EP3963613B1 - Drive system for a switch, and method for driving a switch - Google Patents

Drive system for a switch, and method for driving a switch Download PDF

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EP3963613B1
EP3963613B1 EP20721211.9A EP20721211A EP3963613B1 EP 3963613 B1 EP3963613 B1 EP 3963613B1 EP 20721211 A EP20721211 A EP 20721211A EP 3963613 B1 EP3963613 B1 EP 3963613B1
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EP
European Patent Office
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drive shaft
motor
switch
drive
travel profile
Prior art date
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Active
Application number
EP20721211.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3963613A1 (en
Inventor
Sebastian Schmid
Jürgen Schimbera
Kathrin Prüßing
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Scheubeck GmbH and Co
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Maschinenfabrik Reinhausen GmbH, Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG filed Critical Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Publication of EP3963613A1 publication Critical patent/EP3963613A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3963613B1 publication Critical patent/EP3963613B1/en
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    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F21/00—Variable inductances or transformers of the signal type
    • H01F21/12—Variable inductances or transformers of the signal type discontinuously variable, e.g. tapped
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    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
    • H01H2003/266—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor having control circuits for motor operating switches, e.g. controlling the opening or closing speed of the contacts
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    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H9/0027—Operating mechanisms

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a switch and a method for driving a switch.
  • switches for regulating voltage in different transformers for different tasks and with different requirements. In order to operate the respective switches, they must be driven via a drive system. These switches include on-load tap changers, diverter switches, selectors, double turners, turners or preselectors.
  • a drive for one of the switches mentioned above is off DE 20 2010 011 521 U1 known.
  • a motor is arranged in this on-load tap changer drive, which is rigidly connected to the corresponding on-load tap changers via a linkage.
  • the actuation is done by wiring, i.e. the motor is switched on or off by actuating motor contactors.
  • the on-load tap changers are then actuated via the drive shaft.
  • functional changes to the drive are not possible. This makes the drive rigid and inflexible. The simplest adjustments require complex conversion measures.
  • the patent specification WO 00/36621 A1 describes an actuating device for operating and controlling an electrical switching device for use in a high or medium voltage transmission network.
  • the actuating device comprises a rotating electrical machine, which is connected to a movable contact via a coupling without having a mechanical spring.
  • the clutch converts the rotational movement of the rotating electrical machine into a translational movement of the movable contact.
  • a further object of the invention is a method for driving at least one To provide a switch, which provides an improved concept for driving a switch, which increases the flexibility of the drive and the safety of the switching.
  • the drive system according to the invention is suitable for at least one switch and comprises a drive shaft which connects the drive system to the at least one switch. At least one motor is provided which is coupled to the drive shaft. A feedback system is provided which is set up to determine a position of the drive shaft. A feedback signal is generated based on this position. A control device is set up to select a stored driving profile from several driving profiles depending on the feedback signal. The selected driving profile affects the engine accordingly.
  • the control device comprises a control unit and a power section, wherein the power section serves to supply energy to the at least one motor.
  • the saved driving profiles are stored in a memory of the power unit. Alternatively, the driving profiles are stored in a memory of the control device or the control unit.
  • the feedback system includes at least one absolute value encoder and an auxiliary contact, which, in combination with the absolute value encoder, is set up and arranged to detect an absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft.
  • the other shaft is connected to the drive shaft.
  • At least one output signal is generated based on the detected position.
  • the position of the drive shaft is determined based on the at least one output signal.
  • the absolute encoder can be designed as a single-turn encoder, an incremental encoder or a virtual encoder.
  • the auxiliary switch can be designed as at least one microswitch or resolver.
  • the driving profile is defined by two variables and mapped as an nth-order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the drive system can be designed such that the control device acts on two motors.
  • the control device comprises at least one, optionally two power sections, with each motor interacting with a common power section or each motor with its own power section.
  • control device is designed such that it interacts with one of the two motors.
  • This motor follows the driving profile of the actual value of the feedback system of the other motor.
  • the method according to the invention for driving at least one switch is characterized in that a drive system has a drive shaft connected to at least one motor.
  • a driving profile is selected that describes operation of the drive system for switching from a current switching position to an achievable switching position.
  • a position of the drive shaft of the at least one motor is recorded using a feedback system.
  • a feedback signal is generated from the recorded actual value of the position of the drive shaft.
  • the advantage of the method according to the invention is that a high degree of flexibility and variability can be achieved when switching in a switch by using the driving profiles. Mechanical changes in the switch that can influence the switching are compensated for by using the driving profiles; It is therefore possible to adapt the driving profiles accordingly.
  • At least one driving profile is determined for the drive shaft to drive the switch. As a rule, a large number of driving profiles are determined for a switch. The at least one specific driving profile is saved for use in a circuit.
  • An absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft is determined with at least one absolute value encoder of the feedback system. Based on the detected position, at least one output signal is generated, with which the position of the drive shaft is determined.
  • a control device comprises a control unit and/or a power unit with which the at least one motor is controlled or regulated in such a way that the switching position to be achieved by the driving profile is reached within a time predetermined by the driving profile.
  • Each of the driving profiles is defined by two variables and represents a two-dimensional polynomial function of the nth order.
  • the polynomial function is mapped in a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the driving profile specifies a speed or a torque of the at least one motor.
  • the driving profile also specifies at what time or at what position of the drive shaft, which torque or speed is implemented by the motor on the drive shaft.
  • the improved concept is based on the idea of equipping a drive system for driving a switch with a feedback system and a control device, thereby enabling the switch to be actuated via a specific driving profile.
  • an on-load tap changer is actuated in such a way that a motor at constant speed actuates a drive shaft, which moves selector contacts in parallel and draws up a spring energy storage device, which acts on the diverter switch after it has been triggered.
  • the drive system based on the improved concept is able to drive the drive shaft in a targeted manner, i.e. according to a previously selected driving profile.
  • the driving profile doesn't just specify a speed or a torque.
  • the driving profile also specifies at what time or at what position of the drive shaft, which torque or speed is implemented on the drive shaft.
  • specific sections of a circuit of the switch can be influenced. This makes it possible to increase the speed or torque based on the drive shaft position. Since different parts to be actuated are arranged in the switch on the drive shaft, these can be explicitly protected. For example, at the beginning of a switchover, a higher torque is required to release contacts or set them in motion. Immediately afterwards the torque can be reduced. This is explicitly possible with the driving profile.
  • the current position of the drive shaft i.e. actual value
  • the driving profile i.e. target value
  • position of the drive shaft includes measurement variables from which the position of the drive shaft can be clearly determined, if necessary within a tolerance range.
  • the drive system serves to drive a shaft of the switch, on-load tap changer or a corresponding component of the on-load tap changer to drive.
  • This causes the on-load tap changer to carry out one or more operations, for example a switch between two winding taps of a piece of equipment or parts of the switch, such as a load switch, a selector operation or a preselector operation.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the switch, in particular to the shaft of the switch.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the on-load tap changer, in particular to the shaft of the on-load tap changer.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the motor, in particular to a motor shaft of the motor.
  • a position, in particular an absolute position, of the motor shaft corresponds to a position of the drive shaft. This means that the position of the drive shaft can be clearly deduced from the position of the motor shaft, if necessary within a tolerance range.
  • the action includes controlling, regulating, braking, accelerating or stopping the engine.
  • the control can include, for example, position control, speed control, acceleration control or torque control.
  • the drive system represents a servo drive system.
  • the drive system comprises a monitoring unit which is designed to monitor the one or more operations of the switch based on the feedback signal.
  • the monitoring includes, in particular, monitoring as to whether individual operations or parts are carried out properly, in particular within predefined time windows.
  • the control device comprises a control unit and a power section for the controlled or regulated energy supply to the motor.
  • the control unit is set up to control the power section.
  • At least one driving profile is stored in the power section, which is formed from two variables and as an nth order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system can be depicted.
  • the power section is designed as a converter or servo converter or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.
  • control device contains the feedback system in whole or in part.
  • the absolute position of the drive shaft can be compared by the control device, for example. If there is a significant deviation, the control device can issue an error message or initiate a safety measure.
  • the feedback system is set up to determine a rotor position of the motor and to determine a value for the position of the drive shaft, depending on the rotor position.
  • the rotor position is an angular range in which a rotor of the motor is located, optionally combined with a number of complete rotations of the rotor.
  • the position or absolute position of the motor shaft can be determined precisely to at least 180°, for example by the control device.
  • the control device By reducing gears using one or more gears, the accuracy that can be achieved in the position of the drive shaft is significantly greater.
  • the evaluation by the control device here corresponds, so to speak, to a virtual transmitter function. Even in the event of a complete failure of an absolute value encoder in the feedback system, at least emergency operation can be maintained and/or the on-load tap changer can be brought into a safe position.
