DE112007001923T5 - A signal generating unit and method for generating a data signal in a control unit of a power supply device - Google Patents

A signal generating unit and method for generating a data signal in a control unit of a power supply device Download PDF

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    • H01H9/542—Contacts shunted by static switch means

Abstract

Signalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Datensignals in einer Steuereinheit (3) einer Stromversorgungseinrichtung, welche umfasst:
– ein Signalrelais (6) zum Erzeugen des Datensignals durch abwechselndes Öffnen und Schließen mindestens eines Relaiskontakts, wobei dadurch eine Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen durchführt wird, wobei der mindestens eine Relaiskontakt zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zugehörig ist, welche parallel zu den zwei Ausgangsanschlüssen (9) sind,
– einen Schutzschaltkreis parallel zu den zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zum Schützen des mindestens einen Relaiskontakts vor Überspannungen,
dadurch gekennzeichnet, dass
– der Gleichstromeingang (18) einer Gleichrichtereinheit (12) parallel zu den zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) und zu den zwei Ausgangsanschlüssen (9) ist, wobei entweder eine Gleichstrom- oder Wechselstromspannung auf die Ausgangsanschlüsse (9) angelegt ist,
– der Schutzschaltkreis umfasst
– einen Transistorschalter (10), der parallel zum Gleichstromausgang (13) der Gleichrichtereinheit (12) geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang (13) der Gleichrichtereinheit (12) kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter (10) durch die Schaltersteuereinheit...A signal generating unit for generating a data signal in a control unit (3) of a power supply device, comprising:
A signal relay (6) for generating the data signal by alternately opening and closing at least one relay contact, thereby performing a switching operation between two different output voltages, the at least one relay contact being associated with two relay output terminals (8) connected in parallel with the two output terminals (8); 9),
A protection circuit in parallel with the two relay output terminals (8) for protecting the at least one relay contact from overvoltages,
characterized in that
The DC input (18) of a rectifier unit (12) is parallel to the two relay output terminals (8) and to the two output terminals (9), with either a DC or AC voltage applied to the output terminals (9),
- The protection circuit includes
- A transistor switch (10) which is connected in parallel to the DC output (13) of the rectifier unit (12), so that the DC output (13) of the rectifier unit (12) is short-circuited when the transistor switch (10) through the switch control unit ...

Figure 00000001
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Description

Die Erfindung betrifft eine Signalerzeugungseinheit und ein Verfahren zum Erzeugen eines Datensignals in einer Steuereinheit einer Stromversorgungseinrichtung. Insbesondere ist die Steuereinheit ein Antriebselement für einen Stufenschalter.The The invention relates to a signal generating unit and a method for Generating a data signal in a control unit of a power supply device. In particular, the control unit is a drive element for a tap-changer.

Allgemein sind Relais im Stand der Technik bekannt, sie werden meist dafür eingesetzt, eine Last an eine Stromversorgung anzuschließen, zum Beispiel beschreiben US 4,466,038 und US 6,621,668 B1 beide ein mechanisches Relais um Wechselstrom auf eine Last anzulegen. Um während des Öffnens und Schließens der Relaiskontakte eine Lichtbogenbildung zu unterdrücken, ist parallel zum Relais ein Festkörperschalter angeschlossen. Der Festkörperschalter wird geschlossen bevor die Relaiskontakte geöffnet werden, bzw. wird geöffnet nachdem die Relaiskontakte geschlossen werden. Im Gegensatz zu einem Relais, welches als Netzschalter eingesetzt ist, befasst sich diese Erfindung mit Signalrelais.In general, relays are known in the art, they are usually used to connect a load to a power supply, for example, describe US 4,466,038 and US 6,621,668 B1 both a mechanical relay to apply alternating current to a load. In order to suppress arcing during the opening and closing of the relay contacts, a solid-state switch is connected in parallel with the relay. The solid state switch is closed before the relay contacts are opened, or is opened after the relay contacts are closed. In contrast to a relay, which is used as a power switch, this invention is concerned with signal relay.

In den heutigen Hoch- und Mittelspannungs-Stromversorgungssystemen und Stromnetzen werden unterschiedliche Arten von Signalen, welche Dateninformation tragen, erzeugt, übermittelt und weiter verarbeitet, um die Funktionen Messen, Steuern, Regeln und Schützen der verschiedenen Stromversorgungseinrichtungen des Netzes, wie Generatoren, Transformatoren, Sammelschienen und Hochspannungsschalteinrichtungen durchzuführen. Diese Einrichtungen sind Teil der sogenannten Hoch- und Mittelspannungsschaltanlage. In dem „ABB Switchgear Manual" von Hennig Gremmel, 10. Auflage, ISBN 3464482367, Seiten 711–771 , werden die Systeme, welche die verschiedenen Steuerfunktionen ausführen, Sekundärsysteme genannt. Sie werden von den Primärsystemen durch die Tatsache unterschieden, dass sie Information anstatt von Strom handhaben.In today's high and medium voltage power supply systems and power grids, different types of signals carrying data information are generated, transmitted and further processed to perform the functions of measuring, controlling, regulating and protecting the various network power supplies such as generators, transformers, busbars and high voltage switching devices. These facilities are part of the so-called high and medium voltage switchgear. By doing "ABB Switchgear Manual" by Hennig Gremmel, 10th edition, ISBN 3464482367, pages 711-771 , the systems performing the various control functions are called secondary systems. They are distinguished from the primary systems by the fact that they handle information rather than electricity.

Die Datensignale, welche in den Steuereinheiten der Sekundärsysteme verwendet werden, werden entweder durch elektromechanische und elektromagnetische Einrichtungen mit Kontakt erzeugt, oder durch kontaktfreie Elektronik. Diese Erfindung bezieht sich auf Steuereinheiten mit Einrichtungen mit Kontakt und insbesondere auf Steuereinheiten mit Signal- oder Leichtlastrelais.The Data signals which are in the control units of the secondary systems Be used either by electromechanical and electromagnetic Generated devices with contact, or by non-contact electronics. This invention relates to control units having devices with contact and in particular on control units with signal or Light duty relay.

