这种已知的步进开关是一种单相模式；因此对于通常为三相的使用条件必须共同运行三个这样的完整的步进开关，从而也需要三个完整的驱动机构、蓄能器以及操纵机构。另一个缺点在于，已知的步进开关中在每次切换时执行阶跃式垂直运动的从动部分，由于固定在它上面的元件多而有很大的质量。因此需要有用于运动阻尼和重力平衡的复杂装置。还有，各真空开关盒在切换顺序期间的同步操纵也需要高精度和比较复杂的操纵机构。

本发明的目的是提供一种按此类型的步进开关，它在机械结构尽可能简单和坚固耐用的同时在只使用两个真空开关盒作为电开关装置的条件下，允许在低的和中等的断路容量范围至数量级约500V的步进电压可靠地实现负载切换。

此目的通过一种具有权利要求1特征的步进开关达到。从属权利要求涉及本发明特别有利的进一步发展。

按本发明的步进开关突出的优点是结构简单和坚固耐用。用于所有要切换的相的机械和电气的开关装置统一在唯一的一个外壳内。因此对全部的相只需要唯一的一个驱动机构；同样地只存在唯一的一个蓄能器，以及所有相的全部真空开关盒以及全部机械的开关触点都固定安装在唯一的一块底板上。此外，按本发明的步进开关只有小的运动质量，这正是因为如所说明的那样其余的元件均固定布置以及它们无需随运动的选择器触点一起运动。按本发明的步进开关的另一个优点在于，两个运动的选择器触点不再能互相独立地运动，而是共同运动和它们彼此的相对位置不变地固定。这就进一步简化了整个机械装置并除此以外允许成为一种节省空间位置的结构形式。

按本发明的一种特别有利的进一步改进，运动的选择器触点的操纵以特别简单的方式借助一个直线的马耳他链段或两个这样的马耳他链段实现。虽然由US-PS 3 673 364和3 824 355已知借助于齿条可使运动触点沿一直线轨道移动。然而这种已知的方案并未涉及在负载条件下工作的步进开关，而是无负载地转换抽头的切换器(de-energized tapchanger)。与按本发明的这种实施形式的另一个区别在于，在按本发明的步进开关所描述的实施形式的马耳他链段可由一个只是在规定的位置才进入啮合的马耳他传动装置驱动，而已知的齿条则由一个持续地啮合的齿轮操纵。因此这种具有马耳他链段的方案允许以特别简单的方式将驱动电机或驱动轴连续的旋转运动转换成带空行程的时间上错开的纵向运动，对此，已知的具有其在主动和从动部分之间刚性连接的方案原则上是不适用的。