  • the feedback system includes an absolute encoder that is configured and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft connected to the drive shaft and, based on the detected position, at least one output signal to create.
  • the feedback system is set up to determine a value for the position of the drive shaft based on the at least one output signal.
  • the absolute value encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.
  • the absolute encoder comprises a multiturn encoder or singleturn encoder.
  • the absolute value encoder is set up to detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a scanning method.
  • the scanning method includes an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.
  • the feedback system includes a combination of a transmitter and an auxiliary contact, which in combination are designed and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft which is connected to the drive shaft and, based on the detected position to generate at least one output signal.
  • the feedback system is set up to determine a value for the position of the drive shaft based on the at least one output signal.
  • the encoder and the auxiliary contact are attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.
  • the encoder is designed as a single-turn rotary encoder or incremental encoder or virtual encoder and the auxiliary switch is designed as at least one microswitch or resolver or sin-cos encoder.
  • the driving profile can be formed from two variables and mapped as an nth-order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system.
  • the variables are direct variables or indirect variables of the drive system, such as, for example, time, angle of rotation of the drive shaft, current, voltage, speed, torque or acceleration.
  • a variable can be represented by one axis of the coordinate system.
  • control device can act on a second motor.
  • control device can have a second power part which acts on a second motor.
  • control device can act on a second motor in such a way that it follows the driving profile of the actual value of the feedback system of the first motor.
  • the switch can be designed as an on-load tap changer or a diverter switch or selector or a double turner or a turner or a preselector.
  • a method of driving a switch includes determining and selecting a drive profile for the drive shaft to drive the switch by the control device, generating a feedback signal based on the position of the drive shaft, and controlling a motor to drive the switch depending on the feedback signal and the drive profile.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system 3 for a switch 1.
  • the drive system 3 is connected to the switch 1 via a drive shaft 16.
  • the drive system 3 includes a motor 12, which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gear 15.
  • a control device 2 of the drive system 3 comprises a power section 11, which contains, for example, a converter (not shown) for the controlled or regulated energy supply of the motor 12, and a control unit 10 for controlling the power section 11, for example via a bus (not shown).
  • the drive system 3 has a sensor system 13, which serves as a feedback system 4 or is part of the feedback system 4 and is connected to the power section 11. Furthermore, the encoder system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
  • the encoder system 13 is set up to detect at least a first value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position of the drive shaft 16.
  • the encoder system 13 can include, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 16.
  • the encoder system 13 can also include a single-turn absolute encoder and/or a virtual encoder and/or auxiliary switch.
  • the position of the drive shaft 16 can be from the position of the motor shaft 14 can be clearly determined, for example, via a transmission ratio of the transmission.
  • the feedback system 4 is set up to record a value for the position of the drive shaft 16.
  • the control device 2 and in particular the control unit 10 and/or the power section 11 are set up to control or regulate the motor 12 depending on a feedback signal based on the value that the feedback system 4 generates.
  • the power unit 11 has a memory 5 with stored driving profiles 22 (not shown).
  • the driving profiles 22 can also be stored in the control device 2 or control unit.
  • driving profiles 22 are stored in the power section 11. One of the driving profiles 22 is selected via the control unit 10.
  • Figure 2a shows a possible driving profile 22 of the motor 12 for a switching operation of the switch 1.
  • the exemplary driving profile 22 is an nth-order polynomial function with two variables, which are plotted in a two-dimensional Cartesian coordinate system 20.
  • the time t i.e. how long the drive shaft 16 actuates the motor 12
  • the angle of rotation ⁇ of the drive shaft 16 is plotted on the Y axis 25.
  • Sizes plotted on axes 24, 25 are merely examples and should not be construed as a limitation of the invention.
  • the variables plotted on the X-axis 24 and the Y-axis 25 can be direct variables or indirect variables of the drive system 3.
  • Direct variables can be, for example, time t, an angle of rotation of the drive shaft 16, current or voltage.
  • Indirect variables can be speed, torque, acceleration or similar.
  • Figure 2b shows a possible driving profile 22 of the motor 12 for a switching operation of the switch 1, which is plotted in a two-dimensional Cartesian coordinate system 20.
  • the indirect magnitude of the torque M(t) is plotted as a function of the angle of rotation ⁇ and shown as an nth order polynomial function.
  • the angle of rotation ⁇ is plotted on the X-axis 24.
  • the torque M(t) acting on the drive shaft 16 is plotted on the Y axis 25.
  • the driving profile 22 specifies a target value that the drive shaft 16 has to travel.
  • the actual value which is recorded via the feedback system 4
  • the action on the motor 12 can either be canceled or continued.
  • the deviation can either be set manually or determined using a teach-in process.
  • Figure 3 shows the drive system 3, which drives two switches 1, 30.
  • the two motors 12, 32 can either follow the specified driving profile 22 or one of the motors 12 follows the specified driving profile 22 and the second motor 32 follows the actual value of the first motor 12, i.e. in a kind of “master-slave” function .
  • the second motor 32 receives the data for this from the power section 11. This ensures that both switches 1, 30 run the same driving profile 22 in the same time t, with only a slight time delay.
  • the second switch can be completed more quickly, so that there is no synchronous driving and therefore no synchronous switching. However, in some cases this may be necessary.
  • the “master-slave” operation ensures safe parallel operation.
  • Figure 4 shows an embodiment of the drive system 3, in which a second power part 40 with a separate motor 32 and a feedback system 4 are provided.
  • the two motors 12, 32 can either follow the specified driving profile 22 or one motor 12 follows the driving profile 22 and the second motor 32 follows the actual value of the first motor 12, which is provided by the first feedback system 4, i.e in a kind of "master-slave" function.
  • This advantageous embodiment allows the parallel operation of several switches that are spatially far apart from each other.
  • the power parts 11, 40 are connected to one another with a fieldbus 6, such as a Powerlink. There is only data exchange and no energy transfer. Furthermore, for economic reasons it can be advantageous to use several smaller power units instead of one large power unit.
  • FIG. 5 shows a schematic structure of a drive concept of a switch 1, 30, which is designed as an on-load tap changer 170.
  • the switching positions N 1 , N 2 ,..., N N are approached, which are connected to the various stages of a control winding 19 of a transformer 180.
  • the concept of an on-load tap changer 170 was chosen for the description of the individual switching position N 1 , N 2 ,..., N N of the switch 1, 30, this should not be construed as a limitation of the invention. It goes without saying for an expert that the drive concept can also be used for diverter switches, selectors, double turners, turners or preselectors.
  • a motor 12 which acts via a gear 15 on the on-load tap changer 170 with the selector 18 and the diverter switch 17.
  • the motor 12 acts on the on-load tap changer 170 via a motor shaft 14 and a drive shaft 16 in order to move in an upward direction N+ from one switching position N N to the next higher switching position N N+1 or in a downward direction N- from one switching position N N to the next to switch to the lower switching position N N-1 .
  • the selector is used to preselect the switching position (tap position) to be connected and the diverter switch carries out the actual load transfer.
  • FIG. 6 a flowchart of the method according to the invention for driving at least one switch 1, 30 is shown.
  • the at least one switch 1, 30 comprises at least one drive system 3, which has a drive shaft 16 connected to at least one motor 12.
  • the switching from a current switching position N A (see Fig. 5 ) to an accessible switching position N E (see Fig. 5 ) can be described with a driving profile 22, which can be described and/or represented by an nth order polynomial.
  • the switching can take place both in the upward direction N+ and in a downward direction N-.
  • a driving profile 22 is selected, which describes an operation of the drive system 3 for switching from the current switching position N A to the achievable switching position N E.
  • a position of the drive shaft 16 of the at least one motor 1, 30 is detected using a feedback system 4.
  • the detected position of the drive shaft 16 is defined by an actual value of the position of the drive shaft 16.
  • a feedback signal is generated from the recorded actual value of the position of the drive shaft 16.
  • the selected driving profile 22 represents a target value (a series of target values) that the drive system 3 should use in order to achieve the shift from the current switching position N A to the switching position N E to be achieved, for example in the specified time .
  • a comparison of the actual value of the position of the drive shaft 16 with the driving profile 22 (target value) is carried out, ideally in real time or slightly delayed.
  • a control device 2 intervenes, which controls the at least one motor 12 in such a way that the deviation of the actual value from the driving profile 22 is minimized. While the driving profile is running, the comparison between the actual value and the driving profile 22 (target value) is always carried out. If a deviation is detected, the control device 2 counteracts accordingly (eg increase/decrease the torque of the motor 12; increase/decrease the speed of the motor 12, etc.). When the achievable switching position N E is reached, the drive system 3 stops. A further switching can then, if necessary, be initiated with a different driving profile 22. If the deviation rises above a certain level that was previously defined, the switchover can be aborted.
  • the drive shaft and thus the switch are moved back to a defined safe position and moved back to the starting position.
  • the initially selected driving profile 22 can be traveled backwards or a further driving profile can be selected and traveled by the control device 2 or control unit 10.
  • the driving profiles are determined for the respective switch, with which the drive shaft 16 is to be driven with the motor in an ideal manner.
  • the at least one specific driving profile is saved for use in a circuit.
  • a corresponding storage device can be provided for this purpose.
  • An absolute position of the drive shaft 16 or an absolute position of another shaft is determined with at least one encoder system 13 of the feedback system 4.
  • the control device 2 comprises a control unit 10 and/or a power section 11, with which the at least one motor 12 is controlled or regulated in such a way that the switching position N E to be achieved by the driving profile 22 is reached within a time specified by the driving profile 22 and the The switching position N E to be achieved is approximately achieved with the predefined driving profile 22.
  • a speed or a torque of the at least one motor 13 is specified by the driving profile 22.
  • the driving profile 22 thus specifies at what time or at what position of the drive shaft 16, which torque or which speed should be implemented by the motor 13 on the drive shaft 16.
  • the control device now serves to control the motor 13 accordingly so that the specifications are met the driving profile 22 can be implemented.