Ein Signalrelais wird dazu verwendet, ein Datensignal durch Durchführen einer Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangspannungen zu erzeugen, wobei die zwei Ausgangsspannungen das Hoch-(High) und das Niedrigniveau (Low) eines Binärsignals darstellen. Üblicherweise schaltet das Signalrelais einfach nur eine Ausgangsspannung durch Schließen und Öffnen eines seiner Kontakte an oder aus. Dieser operative Modus kann auch als Umschalten zwischen einer Nennspannung und Null Volt beschrieben werden. Gemäß ihrer Schalteigenschaft können die Relais eine unterschiedliche Anzahl an Ausgangsanschlüssen in Abhängigkeit von der Anzahl an Kontakten haben. Zum Beispiel können sie in Relais mit einem normalerweise geschlossenen oder normalerweise geöffneten Kontakt, und in Relais mit zwei Wechselkontakten klassifiziert werden. Da diese Grundkonfigurationen vervielfältigt werden können, sind Relais mit mehr als zwei Kontakten und zugehörigen Ausgangsanschlüssen auf dem Markt.One Signal relay is used to pass a data signal a switching operation between two different output voltages to generate, with the two output voltages the high (high) and represent the low level (low) of a binary signal. Usually the signal relay simply turns on only one output voltage Close and open one of its contacts or out. This operative mode can also be called as switching between a Rated voltage and zero volts are described. According to her Switching feature, the relays can be a different Number of output connections depending on of the number of contacts. For example, you can They are in relays with a normally closed or normally open contact, and in relay with two changeover contacts be classified. Because these basic configurations are duplicated are relays with more than two contacts and associated output terminals in the market.

Die Ausgangsspannungen eines Signalrelais, welches in einer Steuereinheit einer Stromversorgungseinrichtung verwendet wird, kann ein Gleichstrom- oder Wechselstromsignal sein und kann bezüglich des Spannungsniveaus signifikant variieren, d. h. von 24 bis 250 V in Abhängigkeit von der gegenwärtigen Implementierung der Steuereinheit im Stromnetz und in Abhängigkeit von regionalen oder lokalen Spezifikationen und Standards.The Output voltages of a signal relay, which in a control unit a power supply device is used, a direct current or AC signal and may be with respect to the voltage level vary significantly, d. H. from 24 to 250 V depending from the current implementation of the control unit in the electricity grid and depending on regional or local Specifications and standards.

Außerdem ist die elektrische Spezifikation des Ausgangsports der Steuereinheit, wo das Datensignal ausgegeben wird, benutzerabhängig. Der elektrische Schaltkreis, welcher an den Ausgangsport angeschlossen ist, kann kapazitive oder induktive Eigenschaften haben. Wenn eine induktive Last, welche in diesem Zusammenhang oft durch die Zeitkonstante L/R beschrieben ist, an einen Ausgangsanschluss einer Steuereinheit angeschlossen ist, wird eine elektromagnetische Gegenkraft (counter electromagnetic force) mit einer hohen Spitze erzeugt, wenn der Strom durch Öffnen eines der Kontakte des Signalrelais abgeschaltet wird. Als Folge kann ein Funke zwischen den zwei Kontaktelementen des Kontakts erzeugt werden, welcher Materialwanderung zwischen den Kontaktelementen, als auch Verdampfen durch hohe Temperaturen verursachen kann. Der negative Effekt der induktiven Last auf die Relaiskontakte ist in einem Gleichstromschaltkreis schädigender als in einem Wechselstromkreis.Furthermore is the electrical specification of the output port of the control unit, where the data signal is output, user dependent. The electric Circuit connected to the output port can have capacitive or inductive properties. If an inductive Last, which in this context often by the time constant L / R is described, to an output terminal of a control unit is connected, a counter - electromagnetic force (counter electromagnetic force) generated with a high peak when the current by opening one of the contacts of the signal relay is turned off. As a result, can generates a spark between the two contact elements of the contact which material migration between the contact elements, as well as evaporation can cause by high temperatures. Of the negative effect of the inductive load on the relay contacts is in a dc circuit more damaging than in one AC circuit.

Um die Relaiskontaktelemente im Fall von Gleichstrom zu schützen, ist es bekannt, ein RC-Glied, auch Überspannungs-Schutzelement genannt, parallel zu den Relaisanschlüssen anzuschließen. Der Kondensator unterdrückt die Entladung in dem Moment, in dem die Kontaktelemente sich öffnen, weil der Strom, der durch die elektromagnetische Kraft verursacht ist, in ihn hinein abgeleitet wird, während der Vorwiderstand den Strom einschränkt, um die Funkenbildung zu verhindern. Im Fall von Wechselstrom wird im Stand der Technik vorgeschlagen, einen spannungsabhängigen Widerstand, auch Varistor genannt, über die induktive Last zu verwenden, welcher einen niedrigen Widerstand bei hohen Spannungen und einen hohen Widerstand bei niedrigen Spannungen aufweist.In order to protect the relay contact elements in the case of direct current, it is known to connect an RC element, also called overvoltage protection element, in parallel with the relay terminals. The capacitor suppresses the discharge at the moment when the contact elements open, because the current caused by the electromagnetic force is dissipated into it, while the series resistor restricts the current to prevent the sparking. In the case of alternating current, it is proposed in the prior art to use a voltage-dependent resistor, also called a varistor, over the inductive load, which has a low resistance at high voltages and a high resistance at low has voltages.

Die Variation der Spannungsniveaus und der Lastcharakteristika mit dem Anwendungszweck der Steuereinheit führt zu einer enormen Anzahl an verschiedenen Typen von Steuereinheiten für Stromversorgungseinrichtungen auf dem Markt. In dem speziellen Feld der Stufenschalter für Stromtransformatoren und deren Antriebseinheiten gibt es bis zu einigen Tausend verschiedener Konfigurationen. Eine moderne Implementation einer Antriebseinheit für einen Stufenschalter ist beispielsweise in der WO 01/92978 A1 beschrieben.The variation of voltage levels and load characteristics with the application of the control unit results in a tremendous number of different types of control units for power supplies in the market. There are up to several thousand different configurations in the special field of current transformer tap changers and their drive units. A modern implementation of a drive unit for a tap changer, for example, in WO 01/92978 A1 described.