按另一种特别有利的实施形式，每个相的两个运动的选择器触点按这样的方式共同固定地安置在一支承框架上，即，使得只有此支承框架可由上述马耳他链段驱动。

下面借助于附图表示的范例更详细地说明本发明。附图表示：

图1按本发明的步进开关示意前视图；

图2此步进开关的底板局部后视图；

图2a与图2相同的视图，为了表示此装置略去了还要说明的滚轮导引装置；

图3此步进开关的底板局部后视图；

图4固定的选择器触点与运动触点共同工作的示意图；

图5按本发明的步进开关电路详图；以及

图6在将绕组抽头n-2切换到绕组抽头n-1时的切换顺序。

首先应借助于图1说明按本发明的步进开关基本结构。整个设备处于外壳1内，外壳有一电绝缘的后外壳板2。在此后外壳板2上固定互相平行的电绝缘材料制的触点载体3，它们分别带有固定的选择器触点4。在这里规定每一个触点载体3用于一个相；各触点载体3互相平行排列，以及固定的选择器触点4对三个相的每一个按一致的方式布置。如图所示，各固定的选择器触点4总是彼此错开地交替设在此触点载体3的左部和右部上。固定的选择器触点4的线路布置以后再介绍。在外壳1的侧壁上设纵向导引装置5，各一个马耳他链段6可垂直运动地在其上导引。在两个侧面的马耳他链段6之间固定一电绝缘材料制的支承框架7，它为每一相带两个运动触点8、9。每个相的运动触点8、9分别与该相的固定的选择器触点4对应。因此，通过马耳他链段6并因而支承框架7在纵向导引装置5的范围内纵向移动，运动触点8、9可接通不同的固定的选择器触点4。在这里，运动触点8、9沿其纵向的长度尺寸按这样的方式确定，即，当它们在每个切换步骤期间共同运动时，它们中的一个总是到达一个新的固定的选择器触点处，而与此同时它们中的另一个不离开到目前为止的那个固定的选择器触点。图4再次表示了这一情况：a)表示支承框架7并因而运动触点8、9运动前的位置；b)表示在完成一个切换步骤后的位置。再回到图1：在外壳1侧面在一固定装置11上设一驱动电机10，它与传动装置12连接。从此传动装置12引出电绝缘材料制的第一驱动轴13，它沿水平方向贯穿外壳并在另一端支承在轴承15中。第一驱动轴13在两端各有一马耳他传动装置16，它们与有关的马耳他链段6对应。在这里传动装置12设计为，在每一次操纵驱动电机10切换时，第一驱动轴13完成旋转一圈360度。在此时两个马耳他传动装置16啮合在相关的马耳他链段6中以及移动它们并因而向上或向下移动固定在它们之间的支承框架7一个规定的距离，移动方向取决于转向并因而与步进开关的切换方向有关。通过支承框架7的这种向上或向下的移动，使每个相的两个运动触点8、9共同地向上或向下运动。在这种情况下，如已提及的那样，其中一个运动触点离开了到目前为止它与之接触的固定的选择器触点，以及与一个新的固定的选择器触点4触点接通，而在此期间另一个运动触点虽然也移动了，但鉴于其长度尺寸的设计仍与到目前为止的固定的选择器触点4保持接触。运动触点8、9以其自由端分别在每一相的互相平行延伸的导电触轨17、18上滑过，触轨本身分别与第一固定触点25或第二固定触点26电连接。有关这一方面后面还要说明。各触轨17、18本身借助于横梁52架空地固定在外壳1内。除已经说明的第一驱动轴13外，还从传动装置12引出第二驱动轴14，后者在外壳1内垂直向上延伸。在每次切换时此第二驱动轴14完成旋转180度并与一蓄能器的上紧滑架19连接。蓄能器的重要组成部分正是这个上紧滑架19，它通过第二驱动轴14克服蓄能器弹簧20的力压紧，以及除此之外还有一从动部分21，它在释放后跟随上紧滑架19纵向运动。这种蓄能器，亦即其中通过一根轴的旋转运动使一上紧滑架沿纵向运动并因而被压紧以及其中一个从动部分在释放后阶跃式地同样执行纵向运动的蓄能器原则上是已知的，所以进一步的细节不需要在这里说明。这种类型的蓄能器例如在DE-PS 28 06 282或DE-PS 39 19 596中有详细介绍。从动部分21与从动离合器22连接，通过它将释放后阶跃式水平方向的纵向运动传递给一个用电绝缘材料制的操纵滑架23。此操纵滑架23的功能在后面也还要说明。但首先应对装在外壳1内同样用电绝缘材料制的底板24作一详细介绍，在底板上为每个相分别设一第一固定触点25和一第二固定触点26以及一固定的根触点27。此外，在那里的一个轴承29内设一运动的切换触点28，它有一接触部分31，两个固定触点25、26之一可借助此接触部分与根触点27电连接；此整个装置有电切换器的功能。运动的切换触点28在其上部有一操纵槽32，它可被一个固定在操纵滑架23上的带操纵销33的操纵件30操纵。因此，在蓄能器从动部分21释放后操纵滑架23水平运动时，操纵销33插入操纵槽32内，并绕其轴承29摆动此整个运动的切换触点28，由此实现在两个固定触点25、26之一与根触点27电连接之间的切换。在底板24面对后外壳板2的后侧上固定了其他一些元件，现在可借助于图2、2a和3对它们作详细的说明。首先，为每个相借助固定角形件36、37在底板24上固定两个真空开关盒34、35。此外，在底板24下部区内为每个相设一转换电阻49。两个真空开关盒34、35向上伸出的操纵推杆50、51分别设一摆动的操纵臂38、39。每个操纵臂38、39在其自由端各有一滚轮40、41。在这里，操纵臂38、39的几何形状应设计为使每个相的两个滚轮40、41彼此重叠处于一条垂直线内。这两个滚轮40、41分别在滚轮导引装置42的一个滚道43、44内滚动，在这里为每个相在操纵滑架23上固定一个滚轮导引装置。此外，滚轮导引装置42有另一个附加的滚道53，其中导引另一个滚轮54。此另一个滚轮54直接固定在底板24上并在蓄能器释放后在操纵滑架23水平运动时导引此操纵滑架23。除此之外还设一同样固定在操纵滑架23上对每个相有一共同的纵向导引装置48的止动板47，在此纵向导引装置内同样导引两个滚轮40、41。通过此附加的止动板47，保证尽管在操纵滑架23并因而滚轮导引装置42及其滚道43、44移动时操纵臂38、39能垂直运动并因而操纵真空开关盒34、35的操纵推杆50、51，但不能侧向偏摆。此止动板47设在滚轮导引装置42与操纵滑架23之间；因为在图2的视图中它被滚轮导引装置42覆盖，所以在图2a中将此滚轮导引装置42略去。这两个滚轮40、41在任何情况下都将尺寸设计为，使它们同时在滚道43、44之一及附加的纵向导引装置48内滚动。为了补偿触点烧蚀，按传统的方式在操纵推杆50、51处还附加地设有弹簧45、46。