Description

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Schalter sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Schalters.The invention relates to a drive system for a switch and a method for driving a switch.

Für die Regelung von Spannung in unterschiedlichen Transformatoren existiert eine Vielzahl an Schaltern für unterschiedliche Aufgaben und mit unterschiedlichen Anforderungen. Für die Betätigung der jeweiligen Schalter müssen diese über ein Antriebssystem angetrieben werden. Bei diesen Schaltern handelt es sich unter anderem um Laststufenschalter, Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender oder Vorwähler.There are a variety of switches for regulating voltage in different transformers for different tasks and with different requirements. In order to operate the respective switches, they must be driven via a drive system. These switches include on-load tap changers, diverter switches, selectors, double turners, turners or preselectors.

Ein Antrieb für einen der oben genannten Schalter ist beispielsweise aus DE 20 2010 011 521 U1 bekannt. In diesem Laststufenschalterantrieb ist ein Motor angeordnet, der über Gestänge starr mit den entsprechenden Laststufenschaltern verbunden ist. Die Betätigung erfolgt mittels Verdrahtung, sprich durch Betätigung von Motorschützen wird der Motor ein- bzw. ausgeschaltet. Über die Antriebswelle werden dann die Laststufenschalter betätigt. Nach der Montage und der Inbetriebnahme sind funktionale Änderungen am Antrieb nicht möglich. Dadurch wird der Antrieb starr und unflexibel. Einfachste Anpassungen erfordern komplexe Umbaumaßnahmen.For example, a drive for one of the switches mentioned above is off DE 20 2010 011 521 U1 known. A motor is arranged in this on-load tap changer drive, which is rigidly connected to the corresponding on-load tap changers via a linkage. The actuation is done by wiring, i.e. the motor is switched on or off by actuating motor contactors. The on-load tap changers are then actuated via the drive shaft. After assembly and commissioning, functional changes to the drive are not possible. This makes the drive rigid and inflexible. The simplest adjustments require complex conversion measures.

Die Patentschrift WO 00/36621 A1 beschreibt eine Betätigungsvorrichtung zum Betreiben und Steuern eines elektrischen Schaltgeräts für den Einsatz in einem Hoch- oder Mittelspannungsübertragungsnetz. Die Betätigungseinrichtung umfasst dabei eine rotierende elektrische Maschine, welche über eine Kupplung mit einem beweglichen Kontakt in Verbindung steht, ohne dabei eine mechanische Feder aufzuweisen. Die Kupplung wandelt die Rotationsbewegung der rotierenden elektrischen Maschine in eine Translationsbewegung des beweglichen Kontakts um.The patent specification WO 00/36621 A1 describes an actuating device for operating and controlling an electrical switching device for use in a high or medium voltage transmission network. The actuating device comprises a rotating electrical machine, which is connected to a movable contact via a coupling without having a mechanical spring. The clutch converts the rotational movement of the rotating electrical machine into a translational movement of the movable contact.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters, insbesondere Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders oder Vorwählers anzugeben, durch welches die Flexibilität des Antriebs und die Sicherheit bei der Schaltung erhöht werden.It is therefore the object of the present invention to provide an improved concept for driving a switch, in particular an on-load tap changer, diverter switch, selector, double turner, turner or preselector, through which the flexibility of the drive and the safety of the switching are increased.

Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für mindestens einen Schalter gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.This object is achieved by a drive system for at least one switch, which comprises the features of claim 1.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zum Antreiben mindestens eines Schalters bereitzustellen, welches ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters zur Verfügung stellt, durch welches die Flexibilität des Antriebs und die Sicherheit bei der Schaltung erhöht werden.A further object of the invention is a method for driving at least one To provide a switch, which provides an improved concept for driving a switch, which increases the flexibility of the drive and the safety of the switching.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Antreiben mindestens eines Schalters gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 9 umfasst.This object is achieved by a method for driving at least one switch, which comprises the features of claim 9.

Das erfindungsgemäße Antriebssystem ist für mindestens einen Schalter geeignet und umfasst eine Antriebswelle, welche das Antriebssystem mit dem mindestens einen Schalter verbindet. Mindestens ein Motor ist vorgesehen, der mit der Antriebswelle gekoppelt ist. Ein Feedbacksystem ist vorgesehen, welches dazu eingerichtet ist, eine Position der Antriebswelle zu bestimmen. Auf Basis dieser Position wird ein Feedbacksignal erzeugt. Eine Steuervorrichtung ist dazu eingerichtet, dass, in Abhängigkeit von dem Feedbacksignal, ein gespeichertes Fahrprofil aus mehreren Fahrprofilen ausgewählt wird. Das ausgewählte Fahrprofil wirkt entsprechend auf den Motor ein.The drive system according to the invention is suitable for at least one switch and comprises a drive shaft which connects the drive system to the at least one switch. At least one motor is provided which is coupled to the drive shaft. A feedback system is provided which is set up to determine a position of the drive shaft. A feedback signal is generated based on this position. A control device is set up to select a stored driving profile from several driving profiles depending on the feedback signal. The selected driving profile affects the engine accordingly.

Die Steuervorrichtung umfasst eine Steuereinheit und ein Leistungsteil, wobei das Leistungsteil zur Energieversorgung des mindestens einen Motors dient. Die gespeicherten Fahrprofile sind in einem Speicher des Leistungsteils hinterlegt. Alternativ sind die Fahrprofile in einem Speicher der Steuervorrichtung oder der Steuereinheit hinterlegt.The control device comprises a control unit and a power section, wherein the power section serves to supply energy to the at least one motor. The saved driving profiles are stored in a memory of the power unit. Alternatively, the driving profiles are stored in a memory of the control device or the control unit.

Das Feedbacksystem beinhaltet mindestens einen Absolutwertgeber und einen Hilfskontakt, der in Kombination mit dem Absolutwertgeber dazu eingerichtet und angeordnet ist, eine absolute Position der Antriebswelle oder eine absolute Position einer weiteren Welle zu erfassen. Die weitere Welle ist mit der Antriebswelle verbunden. Auf Basis der erfassten Position wird wenigstens ein Ausgangssignal erzeugt. Anhand des wenigstens einen Ausgangssignals wird die Position der Antriebswelle ermittelt.The feedback system includes at least one absolute value encoder and an auxiliary contact, which, in combination with the absolute value encoder, is set up and arranged to detect an absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft. The other shaft is connected to the drive shaft. At least one output signal is generated based on the detected position. The position of the drive shaft is determined based on the at least one output signal.

Der Absolutwertgeber kann als Singleturn-Drehgeber oder inkrementeller Geber oder virtueller Geber ausgeführt sein. Der Hilfsschalter kann als mindestens ein Mikroschalter oder Resolver ausgeführt sein.The absolute encoder can be designed as a single-turn encoder, an incremental encoder or a virtual encoder. The auxiliary switch can be designed as at least one microswitch or resolver.

Das Fahrprofil ist durch zwei Variablen definiert und als eine Polynomfunktion n-ter Ordnung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem abgebildet.The driving profile is defined by two variables and mapped as an nth-order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Antriebssystem derart ausgestaltet sein, dass die Steuervorrichtung auf zwei Motoren wirkt. Die Steuervorrichtung umfasst mindestens eins optional zwei Leistungsteile, wobei jeder Motor mit einem gemeinsamen Leistungsteil oder jeder Motor mit eigenem Leistungsteil zusammenwirkt.According to a further embodiment of the invention, the drive system can be designed such that the control device acts on two motors. The control device comprises at least one, optionally two power sections, with each motor interacting with a common power section or each motor with its own power section.