Um die Anzahl verschiedener Typen von Steuereinheiten zu reduzieren, ist eine Aufgabe der Erfindung eine Signalerzeugungseinheit bereitzustellen, sowie ein Verfahren für eine Steuereinheit einer Stromversorgungseinrichtung, welche dazu verwendet werden können, Datensignale unterschiedlicher Gleichstromspannungen zu erzeugen, und welche die Verbindung der entsprechenden Ausgangsports der Steuereinheit mit verschiedenen induktiven Lasten ohne die Erfordernis jeglicher Anpassung oder Abänderung ermöglichen. Da die Vielzahl an Steuereinheiten, insbesondere Antriebseinheiten, für Stufenschalter besonders groß ist, ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung eine Signalerzeugungseinheit für die Antriebseinheit eines Stufenschalters mit den oben genannten Merkmalen bereitzustellen.Around to reduce the number of different types of control units It is an object of the invention to provide a signal generation unit, and a method for a control unit of a power supply device, which can be used to data signals of different DC voltages to generate, and which the connection of the corresponding output ports of the Control unit with various inductive loads without the need any adaptation or modification. Since the large number of control units, in particular drive units, is particularly great for tap changer, it is Another object of the invention is a signal generating unit for the drive unit of a tap changer with the above To provide features.

Der Erfindung basiert auf der Erkenntnis der Tatsache, dass wenn ein Mittel zum effektiven Schützen des Signalrelais vor der maximal möglichen induktiven Last am maximal möglichen Gleichstromspannungsniveau bereitgestellt werden kann, dass dann die Signalerzeugungseinheit auch für alle anderen möglichen Konfigurationen geeignet wäre.Of the Invention is based on the recognition of the fact that if a Means for effectively protecting the signal relay from the maximum possible inductive load at the maximum possible DC voltage level can be provided that then the signal generation unit also for all other possible Configurations would be suitable.

Daher wird das Ziel durch die Bereitstellung einer Signalerzeugungseinheit gemäß Anspruch 1 und einem Verfahren gemäß Anspruch 8 erreicht.Therefore becomes the goal by providing a signal generation unit according to claim 1 and a method according to claim 8 reached.

Die Signalerzeugungseinheit umfasst ein Signalrelais wie oben beschrieben und einen Schutzschaltkreis parallel mit zwei der Ausgangsanschlüsse des Relais, wobei mindestens ein Relaiskontakt den Ausgangsanschlüssen zugehörig ist. Gemäß der Erfindung umfasst der Schutzschaltkreis einen Transistorschalter parallel zu den zwei Ausgangsanschlüssen und eine Schaltersteuereinheit, um den Transistorschalter vor dem Öffnen des mindestens einem Relaiskontakts zu schließen, welcher den mindestens zwei Relaisanschlüssen zugehörig ist, und um den Transistorschalter zu öffnen, nachdem der mindestens eine Relaiskontakt geöffnet ist. Der Transistorschalter kann von jeder möglichen Art sein, d. h. ein bipolarer Transistor, ein MOSFET oder ein IGBT. Wenn ein Relais mehr als den mindestens einen Relaiskontakt umfasst, können Schutzschaltkreise parallel zu jedem Paar oder nur zu einigen Paaren der Relaisausgangsanschlüssen geschaltet werden, welche den Relaiskontakten zugehörig sind.The Signal generating unit comprises a signal relay as described above and a protection circuit in parallel with two of the output terminals of Relay, with at least one relay contact to the output terminals is associated. According to the invention comprises the protection circuit has a transistor switch in parallel with the two Output terminals and a switch control unit to the transistor switch before opening the at least one relay contact close to which at least two relay connections and to open the transistor switch, after the at least one relay contact is opened. The transistor switch can be of any kind d. H. a bipolar transistor, a MOSFET or an IGBT. When a Relay more than the at least one relay contact includes, can Protection circuits parallel to each pair or only to a few pairs the relay output terminals are switched, which associated with the relay contacts.

Der Schutzschaltkreis umfasst des Weiteren eine Gleichrichtereinheit parallel zu den mindestens zwei Relaisanschlüssen, wobei der Transistorschalter parallel zu dem Gleichstromausgang der Gleichrichtereinheit geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang der Gleichrichtereinheit kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter durch die Schaltersteuereinheit geschlossen wird. Das Einschließen der Gleichrichtereinheit ermöglicht die Anwendung ein und derselben Signalerzeugungseinheit in verschiedenen Konfigurationen, einschließlich Wechselstromausgangsspannungen. Die Gleichrichtereinheit wird dem Transistorschalter immer eine Gleichstromspannung liefern.Of the The protection circuit further comprises a rectifier unit parallel to the at least two relay terminals, wherein the transistor switch in parallel with the DC output of the rectifier unit is switched, so that the DC output of the rectifier unit is shorted when the transistor switch through the switch control unit is closed. Including the rectifier unit allows the application of one and the same signal generation unit in various configurations, including AC output voltages. The rectifier unit is always the transistor switch one Deliver DC voltage.

Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst die Schritte des Anlegens einer Gleichstromspannung an die zwei Ausgangsanschlüssen, des Gleichrichtens der Wechselstromspannung, um eine Gleichstromspannung zu erzeugen, wenn eine Wechselstromspannung bereitgestellt wird, und des Schützens des mindestens einen Relaiskontakts durch Schließen eines Transistorschalters, wobei der Transistorschalter parallel zum Gleichstromausgang des Gleichrichters geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang der Gleichrichtereinheit kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter durch die Schaltersteuereinheit geschlossen wird, gefolgt von dem Öffnen des mindestens einen Relaiskontaktes, wodurch eine Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen durchgeführt wird, und danach Öffnen des Transistorschalters.The The method according to the invention comprises the steps applying a DC voltage to the two output terminals, rectifying the AC voltage to a DC voltage when an AC voltage is supplied, and protecting the at least one relay contact Close a transistor switch, the transistor switch is connected in parallel with the DC output of the rectifier, such that the DC output of the rectifier unit is shorted is when the transistor switch through the switch control unit is closed, followed by opening the at least a relay contact, whereby a switching operation between two different output voltages is performed, and then open of the transistor switch.