下面应再次说明上述元件在切换过程协同动作时的功能。为了从一个固定的选择器触点4到相邻的另一个选择器触点开始负载切换，操纵此驱动电机10，它通过传动装置12造成两根驱动轴13、14互相独立的两种运动。这两根驱动轴13、14的每一根的旋转方向取决于负载切换的方向，也就是说取决于负载究竟是朝“更高”或朝“更低”的方向进行切换。在每一次负载切换时第一驱动轴13完成旋转一圈360度，在经过规定的转角后两个马耳他传动装置16啮合在相关的马耳他链段6内并按这样的方式移动支承框架7并因而运动触点8、g，即，使两个运动触点之一到达新选择的固定的选择器触点处。除此之外，在传动装置12中还设有图中没有进一步表示的已知的第一驱动轴13的空程离合器，借助它做到在切换方向相反并因而驱动轴转向相反时，第一驱动轴13并因而马耳他传动装置16不旋转整个360度，而是只旋转一个较小的角度，使得马耳他传动装置16不与马耳他链段6发生啮合并因而使运动触点8、9不发生运动。这种在步进开关中常见的原理也可以借助图4和6说明。在第一次切换方向反向时，运动触点8、9停留在当时的固定的选择器触点4上，它们正好使之触点接通，而在此期间通过第二驱动轴14实施压紧蓄能器并在蓄能器释放后实施操纵运动的切换触点28及真空开关盒34、35。在再次沿此方向切换时则相反，上述空行程离合器不起作用，在释放蓄能器重新操纵机械和电气开关装置前，首先使运动触点8、9到达其新的位置。与此同时第二驱动轴14完成旋转180度并压紧上紧滑架19。在完全压紧后，从动部分21被图中未进一步表示的棘爪释放并沿水平方向实施阶跃式的运动。在这种情况下此运动总是轮流地一次向右，而当下一次切换时又向左，依此类推。其原因在于从动部分在释放后总是轮流地运动到其左或右的终端位置。从动部分21当时的水平运动通过从动离合器22传给操纵滑架23，它同样总是轮流地一次向右甩和在下一次切换时一次向左甩。因此不仅在底板24前面的机械开关装置而且在底板24后面的真空开关盒34、35均被操纵：在底板24的前面操纵销33插入操纵槽32内并摆动运动的切换触点28，它因而切断了第一固定触点25与根触点27的电连接并确切地说代之以由第二固定触点26与根触点27电连接，或反之。如已说明的那样，这两个固定触点25、26通过两个触轨17、18分别与正好被运动触点8、9目前触点接通的固定的选择器触点4电连接，所以通过操纵运动的切换触点28，完成从一个运动触点8到另一个运动触点9并因而从到目前为止的触点接通的固定的选择器触点到新的固定的选择器触点的切换。在底板24的后面，同样作往复运动的滚轮导引装置42通过随其一起移动的其中导引操纵臂38、39滚轮40、41的滚道43、44操纵真空开关盒34、35。通过适当地设计滚道43、44的几何结构，准确地说使它们沿水平方向错开，准确地规定了操纵顺序。除此之外，已说明的止动板47通过其纵向导引装置48防止滚轮40、41并因而整个操纵臂38、39不希望的侧向偏摆。在这些迄今所参见的附图中，所说明的各元件之间的电连接并没有在所有的情况下都表示。在图1中只表示了每个相与有关的运动触点8、9电连接以及运动触点本身又分别与两个固定触点25、26之一连接的触轨17、18。为了视图清晰起见，图中没有表示去固定的选择器触点4、去真空开关盒34、35、去固定触点25、26、根触点27以及去负载线的电连线。