Die Steuervorrichtung ist erfindungsgemäß derart gestaltet, dass sie mit einen der beiden Motoren zusammenwirkt. Dieser Motor fährt das Fahrprofil des Ist-Werts des Feedbacksystems des anderen Motors ab.According to the invention, the control device is designed such that it interacts with one of the two motors. This motor follows the driving profile of the actual value of the feedback system of the other motor.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Antreiben mindestens eines Schalters zeichnet sich dadurch aus, dass ein Antriebssystem eine mit mindestens einem Motor verbundene Antriebswelle aufweist. Zunächst wird vor Beginn der Umschaltung ein Fahrprofil ausgewählt, das einen Betrieb des Antriebssystems zur Umschaltung von einer aktuellen Schaltstellung auf eine erreichbare Schaltstellung beschreibt. Während des Betriebs des Antriebssystems wird mit einem Feedbacksystem eine Position der Antriebswelle des mindestens einen Motors erfasst. Ein Feedbacksignal wird aus dem erfassten Ist-Wert der Position der Antriebswelle erzeugt. Aus einem Vergleich des Ist-Werts der Position der Antriebswelle mit dem Fahrprofil wird ermittelt, ob eine Abweichung vom Ist-Wert und dem Fahrprofil vorliegt. Bei Vorliegen einer Abweichung wird der mindestens eine Motor derart gesteuert, dass die Abweichung des Ist-Werts vom Fahrprofil minimiert wird. Bei Erreichen der erreichbaren Schaltstellung stoppt das Antriebssystem.The method according to the invention for driving at least one switch is characterized in that a drive system has a drive shaft connected to at least one motor. First, before switching begins, a driving profile is selected that describes operation of the drive system for switching from a current switching position to an achievable switching position. During operation of the drive system, a position of the drive shaft of the at least one motor is recorded using a feedback system. A feedback signal is generated from the recorded actual value of the position of the drive shaft. By comparing the actual value of the position of the drive shaft with the driving profile, it is determined whether there is a deviation from the actual value and the driving profile. If there is a deviation, the at least one motor is controlled in such a way that the deviation of the actual value from the driving profile is minimized. When the achievable switching position is reached, the drive system stops.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, dass durch die Verwendung der Fahrprofile eine hohe Flexibilität und Variabilität bei der Umschaltung in einem Schalter erreicht werden kann. Mechanisch Veränderungen im Schalter die die Umschaltung beeinflussen können werden durch die Verwendung der Fahrprofile aufgefangen; es ist somit möglich die Fahrprofile entsprechend anzupassen.The advantage of the method according to the invention is that a high degree of flexibility and variability can be achieved when switching in a switch by using the driving profiles. Mechanical changes in the switch that can influence the switching are compensated for by using the driving profiles; It is therefore possible to adapt the driving profiles accordingly.

Mindestens ein Fahrprofil wird für die Antriebswelle zum Antreiben des Schalters bestimmt. In der Regel wird eine Vielzahl von Fahrprofilen für einen Schalter bestimmt. Das mindestens eine und bestimmte Fahrprofil wird für die Verwendung bei einer Schaltung gespeichert.At least one driving profile is determined for the drive shaft to drive the switch. As a rule, a large number of driving profiles are determined for a switch. The at least one specific driving profile is saved for use in a circuit.

Eine absolute Position der Antriebswelle oder eine absolute Position einer weiteren Welle wird mit mindestens einem Absolutwertgeber des Feedbacksystems bestimmt. Dabei wird, basierend auf der erfassten Position, wenigstens ein Ausgangssignal erzeugt, mit dem die Position der Antriebswelle ermittelt wird.An absolute position of the drive shaft or an absolute position of another shaft is determined with at least one absolute value encoder of the feedback system. Based on the detected position, at least one output signal is generated, with which the position of the drive shaft is determined.

Eine Steuervorrichtung umfasst eine Steuereinheit und/oder ein Leistungsteil, mit denen der mindestens eine Motor derart gesteuert oder geregelt wird, dass die durch das Fahrprofil zu erreichende Schaltstellung innerhalb einer durch das Fahrprofil vorgegebenen Zeit erreicht wird.A control device comprises a control unit and/or a power unit with which the at least one motor is controlled or regulated in such a way that the switching position to be achieved by the driving profile is reached within a time predetermined by the driving profile.

Jedes der Fahrprofile wird durch zwei Variablen definiert und stellt eine zweidimensionale Polynomfunktion n-ter Ordnung dar. Die Polynomfunktion ist in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem abgebildet.Each of the driving profiles is defined by two variables and represents a two-dimensional polynomial function of the nth order. The polynomial function is mapped in a two-dimensional Cartesian coordinate system.

Durch das Fahrprofil werden eine Geschwindigkeit oder ein Drehmoment des mindestens einen Motors vorgegeben. Dabei wird durch das Fahrprofil auch vorgegeben, zu welchem Zeitpunkt oder bei welcher Position der Antriebswelle, welches Drehmoment oder welche Geschwindigkeit durch den Motor an der Antriebswelle umgesetzt wird.The driving profile specifies a speed or a torque of the at least one motor. The driving profile also specifies at what time or at what position of the drive shaft, which torque or speed is implemented by the motor on the drive shaft.

Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, ein Antriebssystem zum Antreiben eines Schalters mit einem Feedbacksystem und einer Steuervorrichtung auszustatten, wodurch ermöglicht wird, dass der Schalter über ein bestimmtes Fahrprofil betätigt wird. Üblicherweise erfolgt, beispielsweise die Betätigung eines Laststufenschalters derart, dass ein Motor mit konstanter Drehzahl eine Antriebswelle betätigt, die parallel Wählerkontakte bewegt und einen Federenergiespeicher aufzieht, der nach dem Auslösen auf den Lastumschalter wirkt. Das Antriebssystem nach dem verbesserten Konzept ist in der Lage die Antriebswelle gezielt, sprich nach einem vorher ausgewählten Fahrprofil, anzutreiben. Das Fahrprofil gibt nicht nur eine Geschwindigkeit oder ein Drehmoment vor. Das Fahrprofil gibt auch vor, zu welchem Zeitpunkt oder bei welcher Position der Antriebswelle, welches Drehmoment oder welche Geschwindigkeit an der Antriebswelle umgesetzt wird. Durch die Nutzung derartiger Fahrprofile können gezielte Abschnitte einer Schaltung des Schalters beeinflusst werden. So ist es möglich, anhand der Antriebswellenposition, die Geschwindigkeit oder das Drehmoment zu erhöhen. Da im Schalter an der Antriebswelle unterschiedliche zu betätigende Teile angeordnet sind, können diese explizit geschont werden. So ist, beispielsweise zu Beginn einer Umschaltung ein höheres Drehmoment erforderlich, um Kontakte zu lösen oder in Bewegung zu versetzen. Unmittelbar danach kann das Drehmoment reduziert werden. Dies ist explizit mit dem Fahrprofil möglich. Über das Feedbacksignal wird die aktuelle Position der Antriebswelle, also Ist-Wert, mit dem Fahrprofil verglichen, also Soll-Wert. Das System wird damit flexibel und sicher.The improved concept is based on the idea of equipping a drive system for driving a switch with a feedback system and a control device, thereby enabling the switch to be actuated via a specific driving profile. Typically, for example, an on-load tap changer is actuated in such a way that a motor at constant speed actuates a drive shaft, which moves selector contacts in parallel and draws up a spring energy storage device, which acts on the diverter switch after it has been triggered. The drive system based on the improved concept is able to drive the drive shaft in a targeted manner, i.e. according to a previously selected driving profile. The driving profile doesn't just specify a speed or a torque. The driving profile also specifies at what time or at what position of the drive shaft, which torque or speed is implemented on the drive shaft. By using such driving profiles, specific sections of a circuit of the switch can be influenced. This makes it possible to increase the speed or torque based on the drive shaft position. Since different parts to be actuated are arranged in the switch on the drive shaft, these can be explicitly protected. For example, at the beginning of a switchover, a higher torque is required to release contacts or set them in motion. Immediately afterwards the torque can be reduced. This is explicitly possible with the driving profile. The current position of the drive shaft, i.e. actual value, is compared with the driving profile, i.e. target value, via the feedback signal. This makes the system flexible and secure.