Das Schließen des Transistorschalters ermöglicht einen kontinuierlichen Stromfluss, so dass jegliche elektromagnetische Gegenkraft vermieden wird, wenn der Relaiskontakt anschließend geöffnet wird. Der geringe innere Widerstand des Transistorschalters ruft eine niedrige Spannung über das Paar Kontaktelemente des Relaiskontakts hervor. Folglich tritt keine schädigende Spannung und kein Funke über die Kontaktelemente auf, wenn der Relaiskontakt geöffnet wird, während der Transistorschalter geschlossen ist.The Closing the transistor switch allows one continuous current flow, allowing any electromagnetic Counterforce is avoided if the relay contact subsequently is opened. The low internal resistance of the transistor switch Calls a low voltage across the pair of contact elements of the relay contact. Consequently, no harmful occurs Voltage and no spark on the contact elements, if the relay contact is opened while the transistor switch closed is.

Nach Öffnen des Relaiskontakts wird der Transistor ausgeschaltet, so dass die elektromagnetische Kraft auf der Ausgangsseite des Transistorschalters die Spannung vergrößert, welches im Fall eines bipolaren Transistors die Kollektor-Emitter-Spannung ist. Folglich muss beim Auswählen des Transistorschalters der maximale Nennwert für die Kollektor-Emitter-Spannung oder Drain-Source-Spannung im Verhältnis zu der maximal möglichen induktiven Last beim maximal möglichen Gleichstromspannungsniveau berücksichtigt werden. Ein anderer Aspekt bei der Auswahl des geeigneten Transistors ist der Energieverlust im Transistor, welcher zur Überhitzung führen kann, falls der maximale Verlustleistungsnennwert überstiegen wird. Aber da der Transistorschalter nachdem die Relaiskontakte geöffnet worden sind erfindungsgemäß wieder ausgeschaltet wird, ist der Transistorschalter nicht dafür vorgesehen, länger als notwendig im angeschalteten Zustand zu verbleiben. So wird die Verlustleistung auf einem minimalen Niveau gehalten, so dass sie unter normalen Umständen nicht ihren maximalen Nennwert erreichen sollte.After opening the relay contact, the transistor is turned off so that the electromagnetic force on the output side of the transistor switch increases the voltage, which in the case of a bipolar transistor is the collector-emitter voltage. Consequently, when selecting the transistor switch, the maximum nominal value for the collector-emitter voltage or drain-source voltage must be taken into account in relation to the maximum possible inductive load at the maximum possible DC voltage level the. Another aspect in choosing the appropriate transistor is the energy loss in the transistor which can lead to overheating if the maximum power dissipation value is exceeded. But since the transistor switch after the relay contacts have been opened according to the invention is turned off again, the transistor switch is not intended to remain longer than necessary in the on state. This keeps the power dissipation at a minimum level, so that under normal circumstances it should not reach its maximum nominal value.

Das weitere Ziel der Erfindung wird durch eine Antriebseinheit eines Stufenschalters erreicht, welche Mittel zur automatischen Bewegung des Stufenschalters zu einer gewünschten Position umfasst, und welche mit mindestens einer der oben beschriebenen Signalerzeugungseinheiten bereitgestellt wird.The Another object of the invention is achieved by a drive unit of a Tap changer achieves which means for automatic movement the tap changer comprises a desired position, and which with at least one of the signal generating units described above provided.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schließt die Schaltersteuereinheit den Transistorschalter vor dem Schließen des mindestens einen Relaiskontaktes und öffnet den Transistorschalter nachdem der mindestens eine Relaiskontakt geschlossen ist. Da es nicht von vornherein bekannt ist, welche Art Last an die Signalerzeugungseinheit angeschlossen werden wird, verhindert die Verwendung des Transistorschalters während des Schließens des Relaiskontakts hauptsächlich das Auftreten einer durch eine kapazitive Last verursachte schädigende Überspannung.In a preferred embodiment of the invention includes the switch control unit the transistor switch before closing the at least one relay contact and opens the transistor switch after the at least one relay contact is closed. Because it It is not known in advance what kind of load connected to the signal generation unit will prevent the use of the transistor switch during the closing of the relay contact mainly the occurrence of a damaging overvoltage caused by a capacitive load.

In einer weiteren Ausführungsform lässt die Schaltersteuereinheit den Transistorschalter geschlossen, solange ein Kontaktprellen im Signalrelais auftritt, um den Schutz des mindestens einen Relaiskontakts in vollem Umfang zu gewährleisten.In In another embodiment, the switch control unit leaves the transistor switch closed as long as a contact bounce in Signal relay occurs to protect the at least one relay contact to ensure in full.

In noch einer anderen Ausführungsform umfasst die Signalerzeugungseinheit des Weiteren mindestens einen Varistor zum Schützen der Signalerzeugungseinheit vor plötzlichen und unvorhergesehenen Spannungsspitzen. Der mindestens eine Varistor ist vorzugsweise parallel zu dem Wechselstromeingang der Gleichschaltereinheit geschaltet und/oder zwischen einem der Anschlüsse des Wechselstromeingangs der Gleichschaltereinheit und einer Schutzerdung.In in yet another embodiment, the signal generation unit Furthermore, at least one varistor for protecting the Signal generation unit from sudden and unforeseen Voltage spikes. The at least one varistor is preferably connected in parallel with the AC input of the DC switch unit and / or between one of the terminals of the AC input the Gleichschaltereinheit and a protective ground.

Die vorliegende Erfindung wird beispielhaft näher mit Bezug auf die beigefügten Abbildungen beschrieben, in welchen:The The present invention will be further described by way of example with reference to FIG to the accompanying drawings, in which:

1 eine konventionelle Antriebseinheit für einen Stufenschalter zeigt, 1 shows a conventional drive unit for a tap changer,

2 ein Schaltkreisdiagramm der auf die Erfindung bezogenen Teile einer Signalerzeugungseinheit ist, 2 FIG. 3 is a circuit diagram of the parts of a signal generating unit related to the invention; FIG.