图5表示上述各元件之间电连接的相互关系。

最后，图6借助于图5示意表示的线路再次说明负载从n-2切换到n-1的例子，准确地说是说明各元件相继进行的操纵顺序。电路中流过电流的部分用粗线表示。因为元件的配置与图5所示完全一样，所以为了视图清晰起见图6中略去了这些标号。一次负载切换由下列相继进行的切换步骤组成：

a)表示原始状况，其中固定触点n-2是接通的。在此位置运动的切换触点28连接第一固定触点25与根触点27，并通过闭合的第一真空开关盒34建立与负载线L的连接。第二真空开关盒35是开启的；

b)运动触点8、9一起运动：运动触点8仍停留在固定的选择器触点n-2上，运动触点9到达新的要接通的固定的选择器触点n-1。在图4中表示了这一情况：因此与a)相比在视图内的线路尚未发生变化；

c)第二真空开关盒35闭合，现在负载电流的一部分附加地流过转换电阻49；

d)第一真空开关盒34开启，现在全部负载电流经转换电阻49和第二真空开关盒35流动；

e)运动的切换触点28摆动，现在将第二固定触点26与根触点27连接；

f)第一真空开关盒34闭合并承接负载电流，除此之外流过无功电流；

g)第二真空开关盒35再次开启，现在负载电流从新的固定的选择器触点n-1通过第一真空开关盒34流向负载线L；达到了此新的稳定状态以及此次负载切换结束。

上面借助于三相步进开关说明了本发明。在本发明的范围内也可以代之以只设有一相的步进开关，因此其中只设有至此所述的三个单独的各由固定的选择器触点4、运动触点8、9、切换器25、26、27、28以及两个真空开关盒34、35组成的部件之一。由此并不改变电路和切换顺序，通过第一和第二驱动轴13、14操纵各元件的方式方面变化也很小。

Claims (10)

1．在步进可调变压器不同的绕组抽头之间不间断地切换用的步进开关，其中，沿一条直线布置固定的选择器触点，它们分别与各绕组的抽头电连接；固定的选择器触点可通过两个可沿纵向移动的运动触点操纵；为每个要切换的相采用两个真空开关盒作为电开关装置；设一驱动装置，它总是在操纵步进开关时起动；以及，设一蓄能器，它被驱动装置压紧并在释放后操纵电开关装置，其特征为：对于所有要切换的相分别需要的固定的选择器触点(4)、运动触点(8、9)、两个真空开关盒(34、35)、所有其他的开关和操纵装置以及唯一的驱动装置(10)和同样是唯一的蓄能器装在一个公共的外壳(1)内；每个相的固定的选择器触点(4)交替地布置在两根平行的轨道内；每个相的两个运动触点(8、9)可共同地以及它们彼此的相对位置不变地运动；每个相两个运动触点(8、9)的每一个分别与布置在轨道中的固定的选择器触点(4)相对应；每个相两个运动触点(8、9)的每一个与切换器的机械式固定触点(25、26)电连接，切换器的根触点(27)通过第一真空开关盒(34)与负载线(L)连接；以及，两个运动触点之一(8)附加地通过一个由转换电阻(49)和第二真空开关盒(35)构成的串联电路同样与负载线(L)连接。