Die Begrifflichkeit der "Position der Antriebswelle" beinhaltet Messgrößen, aus denen die Position der Antriebswelle, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig bestimmt werden kann.The term “position of the drive shaft” includes measurement variables from which the position of the drive shaft can be clearly determined, if necessary within a tolerance range.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform dient das Antriebssystem dazu, eine Welle des Schalters, Laststufenschalters oder eine entsprechende Komponente des Laststufenschalters anzutreiben. Dadurch wird der Laststufenschalter veranlasst, eine oder mehrere Operationen durchzuführen, beispielsweise eine Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Betriebsmittels oder Teile der Umschaltung, wie etwa eine Lastumschaltung, eine Wählerbetätigung oder eine Vorwählerbetätigung.According to at least one embodiment, the drive system serves to drive a shaft of the switch, on-load tap changer or a corresponding component of the on-load tap changer to drive. This causes the on-load tap changer to carry out one or more operations, for example a switch between two winding taps of a piece of equipment or parts of the switch, such as a load switch, a selector operation or a preselector operation.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Schalter, insbesondere mit der Welle des Schalters, verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the switch, in particular to the shaft of the switch.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform, ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Laststufenschalter, insbesondere mit der Welle des Laststufenschalters, verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the on-load tap changer, in particular to the shaft of the on-load tap changer.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Motor, insbesondere mit einer Motorwelle des Motors, verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the motor, in particular to a motor shaft of the motor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform entspricht eine Position, insbesondere eine absolute Position, der Motorwelle, einer Position der Antriebswelle. Das heißt, von der Position der Motorwelle lässt sich, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig auf die Position der Antriebswelle schließen.According to at least one embodiment, a position, in particular an absolute position, of the motor shaft corresponds to a position of the drive shaft. This means that the position of the drive shaft can be clearly deduced from the position of the motor shaft, if necessary within a tolerance range.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Einwirken ein Steuern, Regeln, Bremsen, Beschleunigen oder Anhalten des Motors. Das Regeln kann, beispielsweise eine Positionsregelung, eine Geschwindigkeitsregelung, eine Beschleunigungsregelung oder eine Drehmomentregelung umfassen. Zumindest im Falle solcher Regelungen kann man davon sprechen, dass das Antriebssystem ein Servoantriebssystem darstellt.According to at least one embodiment, the action includes controlling, regulating, braking, accelerating or stopping the engine. The control can include, for example, position control, speed control, acceleration control or torque control. At least in the case of such regulations, one can say that the drive system represents a servo drive system.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das Antriebssystem eine Überwachungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, anhand des Feedbacksignals, die eine oder mehreren Operationen des Schalters zu überwachen. Die Überwachung umfasst insbesondere eine Überwachung dahingehend, ob einzelne Operationen oder Teile ordnungsgemäß, insbesondere innerhalb vordefinierter Zeitfenster, durchgeführt werden.According to at least one embodiment, the drive system comprises a monitoring unit which is designed to monitor the one or more operations of the switch based on the feedback signal. The monitoring includes, in particular, monitoring as to whether individual operations or parts are carried out properly, in particular within predefined time windows.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst die Steuervorrichtung eine Steuereinheit und ein Leistungsteil zur gesteuerten oder geregelten Energieversorgung des Motors. Die Steuereinheit ist zur Ansteuerung des Leistungsteils eingerichtet. Im Leistungsteil ist mindestens ein Fahrprofil hinterlegt, welches aus zwei Variablen gebildet und als eine Polynomfunktion n-ter Ordnung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem abgebildet werden kann.According to at least one embodiment, the control device comprises a control unit and a power section for the controlled or regulated energy supply to the motor. The control unit is set up to control the power section. At least one driving profile is stored in the power section, which is formed from two variables and as an nth order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system can be depicted.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil als Umrichter oder Servoumrichter ausgestaltet oder als äquivalente elektronische, insbesondere vollelektronische, Einheit für Antriebsmaschinen.According to at least one embodiment, the power section is designed as a converter or servo converter or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.

Gemäß verschiedener Ausführungsformen enthält die Steuervorrichtung das Feedbacksystem ganz oder teilweise.According to various embodiments, the control device contains the feedback system in whole or in part.

Die absolute Position der Antriebswelle kann von der Steuervorrichtung, beispielsweise verglichen werden. Bei einer signifikanten Abweichung kann die Steuervorrichtung eine Fehlermeldung ausgeben oder eine Sicherheitsmaßnahme einleiten.The absolute position of the drive shaft can be compared by the control device, for example. If there is a significant deviation, the control device can issue an error message or initiate a safety measure.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln und einen Wert für die Position der Antriebswelle, in Abhängigkeit der Rotorposition, zu bestimmen.According to at least one embodiment, the feedback system is set up to determine a rotor position of the motor and to determine a value for the position of the drive shaft, depending on the rotor position.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform handelt es sich bei der Rotorposition um einen Winkelbereich, in dem sich ein Rotor des Motors befindet, gegebenenfalls kombiniert mit einer Anzahl von vollständigen Rotationen des Rotors.According to at least one embodiment, the rotor position is an angular range in which a rotor of the motor is located, optionally combined with a number of complete rotations of the rotor.

Je nach Ausgestaltung, insbesondere Polpaarzahl, des Rotors kann damit die Position oder absolute Position der Motorwelle bis auf mindestens 180° genau bestimmt werden, beispielsweise durch die Steuervorrichtung. Durch Untersetzung mittels einem oder mehrerer Getriebe ist die dadurch erzielbare Genauigkeit der Position der Antriebswelle deutlich größer. Die Auswertung durch die Steuervorrichtung entspricht hier gewissermaßen einer virtuellen Geberfunktion. Auch bei einem vollständigen Ausfall eines Absolutwertgebers des Feedbacksystems kann daher wenigstens ein Notbetrieb aufrechterhalten werden und/oder der Laststufenschalter in eine sichere Position gebracht werden.Depending on the design, in particular the number of pole pairs, of the rotor, the position or absolute position of the motor shaft can be determined precisely to at least 180°, for example by the control device. By reducing gears using one or more gears, the accuracy that can be achieved in the position of the drive shaft is significantly greater. The evaluation by the control device here corresponds, so to speak, to a virtual transmitter function. Even in the event of a complete failure of an absolute value encoder in the feedback system, at least emergency operation can be maintained and/or the on-load tap changer can be brought into a safe position.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Feedbacksystem einen Absolutwertgeber, der dazu eingerichtet und angeordnet ist, die absolute Position der Antriebswelle oder eine absolute Position einer weiteren Welle, welche mit der Antriebswelle verbunden ist, zu erfassen und, basierend auf der erfassten Position, wenigstens ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Feedbacksystem ist dazu eingerichtet, einen Wert für die Position der Antriebswelle, anhand des wenigstens einen Ausgangssignals, zu ermitteln.According to at least one embodiment, the feedback system includes an absolute encoder that is configured and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft connected to the drive shaft and, based on the detected position, at least one output signal to create. The feedback system is set up to determine a value for the position of the drive shaft based on the at least one output signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber direkt oder indirekt an der Motorwelle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt.According to at least one embodiment, the absolute value encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst der Absolutwertgeber einen Multiturn-Drehgeber oder Singleturn-Geber.According to at least one embodiment, the absolute encoder comprises a multiturn encoder or singleturn encoder.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Absolutwertgeber dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle, anhand eines Abtastverfahrens, zu erfassen.According to at least one embodiment, the absolute value encoder is set up to detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Abtastverfahren ein optisches, ein magnetisches, ein kapazitives, ein resistives oder ein induktives Abtastverfahren.According to at least one embodiment, the scanning method includes an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Feedbacksystem eine Kombination aus einem Geber und einem Hilfskontakt, die in der Kombination dazu eingerichtet und angeordnet sind, die absolute Position der Antriebswelle oder eine absolute Position einer weiteren Welle, welche mit der Antriebswelle verbunden ist, zu erfassen und, basierend auf der erfassten Position, wenigstens ein Ausgangssignal zu erzeugen. Das Feedbacksystem ist dazu eingerichtet, einen Wert für die Position der Antriebswelle, anhand des wenigstens einen Ausgangssignals, zu ermitteln.According to at least one embodiment, the feedback system includes a combination of a transmitter and an auxiliary contact, which in combination are designed and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft which is connected to the drive shaft and, based on the detected position to generate at least one output signal. The feedback system is set up to determine a value for the position of the drive shaft based on the at least one output signal.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform sind der Geber und der Hilfskontakt direkt oder indirekt an der Motorwelle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt.According to at least one embodiment, the encoder and the auxiliary contact are attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Geber als Singleturn-Drehgeber oder inkrementeller Geber oder virtueller Geber ausgeführt und der Hilfsschalter als mindestens ein Mikroschalter oder Resolver oder Sin-Cos-Geber.According to at least one embodiment, the encoder is designed as a single-turn rotary encoder or incremental encoder or virtual encoder and the auxiliary switch is designed as at least one microswitch or resolver or sin-cos encoder.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann das Fahrprofil aus zwei Variablen gebildet sein und als eine Polynomfunktion n-ter Ordnung in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem abgebildet werden.According to at least one embodiment, the driving profile can be formed from two variables and mapped as an nth-order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform sind die Variablen direkte Größen oder indirekte Größen des Antriebssystems, wie zum Beispiel, Zeit, Drehwinkel der Antriebswelle, Strom, Spannung, Geschwindigkeit, Drehmoment oder Beschleunigung.According to at least one embodiment, the variables are direct variables or indirect variables of the drive system, such as, for example, time, angle of rotation of the drive shaft, current, voltage, speed, torque or acceleration.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann eine Variable durch jeweils eine Achse des Koordinatensystems abgebildet werden.According to at least one embodiment, a variable can be represented by one axis of the coordinate system.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung auf einen zweiten Motor wirken.According to at least one embodiment, the control device can act on a second motor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung ein zweites Leistungsteil aufweisen, welches auf einen zweiten Motor wirkt.According to at least one embodiment, the control device can have a second power part which acts on a second motor.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann die Steuervorrichtung derart auf einen zweiten Motor wirken, dass dieser das Fahrprofil des Ist-Werts des Feedbacksystems des ersten Motors abfährt.According to at least one embodiment, the control device can act on a second motor in such a way that it follows the driving profile of the actual value of the feedback system of the first motor.