3 ein Zeitdiagramm der Steuersignale des Transistorschalters bzw. des Signalrelais ist, 3 is a timing diagram of the control signals of the transistor switch or the signal relay,

4 ein Schaltkreisdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, und 4 a circuit diagram of an embodiment of the present invention is, and

5 ein Schaltkreisdiagramm einer weiter erweiterten Ausführungsform der Erfindung ist. 5 a circuit diagram of a further extended embodiment of the invention is.

Die in 1 gezeigte konventionelle Antriebseinheit 1 ist für die Verwendung mit einem Stufenschalter vorgesehen. Sie umfasst als Hauptbestandteile einen elektrischen Motor 2, um eine Ausgangsantriebswelle 4 über die Getriebeeinheit 5 anzutreiben, und eine Steuereinheit 3, um den Betrieb des Motors 2 und damit des Stufenschalters zu beobachten und zu steuern. Der eigentliche Stufenschalter, der nicht in 1 gezeigt ist, wäre mechanisch mit der Ausgangsantriebswelle 4 verbunden.In the 1 shown conventional drive unit 1 is intended for use with a tap changer. It comprises as main components an electric motor 2 to an output drive shaft 4 over the gear unit 5 to drive, and a control unit 3 to the operation of the engine 2 and thus the tap changer to observe and control. The actual tap-changer that is not in 1 would be mechanical with the output drive shaft 4 connected.

Die Steuereinheit 3 empfängt Steueranweisungen von einem übergeordneten Steuersystem und Sensorsignale von dem Motor 2. Die Steueranweisungen und die Sensorsignale werden dann von der Steuereinheit 3 verarbeitet, um Ausgangssignale zu erzeugen. Ein kleiner Teil der Ausgangssignale steuert die Spannungsversorgung des Motors 2, so dass die Ausgangsantriebswelle bis zu einem gewünschten Winkel gedreht wird, und so dass der Stufenschalter demgemäß zur gewünschten Position bewegt wird. Diese Ausgangssignale sind interne Signale. Der andere Hauptteil der Ausgangssignale dient als Messungs- und Beobachtungsinformationen für externe Steuereinheiten sowie für das übergeordnete Steuersystem. Dies sind externe Ausgangssignale.The control unit 3 receives control instructions from a higher level control system and sensor signals from the engine 2 , The control instructions and the sensor signals are then received by the control unit 3 processed to produce output signals. A small part of the output signals controls the power supply of the motor 2 so that the output drive shaft is rotated to a desired angle, and so that the tap changer is accordingly moved to the desired position. These output signals are internal signals. The other major part of the output signals serves as measurement and monitoring information for external control units as well as for the higher-level control system. These are external output signals.

Um die externen Ausgangssignale zu erzeugen, umfasst die Steuereinheit 3 Signalerzeugungseinheiten, welche elektromechanische Relais enthalten. Die elektrische Spezifikation der Ausgangssignale variiert zwischen Wechselstrom (50/60 Hz) und Gleichstrom unterschiedlicher Spannungsniveaus, und die Last auf den Ausgangsanschlüssen der Steuereinheit 3 kann entweder kapazitiv oder induktiv sein. Als Folge müssen die Antriebseinheit 1 und insbesondere die Signalerzeugungseinheiten der Steuereinheit 3 an jede Anwendung spezifisch angepasst werden, was zu einem umfangreichen und kostenintensiven Herstellungsprozess für Antriebseinheiten der heutigen Stufenschalter führt.To generate the external output signals, the control unit includes 3 Signal generation units containing electromechanical relays. The electrical specification of the output signals varies between alternating current (50/60 Hz) and direct current of different voltage levels, and the load on the output terminals of the control unit 3 can be either capacitive or inductive. As a result, the drive unit must 1 and in particular, the signal generating units of the control unit 3 be specifically adapted to each application, resulting in a large and costly manufacturing process for drive units of today's tap changer.

Um diesen Nachteil zu überwinden, regt die vorliegende Erfindung die Verwendung einer Signalerzeugungseinheit an, welche die elektrischen und elektronischen Bestandteile gemäß 2 umfasst.In order to overcome this drawback, the present invention stimulates the use of a signal generating unit which controls the electrical and electronic components 2 includes.

Mit dieser Signalerzeugungseinheit kann ein und dieselbe Steuereinheit 3 für verschiedene Gleichstromausgangsspannungen, und bis zum maximalen Nennwert der induktiven Last verwendet werden.With this signal generation unit, one and the same control unit 3 for different DC output voltages, and used up to the maximum nominal value of the inductive load.

Die Signalerzeugungseinheit gemäß 2 umfasst ein Signalrelais 6 mit einer Relaisspule 7. Wenn die Relaisspule 7 durch Gleichstrom – in diesem Beispiel durch eine 24 V Stromversorgung – erregt wird, wird ein Relaiskontakt, welcher den Relaisausgangsanschlüssen 8 zugehörig ist, geschlossen. Der Relaiskontakt umfasst zwei Kontaktelemente 19, welche nur schematisch dargestellt sind. Wenn der Relaiskontakt, der den Relaisausgangsanschlüssen 8 zugehörig ist, geschlossen ist, wird die Ausgangsspannung über die Ausgangsanschlüssen 9 der Signalerzeugungseinheit null. Wenn der Relaiskontakt wieder geöffnet wird, wird die Ausgangsspannung über die Ausgangsanschlüssen 9 durch den externen Schaltkreis, der an die Ausgangsanschlüsse 9 angeschlossen ist, bestimmt. Diese Ausgangsspannung ist eine Gleichstromspannung und variiert von 24 bis 250 V. Der externe Schaltkreis, der an die Anschlüsse 9 angeschlossen ist, zeigt Induktivlastverhalten bis zu einem maximalen Nennwert von L/R = 40 mS bei 250 V Gleichstrom und 100 mA.The signal generation unit according to 2 includes a signal relay 6 with a relay coil 7 , When the relay coil 7 By DC - in this example by a 24 V power supply - is energized, a relay contact, which is the relay output terminals 8th is associated, closed. The relay contact comprises two contact elements 19 , which are shown only schematically. When the relay contact, the relay output terminals 8th is closed, the output voltage is across the output terminals 9 the signal generation unit zero. When the relay contact is reopened, the output voltage will be across the output terminals 9 through the external circuit connected to the output terminals 9 connected, determined. This output voltage is a DC voltage and varies from 24 to 250 V. The external circuit connected to the terminals 9 is connected, shows inductive load behavior up to a maximum rating of L / R = 40 mS at 250 V DC and 100 mA.