2．按照权利要求1所述的步进开关，其特征为：从唯一的驱动装置(10)引出第一驱动轴(13)和第二驱动轴(14)；由第一驱动轴(13)共同连续地操纵所有要切换的相的全部运动触点(8、9)；由第二驱动轴(14)操纵一种已知的蓄能器的上紧滑架(19)，它的从动部分(21)在释放后阶跃式地按预定的切换顺序操纵全部由两个固定触点(25、26)、根触点(27)以及一个运动的切换触点(28)组成的切换器以及每个要转换的相的所有真空开关盒(34、35)。

3．按照权利要求2所述的步进开关，其特征为：所有运动触点(8、9)固定设在一公共的支承框架(7)上；固定的支承框架(7)设计为可按这样的方式沿纵向移动，即，通过运动触点(8、9)可以扫过固定的选择器触点(4)；以及，固定的支承框架(7)在两侧分别与一个马耳他链段(6)连接；以及，第一驱动轴有两个马耳他式传动装置(16)，它们分别与其中一个马耳他链段按这样的方式对应，即，通过旋转第一驱动轴(13)，可使支承框架(7)并因而所有的运动触点(8、9)按规定的切换步骤垂直地向上或向下运动。

4．按照权利要求2或3所述的步进开关，其特征为：外壳(1)内设一底板(24)，在底板前面为每个要转换的相安装由两个固定触点(25、26)、根触点(27)和一个运动的切换触点(28)组成的切换器，而在其后面为每个要转换的相安装两个真空开关盒(34、35)；从动部分(21)与一个在释放后跟随其阶跃式运动的操纵滑架(23)连接；以及，在操纵滑架(23)前面安装用于操纵运动的切换触点(28)的装置，而在其后面安装用于操纵真空开关盒(34、35)的装置。

5．按照权利要求4所述的步进开关，其特征为：操纵运动的切换触点(28)的装置由一个带操纵销(33)的操纵件(30)构成，操纵销插入一个可绕轴承(29)转动地支承着的切换触点(28)的操纵槽(32)内。

6．按照权利要求4或5所述的步进开关，其特征为：操纵真空开关盒(34、35)的装置由一滚轮导引装置(42)构成；每一个滚轮导引装置(42)有两个分别导引一个滚轮(40、41)的滚道(43、44)；以及，每个滚轮(40、41)分别通过一操纵臂(38、39)作用在真空开关盒(34、35)的操纵推杆(50、51)上。

7．按照权利要求4或5或6所述的步进开关，其特征为：每个相的两个滚轮(40、41)附加地在一块固定在操纵滑架(23)上的止动板(47)的另一个垂直的纵向导引装置(48)内按这样的方式被导引，即，将它们彼此固定在其垂直位置上。

8．按照前列诸权利要求之一所述的步进开关，其特征为：有关的运动触点(8、9)与有关的切换器固定触点(25、26)的电连接分别通过导电的触轨(17、18)按这样的方式实现，即，使运动触点(8、9)分别以一个自由端在其中一根触轨(17、18)上滑动，亦即电连接。

9．按照前列诸权利要求之一所述的步进开关，其特征为：运动触点(8、9)沿其运动方向的纵向长度尺寸设计为，使得在每一个切换步骤当它们共同运动时它们中的一个总是到达一个新的固定的选择器触点(4)，而与此同时它们中的另一个没有离开那个到目前为止的固定的选择器触点(4)。

10．按照权利要求6至9之一所述的步进开关，其特征为：设附加的用于水平导引操纵滑架(23)的装置，即，令与操纵滑架(23)连接的滚轮导引装置(42)有一附加的水平滚道(53)，另一个与底板(24)固定连接的滚轮(54)在此滚道内被导引。

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