Gemäß wenigsten einer Ausführungsform kann der Schalter als ein Laststufenschalter oder ein Lastumschalter oder Wähler oder ein Doppelwender oder ein Wender oder ein Vorwähler ausgebildet sein.According to at least one embodiment, the switch can be designed as an on-load tap changer or a diverter switch or selector or a double turner or a turner or a preselector.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Antreiben eines Schalters angegeben. Das Verfahren umfasst das Bestimmen und Auswählen von einem Fahrprofil für die Antriebswelle zum Antreiben des Schalters durch die Steuervorrichtung, das Erzeugen eines Feedbacksignals, basierend auf der Position der Antriebswelle und das Steuern eines Motors zum Antreiben des Schalters, abhängig von dem Feedbacksignal und dem Fahrprofil.According to the improved concept, a method of driving a switch is also provided. The method includes determining and selecting a drive profile for the drive shaft to drive the switch by the control device, generating a feedback signal based on the position of the drive shaft, and controlling a motor to drive the switch depending on the feedback signal and the drive profile.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand beispielhafter Ausführungsformen unter Bezug auf die Zeichnungen im Detail erklärt. Komponenten, die identisch oder funktionell identisch sind oder einen identischen Effekt haben, können mit identischen Bezugszeichen versehen sein. Identische Komponenten oder Komponenten mit identischer Funktion sind unter Umständen nur in der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.The invention is explained in detail below using exemplary embodiments with reference to the drawings. Components that are identical or functionally identical or have an identical effect can be provided with identical reference numerals. Identical components or components with identical functions may only be explained in the figure in which they first appear. The explanation is not necessarily repeated in subsequent figures.

Es zeigen:

Figur 1
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems gemäß dem verbesserten Konzept;
Figur 2a
ein Fahrprofil für das Antriebssystem, das den Drehwinkel der Antriebswelle als Funktion der Zeit darstellt;
Figur 2b
ein Fahrprofil für das Antriebssystem, das das Drehmoment als Funktion des Drehwinkels der Antriebswelle darstellt;
Figur 3
eine weitere schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems, gemäß dem verbesserten Konzept für mehrere Schalter;
Figur 4
eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems gemäß dem verbesserten Konzept mit mehreren Leistungsteilen;
Figur 5
eine schematische Darstellung des Antriebs für einen Laststufenschalter, mit dem zwischen den verschiedenen Anzapfungen (Schaltstellungen) eines Transformators geschalten werden kann; und
Figur 6
eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Antreiben eines Schalters.
Show it:
Figure 1
a schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system according to the improved concept;
Figure 2a
a driving profile for the drive system, which represents the angle of rotation of the drive shaft as a function of time;
Figure 2b
a driving profile for the drive system that represents the torque as a function of the angle of rotation of the drive shaft;
Figure 3
Another schematic illustration of an exemplary embodiment of a drive system according to the improved multiple switch concept;
Figure 4
a schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system according to the improved concept with multiple power units;
Figure 5
a schematic representation of the drive for an on-load tap changer, which can be used to switch between the different taps (switching positions) of a transformer; and
Figure 6
a schematic representation of a flow chart of the method according to the invention for driving a switch.

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die Figuren stellen lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung dar, ohne jedoch die Erfindung auf die dargestellten Ausführungsbeispiele zu beschränken.Identical reference numbers are used for elements of the invention that are the same or have the same effect. Furthermore, for the sake of clarity, only reference numbers that are necessary for the description of the respective figure are shown in the individual figures. The figures merely represent exemplary embodiments of the invention, but without limiting the invention to the exemplary embodiments shown.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems 3 für einen Schalter 1. Das Antriebssystem 3 ist über eine Antriebswelle 16 mit dem Schalter 1 verbunden. Das Antriebssystem 3 beinhaltet einen Motor 12, welcher über eine Motorwelle 14 und optional über ein Getriebe 15 die Antriebswelle 16 antreiben kann. Eine Steuervorrichtung 2 des Antriebssystems 3 umfasst ein Leistungsteil 11, welches beispielsweis einen Umrichter (nicht dargestellt) zur gesteuerten oder geregelten Energieversorgung des Motors 12 enthält, sowie eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Leistungsteils 11, beispielsweise über einen Bus (nicht dargestellt). Das Antriebssystem 3 weist ein Gebersystem 13 auf, welches als Feedbacksystem 4 dient oder Teil des Feedbacksystems 4 ist und mit dem Leistungsteil 11 verbunden ist. Ferner ist das Gebersystem 13 direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Figure 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system 3 for a switch 1. The drive system 3 is connected to the switch 1 via a drive shaft 16. The drive system 3 includes a motor 12, which can drive the drive shaft 16 via a motor shaft 14 and optionally via a gear 15. A control device 2 of the drive system 3 comprises a power section 11, which contains, for example, a converter (not shown) for the controlled or regulated energy supply of the motor 12, and a control unit 10 for controlling the power section 11, for example via a bus (not shown). The drive system 3 has a sensor system 13, which serves as a feedback system 4 or is part of the feedback system 4 and is connected to the power section 11. Furthermore, the encoder system 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.

Das Gebersystem 13 ist dazu eingerichtet, mindestens einen ersten Wert für eine Position, insbesondere eine Winkelposition, beispielsweise eine absolute Winkelposition der Antriebswelle 16, zu erfassen. Dazu kann das Gebersystem 13 zum Beispiel einen Absolutwertgeber, insbesondere einen Multi-Turn-Absolutwertgeber, umfassen, welcher an der Antriebswelle 16, der Motorwelle 14 oder einer anderen Welle, deren Position eindeutig mit der absoluten Position der Antriebswelle 16 verknüpft ist, befestigt ist. Das Gebersystem 13 kann jedoch auch einen Single-Turn-Absolutwertgeber und/oder einen virtuellen Geber und/oder Hilfsschalter umfassen. Zum Beispiel kann die Position der Antriebswelle 16 aus der Position der Motorwelle 14 eindeutig bestimmt werden, beispielsweise, über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes.The encoder system 13 is set up to detect at least a first value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position of the drive shaft 16. For this purpose, the encoder system 13 can include, for example, an absolute encoder, in particular a multi-turn absolute encoder, which is attached to the drive shaft 16, the motor shaft 14 or another shaft whose position is clearly linked to the absolute position of the drive shaft 16. However, the encoder system 13 can also include a single-turn absolute encoder and/or a virtual encoder and/or auxiliary switch. For example, the position of the drive shaft 16 can be from the position of the motor shaft 14 can be clearly determined, for example, via a transmission ratio of the transmission.

Das Feedbacksystem 4 ist dazu eingerichtet, einen Wert für die Position der Antriebswelle 16 zu erfassen.The feedback system 4 is set up to record a value for the position of the drive shaft 16.

Die Steuervorrichtung 2 und insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 11 sind dazu eingerichtet, den Motor 12 zu steuern oder zu regeln, abhängig von einem Feedbacksignal, basierend auf dem Wert welches das Feedbacksystem 4 erzeugt.The control device 2 and in particular the control unit 10 and/or the power section 11 are set up to control or regulate the motor 12 depending on a feedback signal based on the value that the feedback system 4 generates.