Um den Schutz des Relaiskontakts, der den Relaisausgangsanschlüssen 8 zugehörig ist, bei allen Gleichstromausgangsspannungen und bis zu den maximalen Induktivlastnennwerten zu gewährleisten, enthält die Signalerzeugungseinheit einen speziellen Schutzschaltkreis. Ein Transistorschalter 10 ist parallel zu den Relaisausgangsanschlüssen 8 bzw. den Ausgangsanschlüssen 9 geschaltet. In diesem Beispiel ist der Transistorschalter 10 ein IGBT. Der Transistorschalter 10 wird durch eine Schaltersteuereinheit 11 gesteuert, in diesem speziellen Fall einem optoisolierten photovoltaischen Transistortreiber. Die Schaltersteuereinheit 11 erzeugt ein Steuersignal UG für das Gate des Transistorschalters 10 gemäß 3.To the protection of the relay contact, the relay output terminals 8th is associated with ensuring all DC output voltages and up to the maximum inductive load ratings, the signal generation unit includes a special protection circuit. A transistor switch 10 is parallel to the relay output terminals 8th or the output terminals 9 connected. In this example, the transistor switch 10 an IGBT. The transistor switch 10 is controlled by a switch control unit 11 controlled, in this particular case an optoisolated photovoltaic transistor driver. The switch control unit 11 generates a control signal U G for the gate of the transistor switch 10 according to 3 ,

In 3 ist die Zeitcharakteristik des Steuersignals UG für das Gate des Transistorschalters 10, als auch die Zeitcharakteristik des Steuersignals UR gezeigt, welches das erregen der Relaisspule 7 steuert. In beiden Fällen zeigt ein hohes Signalniveau an, dass der Transistorschalter 10 bzw. das Signalrelais 6 angeschaltet werden soll, wobei Anschalten des Signalrelais 6 das Schließen des Relaiskontakts bedeutet, der den Relaisausgangsanschlüssen 8 entspricht. Wie in 3 gesehen werden kann, wird der Transistorschalter 10 so gesteuert, dass er für eine Zeitperiode tpre,on angeschaltet ist, bevor das Signalrelais 6 angeschaltet wird, und wird der Transistorschalter 10 so gesteuert, dass er für eine Zeitperiode tpast,on ausgeschaltet wird, nachdem das Signalrelais 6 angeschaltet wurde. Gleichermaßen wird der Transistorschalter 10 so gesteuert, dass er für eine Zeitperiode tpre,off angeschaltet wird bevor das Signalrelais ausgeschaltet wird, und wird der Transistorschalter 10 so gesteuert, dass er für eine Zeitperiode tpast,off abgeschaltet ist, nachdem das Signalrelais 6 ausgeschaltet wurde. Die Zeitperioden tpast,on und tpast,off, die nach der Schaltoperation des Signalrelais 6 angewandt werden, werden jeweils lang genug gewählt, um einem Kontaktprellen im Signalrelais 6 zu ermöglichen, unter ein vorbestimmtes Niveau zu sinken.In 3 is the time characteristic of the control signal U G for the gate of the transistor switch 10 , as well as the timing characteristic of the control signal U R , which excite the relay coil 7 controls. In both cases, a high signal level indicates that the transistor switch 10 or the signal relay 6 is to be turned on, turning on the signal relay 6 Closing the relay contact means that of the relay output terminals 8th equivalent. As in 3 can be seen, the transistor switch 10 controlled to be on for a period of time t pre, on , before the signal relay 6 is turned on, and becomes the transistor switch 10 controlled so that it is turned off for a period of time t past, on , after the signal relay 6 was turned on. Likewise, the transistor switch 10 is controlled to be turned on for a period of time t pre, off before the signal relay is turned off, and becomes the transistor switch 10 controlled so that it is off for a period of time t past, off after the signal relay 6 was turned off. The time periods t past, on and t past, off after the switching operation of the signal relay 6 are applied, each chosen long enough to a contact bounce in the signal relay 6 to allow to sink below a predetermined level.

Um ein und dieselbe Signalerzeugungseinheit auf Gleichstrom- als auch auf Wechselstromausgangsspannungen anzuwenden, wird eine Gleichrichtereinheit 12 zu den Bestandteilen der Signalerzeugungseinheit gemäß 4 hinzugefügt. Die Gleichrichtereinheit 12 – in diesem speziellen Fall ein einphasiger Brückengleichrichter – wird parallel zu den Relaisausgangsanschlüssen 8 bzw. den Ausgangsanschlüssen 9 geschaltet. Der Transistorschalter 10 wird direkt an den Gleichstromausgang 13 der Gleichrichtereinheit 12 angeschlossen, so dass der Transistorschalter 10 die Funktion des Parallelisierens der Relaisausgangsanschlüsse 8 erfüllen kann, und dadurch des Schützens der Kontaktelemente 19, unabhängig von Gleichstrom oder Wechselstrom über die Ausgangsanschlüsse 9.To apply one and the same signal generation unit to both DC and AC output voltages, a rectifier unit is used 12 to the components of the signal generation unit according to 4 added. The rectifier unit 12 - in this particular case, a single-phase bridge rectifier - becomes parallel to the relay output terminals 8th or the output terminals 9 connected. The transistor switch 10 goes directly to the DC output 13 the rectifier unit 12 connected so that the transistor switch 10 the function of parallelizing the relay output terminals 8th can fulfill, and thereby the protection of the contact elements 19 , regardless of DC or AC through the output terminals 9 ,