Das Leistungsteil 11 weist einen Speicher 5 mit hinterlegten Fahrprofilen 22 (nicht dargestellt) auf. Das Gebersystem 13, das als Feedbacksystem 4 verwendet wird, meldet dem Leistungsteil 11 die Position der Welle und überwacht damit, ob die Antriebswelle 16 das Fahrprofil 22 richtig abfährt bzw. die vorgegebenen Parameter einhält. Die Fahrprofile 22 können auch in der Steuervorrichtung 2 oder Steuereinheit gespeichert sein.The power unit 11 has a memory 5 with stored driving profiles 22 (not shown). The encoder system 13, which is used as a feedback system 4, reports the position of the shaft to the power section 11 and thus monitors whether the drive shaft 16 follows the driving profile 22 correctly or adheres to the specified parameters. The driving profiles 22 can also be stored in the control device 2 or control unit.

Im Leistungsteil 11 sind mehrere Fahrprofile 22 hinterlegt. Über die Steuereinheit 10 wird eines der Fahrprofile 22 ausgewählt.Several driving profiles 22 are stored in the power section 11. One of the driving profiles 22 is selected via the control unit 10.

Figur 2a zeigt ein mögliches Fahrprofil 22 des Motors 12 für eine Schalthandlung des Schalters 1. Das beispielhafte Fahrprofil 22 ist eine Polynomfunktion n-ter Ordnung mit zwei Variablen, welche in ein zweidimensionales kartesisches Koordinatensystem 20 aufgetragen sind. Bei dem in Figur 2a gezeigten Fahrprofil 22 ist auf der X-Achse 24 die Zeit t, sprich, wie lange die Antriebswelle 16 den Motor 12 betätigt, aufgetragen. Auf der Y-Achse 25 ist der Drehwinkel ω der Antriebswelle 16 aufgetragen. Die in Figur 2a auf den Achsen 24, 25 aufgetragen Größen sind lediglich Beispiele und sollen nicht als Beschränkung der Erfindung verstanden werden. Die auf der X-Achse 24 und der Y-Achse 25 aufgetragenen Variablen können direkte Größen oder indirekte Größen des Antriebssystems 3 sein. Direkte Größen können beispielsweise die Zeit t, ein Drehwinkel der Antriebswelle 16, Strom oder Spannung sein. Indirekte Größen können Geschwindigkeit, Drehmoment, Beschleunigung oder ähnliches sein. Figure 2a shows a possible driving profile 22 of the motor 12 for a switching operation of the switch 1. The exemplary driving profile 22 is an nth-order polynomial function with two variables, which are plotted in a two-dimensional Cartesian coordinate system 20. At the in Figure 2a In the driving profile 22 shown, the time t, i.e. how long the drive shaft 16 actuates the motor 12, is plotted on the X-axis 24. The angle of rotation ω of the drive shaft 16 is plotted on the Y axis 25. In the Figure 2a Sizes plotted on axes 24, 25 are merely examples and should not be construed as a limitation of the invention. The variables plotted on the X-axis 24 and the Y-axis 25 can be direct variables or indirect variables of the drive system 3. Direct variables can be, for example, time t, an angle of rotation of the drive shaft 16, current or voltage. Indirect variables can be speed, torque, acceleration or similar.

Figur 2b zeigt ein mögliches Fahrprofil 22 des Motors 12 für eine Schalthandlung des Schalters 1, welches in einem zweidimensionalen kartesischen Koordinatensystem 20 aufgetragen ist. Hier ist die indirekte Größe des Drehmoments M(t) als Funktion des Drehwinkels ω aufgetragen und als eine Polynomfunktion n-ter Ordnung dargestellt. Bei dem in Figur 2a gezeigten Fahrprofil 22 ist auf der X-Achse 24 der Drehwinkel ω aufgetragen. Auf der Y-Achse 25 ist das auf die Antriebswelle 16 wirkende Drehmoment M(t) aufgetragen. Figure 2b shows a possible driving profile 22 of the motor 12 for a switching operation of the switch 1, which is plotted in a two-dimensional Cartesian coordinate system 20. Here, the indirect magnitude of the torque M(t) is plotted as a function of the angle of rotation ω and shown as an nth order polynomial function. At the in Figure 2a In the driving profile 22 shown, the angle of rotation ω is plotted on the X-axis 24. The torque M(t) acting on the drive shaft 16 is plotted on the Y axis 25.

Das Fahrprofil 22 gibt einen Soll-Wert vor, den die Antriebswelle 16 abzufahren hat. Beim Abfahren des Fahrprofils 22 kann der Ist-Wert, der über das Feedbacksystem 4 erfasst wird, eine Abweichung vom Soll-Wert aufweisen. Abhängig von der vorgegeben möglichen Abweichung des Ist-Werts vom Soll-Wert kann das Wirken auf den Motor 12 entweder abgebrochen oder fortgeführt werden. Die Abweichung kann entweder manuell eingestellt werden oder mittels eines Einlernprozesses ermittelt werden.The driving profile 22 specifies a target value that the drive shaft 16 has to travel. When running the driving profile 22, the actual value, which is recorded via the feedback system 4, may have a deviation from the target value. Depending on the specified possible deviation of the actual value from the target value, the action on the motor 12 can either be canceled or continued. The deviation can either be set manually or determined using a teach-in process.

Figur 3 zeigt das Antriebssystem 3, welches zwei Schalter 1, 30 antreibt. Das zweite Gebersystem 13, welches ebenso als Feedbacksystem 4 verwendet wird, meldet dem Leistungsteil 11, bzw. das Leistungsteil 11 fragt die Position ab, ebenfalls die Position der zweiten Antriebswelle 16 und überwacht damit, ob die zweite Antriebswelle 16 das Fahrprofil 22 richtig abfährt bzw. die vorgegebenen Größen einhält. Dabei können die beiden Motoren 12, 32 entweder dem vorgegeben Fahrprofil 22 folgen oder einer der Motoren 12 fährt das vorgegebene Fahrprofil 22 ab und der zweite Motor 32 folgt dem Ist-Wert des ersten Motors 12, also in einer Art "Master-Slave" Funktion. Die Daten hierfür erhält der zweite Motor 32 vom Leistungsteil 11. Dadurch wird sichergestellt, dass beide Schalter 1, 30, nur leicht zeitversetzt, das gleiche Fahrprofil 22 in der gleichen Zeit t abfahren. Sollten beide unabhängig voneinander dasselbe Fahrprofil 22 fahren müssen, kann bei einer Störung oder Verzögerung bei einem der Schalter 1, 30, der zweite Schalter schneller fertig werden, sodass kein synchrones Antreiben und damit kein synchrones Schalten vorliegt. Dies kann jedoch in einigen Fällen gerade erforderlich sein. Durch den "Master-Slave" Betrieb kann ein sicherer Parallelbetrieb gewährleistet werden. Figure 3 shows the drive system 3, which drives two switches 1, 30. The second sensor system 13, which is also used as a feedback system 4, reports the position to the power part 11, or the power part 11 queries the position, also the position of the second drive shaft 16 and thus monitors whether the second drive shaft 16 follows the driving profile 22 correctly or .complies with the specified sizes. The two motors 12, 32 can either follow the specified driving profile 22 or one of the motors 12 follows the specified driving profile 22 and the second motor 32 follows the actual value of the first motor 12, i.e. in a kind of “master-slave” function . The second motor 32 receives the data for this from the power section 11. This ensures that both switches 1, 30 run the same driving profile 22 in the same time t, with only a slight time delay. If both have to drive the same driving profile 22 independently of one another, in the event of a fault or delay in one of the switches 1, 30, the second switch can be completed more quickly, so that there is no synchronous driving and therefore no synchronous switching. However, in some cases this may be necessary. The “master-slave” operation ensures safe parallel operation.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform des Antriebssystems 3, bei dem ein zweites Leistungsteil 40 mit einem separaten Motor 32 und einem Feedbacksystem 4 vorgesehen sind. Auch hier können die beide Motoren 12, 32 entweder dem vorgegeben Fahrprofil 22 folgen oder ein Motor 12 folgt dem Fahrprofil 22 und der zweite Motor 32 folgt dem Ist-Wert des ersten Motors 12, der durch das erste Feedbacksystem 4 zur Verfügung gestellt wird, also in einer Art "Master-Slave" Funktion. Diese vorteilhafte Ausführungsform erlaubt den Parallelbetrieb von mehreren Schaltern, die räumlich weit voneinander entfernt sind. Die Leistungsteile 11, 40 sind mit einem Feldbus 6, wie zum Beispiel einem Powerlink, miteinander verbunden. Es findet lediglich ein Datenaustausch statt und keine Energieübertragung. Weiterhin kann es aus wirtschaftlichen Gründen von Vorteil sein, mehrere kleinere Leistungsteile statt einem großen Leistungsteil zu verwenden. Figure 4 shows an embodiment of the drive system 3, in which a second power part 40 with a separate motor 32 and a feedback system 4 are provided. Here too, the two motors 12, 32 can either follow the specified driving profile 22 or one motor 12 follows the driving profile 22 and the second motor 32 follows the actual value of the first motor 12, which is provided by the first feedback system 4, i.e in a kind of "master-slave" function. This advantageous embodiment allows the parallel operation of several switches that are spatially far apart from each other. The power parts 11, 40 are connected to one another with a fieldbus 6, such as a Powerlink. There is only data exchange and no energy transfer. Furthermore, for economic reasons it can be advantageous to use several smaller power units instead of one large power unit.