Gemäß 5 sind drei Varistoren 14, 15 und 16 in der Signalerzeugungseinheit enthalten, um die verschiedenen Bestandteile 8, 10, 11 und 12 der Signalerzeugungseinheit vor Spannungsspitzen zu schützen. Zwei der Varistoren – 14 und 15 – sind zwischen einem der Anschlüsse des Wechselstromeingangs 18 der Gleichrichtereinheit 12 und der Schutzerdung 17. Der dritte Varistor 16 wird parallel zu den Ausgangsanschlüssen 9 geschaltet.According to 5 are three varistors 14 . 15 and 16 included in the signal generating unit to the various components 8th . 10 . 11 and 12 protect the signal generating unit from voltage surges. Two of the varistors - 14 and 15 - are between one of the terminals of the AC input 18 the rectifier unit 12 and the protective earth 17 , The third varistor 16 becomes parallel to the output terminals 9 connected.

ZusammenfassungSummary

Eine Signalerzeugungseinheit und ein Verfahren zum Erzeugen eines Datensignals in einer Steuereinheit einer Stromversorgungseinrichtung, insbesondere einem Antriebselement für einen Stufenschalter, werden bereitgestellt. Die Signalerzeugungseinheit umfasst ein Signalrelais (6) zum abwechselnden Öffnen und Schließen mindestens eines Relaiskontakts, wobei dadurch eine Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen durchgeführt wird, und einen Schutzschaltkreis parallel zu dem mindestens einen Relaiskontakt zum Schützen des mindestens einen Relaiskontakts vor Überspannungen. Der mindestens eine Relaiskontakt ist zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zugehörig. Um die Verwendung der Signalerzeugungseinheit bei verschiedenen Wechselstrom- oder Gleichstromausgangsspannungen und bis zu einem maximalen Nennwert der induktiven Last zu ermöglichen, umfasst der Schutzschaltkreis eine Gleichrichtereinheit (12) parallel zu den zwei Relaisausgangsanschlüssen (8), einen Transistorschalter (10), der parallel zu dem Gleichstromausgang der Gleichrichtereinheit (12) geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang der Gleichrichtereinheit kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter durch die Schaltersteuereinheit geschlossen wird, und eine Schaltersteuereinheit (11) zum Schließen des Transistorschalters (10) vor dem Öffnen des mindestens einen Relaiskontakts und zum Öffnen des Transistorschalters (10) nachdem der mindestens eins Relaiskontakt geöffnet ist.A signal generating unit and a method for generating a data signal in a control unit of a power supply device, in particular a drive element for a tap changer, are provided. The signal generation unit comprises a signal relay ( 6 ) for alternately opening and closing at least one relay contact, thereby performing a switching operation between two different output voltages, and a protection circuit in parallel with the at least one relay contact for protecting the at least one relay contact from overvoltages. The at least one relay contact is two relay output terminals ( 8th ). In order to enable the use of the signal generation unit at various AC or DC output voltages and up to a maximum nominal value of the inductive load, the protection circuit comprises a rectifier unit ( 12 ) parallel to the two relay output terminals ( 8th ), a transistor switch ( 10 ), of the parallel to the DC output of the rectifier unit ( 12 ) is switched so that the DC output of the rectifier unit is short-circuited when the transistor switch is closed by the switch control unit, and a switch control unit ( 11 ) to close the transistor switch ( 10 ) before opening the at least one relay contact and opening the transistor switch ( 10 ) after the at least one relay contact is opened.

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Claims (10)

Signalerzeugungseinheit zum Erzeugen eines Datensignals in einer Steuereinheit (3) einer Stromversorgungseinrichtung, welche umfasst: – ein Signalrelais (6) zum Erzeugen des Datensignals durch abwechselndes Öffnen und Schließen mindestens eines Relaiskontakts, wobei dadurch eine Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen durchführt wird, wobei der mindestens eine Relaiskontakt zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zugehörig ist, welche parallel zu den zwei Ausgangsanschlüssen (9) sind, – einen Schutzschaltkreis parallel zu den zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zum Schützen des mindestens einen Relaiskontakts vor Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, dass – der Gleichstromeingang (18) einer Gleichrichtereinheit (12) parallel zu den zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) und zu den zwei Ausgangsanschlüssen (9) ist, wobei entweder eine Gleichstrom- oder Wechselstromspannung auf die Ausgangsanschlüsse (9) angelegt ist, – der Schutzschaltkreis umfasst – einen Transistorschalter (10), der parallel zum Gleichstromausgang (13) der Gleichrichtereinheit (12) geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang (13) der Gleichrichtereinheit (12) kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter (10) durch die Schaltersteuereinheit (11) geschlossen wird. – eine Schaltersteuereinheit (11) zum Schließen des Transistorschalters (10) vor dem Öffnen des mindestens einen Relaiskontakts und zum Öffnen des Transistorschalters (10), nachdem der mindestens eine Relaiskontakt geöffnet ist.Signal generating unit for generating a data signal in a control unit ( 3 ) a power supply device comprising: - a signal relay ( 6 ) for generating the data signal by alternately opening and closing at least one relay contact, thereby performing a switching operation between two different output voltages, the at least one relay contact having two relay output terminals ( 8th ) which is parallel to the two output terminals ( 9 ), - a protective circuit in parallel with the two relay output terminals ( 8th ) for protecting the at least one relay contact against overvoltages, characterized in that - the DC input ( 18 ) a rectifier unit ( 12 ) parallel to the two relay output terminals ( 8th ) and to the two output terminals ( 9 ), with either a DC or AC voltage applied to the output terminals ( 9 ), - the protection circuit comprises - a transistor switch ( 10 ), which is parallel to the DC output ( 13 ) of the rectifier unit ( 12 ), so that the DC output ( 13 ) of the rectifier unit ( 12 ) is short-circuited when the transistor switch ( 10 ) by the switch control unit ( 11 ) is closed. A switch control unit ( 11 ) to close the transistor switch ( 10 ) before opening the at least one relay contact and opening the transistor switch ( 10 ) after the at least one relay contact is opened. Signalerzeugungseinheit gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltersteuereinheit (11) den Transistorschalter (10) vor dem Schließen des mindestens einen Relaiskontakts schließt und den Transistorschalter (10) öffnet, nachdem der mindestens eine Relaiskontakt geschlossen ist.A signal generation unit according to claim 1, wherein said switch control unit ( 11 ) the transistor switch ( 10 ) closes before closing the at least one relay contact and the transistor switch ( 10 ) opens after the at least one relay contact is closed. Signalerzeugungseinheit gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Schaltersteuereinheit (11) den Transistorschalter (10) so lange geschlossen lässt, solange ein Kontaktprellen im Signalrelais (6) auftritt.Signal generating unit according to at least one of the preceding claims, wherein the switch control unit ( 11 ) the transistor switch ( 10 ) as long as a contact bounce in the signal relay ( 6 ) occurs. Signalerzeugungseinheit gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, welche des Weiteren mindestens einen Varistor (14, 15, 16) zum Schützen der Signalerzeugungseinheit vor Spannungsspitzen umfasst.Signal generating unit according to at least one of the preceding claims, which further comprises at least one varistor ( 14 . 15 . 16 ) for protecting the signal generating unit from voltage spikes. Signalerzeugungseinheit gemäß Anspruch 5, wobei einer der Varistoren (16) parallel zu dem Wechselstromeingang (18) der Gleichrichtereinheit (12) geschaltet ist.A signal generation unit according to claim 5, wherein one of the varistors ( 16 ) parallel to the AC input ( 18 ) of the rectifier unit ( 12 ) is switched. Signalerzeugungseinheit gemäß einem der Ansprüche 5 oder 6, wobei einer der Varistoren (14, 15) zwischen einem der Anschlüsse des Wechselstromeingangs (18) der Gleichrichtereinheit (12) und einer Schutzerdung (17) geschaltet ist.Signal generating unit according to one of claims 5 or 6, wherein one of the varistors ( 14 . 15 ) between one of the terminals of the AC input ( 18 ) of the rectifier unit ( 12 ) and a protective earth ( 17 ) is switched. Antriebseinheit (1) für einen Stufenschalter, welche umfasst: – Mittel (2, 3, 4, 5) zum automatischen Bewegen des Stufenschalters zu einer gewünschten Position, und – mindestens eine der Signalerzeugungseinheiten gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche.Drive unit ( 1 ) for a tap changer comprising: - means ( 2 . 3 . 4 . 5 ) for automatically moving the tap changer to a desired position, and - at least one of the signal generating units according to at least one of the preceding claims. Verfahren zum Erzeugen eines Datensignals in einer Stromversorgungseinrichtung durch abwechselndes Öffnen und Schließen mindestens eines Relaiskontakts eines Signalrelais (6), wobei der mindestens eine Relaiskontakt zwei Relaisausgangsanschlüssen (8) zugehörig ist, welche parallel zu den zwei Ausgangsanschlüssen (9) sind, und wobei der mindestens eine Relaiskontakt vor Überspannungen geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – eine Gleichstromspannung auf die zwei Ausgangsanschlüsse (9) angelegt wird, welche dem mindestens einen Relaiskontakt des Signalrelais (6) zugehörig sind, und wobei im Fall, dass eine Wechselstromspannung bereitgestellt wird, die Wechselspannung gleichgerichtet wird, um Gleichstromspannung zu erzeugen. – der mindestens eine Relaiskontakt durch die folgenden Schritte in der gegebenen Reihenfolge geschützt ist: – Schließen eines Transistorschalters (10), wobei der Transistorschalter (10) zum Gleichstromausgang des Gleichrichters (13) parallel geschaltet ist, so dass der Gleichstromausgang (13) der Gleichrichtereinheit (12) kurzgeschlossen ist, wenn der Transistorschalter (10) durch die Schaltersteuereinheit (11) geschlossen wird. – Öffnen des mindestens einen Relaiskontakts, wobei dadurch eine Schaltoperation zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen durchgeführt wird, – Öffnen des Transistorschalters (10).Method for generating a data signal in a power supply device by alternately opening and closing at least one relay contact of a signal relay ( 6 ), wherein the at least one relay contact two relay output terminals ( 8th ) which is parallel to the two output terminals ( 9 ), and wherein the at least one relay contact is protected against overvoltages, characterized in that - a DC voltage is applied to the two output terminals ( 9 ) is applied, which the at least one relay contact of the signal relay ( 6 ), and in the case that an AC voltage is provided, the AC voltage is rectified to generate DC voltage. - The at least one relay contact by the following steps in the given order is protected: - Close a transistor switch ( 10 ), wherein the transistor switch ( 10 ) to the DC output of the rectifier ( 13 ) is connected in parallel so that the DC output ( 13 ) of the rectifier unit ( 12 ) is short-circuited when the transistor switch ( 10 ) by the switch control unit ( 11 ) is closed. Opening the at least one relay contact, thereby performing a switching operation between two different output voltages, opening the transistor switch ( 10 ). Verfahren gemäß Anspruch 8, weiter umfassend die Schritte: – Schließen des Transistorschalters (10), – Schließen des mindestens einen Relaiskontakts, – Öffnen des Transistorschalters (10).Method according to claim 8, further comprising the steps of: - closing the transistor switch ( 10 ), - closing the at least one relay contact, - opening the transistor switch ( 10 ). Verfahren gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche 8 oder 9, weiter umfassend den Schritt: – Warten bis ein Kontaktprellen im Signalrelais (6) unter ein gegebenes Niveau abgeklungen ist, wobei dieser Schritt nach dem Öffnen oder Schließen des mindestens einen Relaiskontakts durchgeführt wird.Method according to at least one of the preceding claims 8 or 9, further comprising the step: - waiting for a contact bounce in the signal relay ( 6 ) has subsided below a given level, this step being performed after the opening or closing of the at least one relay contact.
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