Figur 5 zeigt einen schematischen Aufbau eines Antriebskonzepts eines Schalters 1, 30, der als Laststufenschalter 170 ausgebildet ist. Bei diesem können die Schaltstellungen N1, N2,..., NN angefahren werden die mit den verschiedenen Stufen einer Regelwicklung 19 eines Transformators 180 verbunden sind. Obwohl für die Beschreibung der einzelnen Schaltstellung N1, N2,..., NN des Schalters 1, 30 das Konzept eines Laststufenschalter 170 gewählt worden ist, soll dies nicht als eine Beschränkung der Erfindung aufgefasst werden. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass das Antriebskonzept auch bei Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender oder Vorwähler Anwendung findet. Figure 5 shows a schematic structure of a drive concept of a switch 1, 30, which is designed as an on-load tap changer 170. In this case, the switching positions N 1 , N 2 ,..., N N are approached, which are connected to the various stages of a control winding 19 of a transformer 180. Although the concept of an on-load tap changer 170 was chosen for the description of the individual switching position N 1 , N 2 ,..., N N of the switch 1, 30, this should not be construed as a limitation of the invention. It goes without saying for an expert that the drive concept can also be used for diverter switches, selectors, double turners, turners or preselectors.

Für den Antrieb eines Wählers 18 und des Lastumschalters 17 ist ein Motor 12 vorgesehen, der über ein Getriebe 15 auf den Laststufenschalter 170 mit dem Wähler 18 und den Lastumschalter 17 wirkt. Über eine Motorwelle 14 und eine Antriebswelle 16 wirkt der Motor 12 auf den Laststufenschalter 170, um in einer Aufwärtsrichtung N+ von einer Schaltstellung NN auf die nächst höhere Schaltstellung NN+1 oder in einer Abwärtsrichtung N- von einer Schaltstellung NN auf die nächst niedere Schaltstellung NN-1 zu schalten. Dabei wird mit dem Wähler der zu beschaltende Schaltstellung (Stufenstellung) vorgewählt und der Lastumschalter führt die eigentliche Lastumschaltung aus.To drive a selector 18 and the diverter switch 17, a motor 12 is provided, which acts via a gear 15 on the on-load tap changer 170 with the selector 18 and the diverter switch 17. The motor 12 acts on the on-load tap changer 170 via a motor shaft 14 and a drive shaft 16 in order to move in an upward direction N+ from one switching position N N to the next higher switching position N N+1 or in a downward direction N- from one switching position N N to the next to switch to the lower switching position N N-1 . The selector is used to preselect the switching position (tap position) to be connected and the diverter switch carries out the actual load transfer.

In Figur 6 ist ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Antreiben mindestens eines Schalters 1, 30 dargestellt. Der mindestens eine Schalter 1, 30 umfasst zumindest ein Antriebssystem 3, das eine mit mindestens einem Motor 12 verbundene Antriebswelle 16 aufweist. Die Schaltung von einer aktuellen Schaltstellung NA (siehe Fig. 5) auf eine erreichbare Schaltstellung NE (siehe Fig. 5) kann mit einem Fahrprofil 22 beschrieben werden, welches durch ein Polynom n-ter Ordnung beschrieben und/oder dargestellt werden kann. Die Schaltung kann sowohl in der Aufwärtsrichtung N+ als auch in einer Abwärtsrichtung N- erfolgen. Vor Beginn der Schaltung wird ein Fahrprofil 22 ausgewählt, das einen Betrieb des Antriebssystems 3 zur Umschaltung von der aktuellen Schaltstellung NA auf die erreichbare Schaltstellung NE beschreibt. Während des Betriebs des Antriebssystems 3 wird mit einem Feedbacksystem 4 eine Position der Antriebswelle 16 des mindestens einen Motors 1, 30 erfasst. Die erfasste Position der Antriebswelle 16 wird durch einen Ist-Wert der Position der Antriebswelle 16 definiert. Ein Feedbacksignal wird aus dem erfassten Ist-Wert der Position der Antriebswelle 16 erzeugt.In Figure 6 a flowchart of the method according to the invention for driving at least one switch 1, 30 is shown. The at least one switch 1, 30 comprises at least one drive system 3, which has a drive shaft 16 connected to at least one motor 12. The switching from a current switching position N A (see Fig. 5 ) to an accessible switching position N E (see Fig. 5 ) can be described with a driving profile 22, which can be described and/or represented by an nth order polynomial. The switching can take place both in the upward direction N+ and in a downward direction N-. Before switching begins, a driving profile 22 is selected, which describes an operation of the drive system 3 for switching from the current switching position N A to the achievable switching position N E. During operation of the drive system 3, a position of the drive shaft 16 of the at least one motor 1, 30 is detected using a feedback system 4. The detected position of the drive shaft 16 is defined by an actual value of the position of the drive shaft 16. A feedback signal is generated from the recorded actual value of the position of the drive shaft 16.

Das ausgewählte Fahrprofil 22 repräsentiert einen Soll-Wert (eine Reihe von Soll-Werten), den das Antriebssystem 3 abfahren soll, um die Schaltung von der aktuellen Schaltstellung NA auf die zu erreichende Schaltstellung NE, z.B. in der vorgegebenen Zeit, zu bewerkstelligen. Gemäß der Erfindung wird ein Vergleich des Ist-Werts der Position der Antriebswelle 16 mit Fahrprofil 22 (Soll-Wert) durchgeführt, im Idealfall in Echtzeit oder leicht verzörgert.The selected driving profile 22 represents a target value (a series of target values) that the drive system 3 should use in order to achieve the shift from the current switching position N A to the switching position N E to be achieved, for example in the specified time . According to the invention, a comparison of the actual value of the position of the drive shaft 16 with the driving profile 22 (target value) is carried out, ideally in real time or slightly delayed.

Aus dem Vergleich kann ermittelt werden, ob eine Abweichung vom Ist-Wert und dem Fahrprofil 22 vorliegt.From the comparison it can be determined whether there is a deviation from the actual value and the driving profile 22.

Bei dem Vorliegen einer Abweichung zwischen dem Ist-Wert und dem Fahrprofil 22 greift eine Steuervorrichtung 2 ein, die den mindestens einen Motor 12 derart steuert, dass die Abweichung des Ist-Werts vom Fahrprofil 22 minimiert wird. Während des Abfahrens des Fahrprofils wird immer der Vergleich zwischen dem Ist-Wert und dem Fahrprofil 22 (Soll-Wert) durchgeführt. Falls eine Abweichung festgesellt wird, wird von der Steuervorrichtung 2 entsprechend gegengesteuert (z.B. Drehmoment des Motors 12 erhöhen/erniedrigen; Drehzahl des Motors 12 erhöhen/erniedrigen, etc.). Bei Erreichen der erreichbaren Schaltstellung NE stoppt das Antriebssystem 3. Eine weitere Schaltung kann dann ggf. mit einem anderen Fahrprofil 22 eingeleitet werden. Sollte die Abweichung eine über ein bestimmtes Maß, welches vorher definiert wurde, steigen, kann die Umschaltung abgebrochen werden. Dann wird entweder das gesamte System stillgesetzt, die Antriebswelle und damit der Schalter in eine definierte sichere Position zurückgefahren und in die Startposition zurückgefahren werden. Hierfür kann das zu Beginn ausgewählte Fahrprofil 22 rückwärts abgefahren werden oder ein weiteres Fahrprofil durch die Steuervorrichtung 2 oder Steuereinheit 10 ausgewählt und abgefahren werden.If there is a deviation between the actual value and the driving profile 22, a control device 2 intervenes, which controls the at least one motor 12 in such a way that the deviation of the actual value from the driving profile 22 is minimized. While the driving profile is running, the comparison between the actual value and the driving profile 22 (target value) is always carried out. If a deviation is detected, the control device 2 counteracts accordingly (eg increase/decrease the torque of the motor 12; increase/decrease the speed of the motor 12, etc.). When the achievable switching position N E is reached, the drive system 3 stops. A further switching can then, if necessary, be initiated with a different driving profile 22. If the deviation rises above a certain level that was previously defined, the switchover can be aborted. Then either the entire system is stopped, the drive shaft and thus the switch are moved back to a defined safe position and moved back to the starting position. For this purpose, the initially selected driving profile 22 can be traveled backwards or a further driving profile can be selected and traveled by the control device 2 or control unit 10.

Die Fahrprofile werden für den jeweiligen Schalter bestimmt, mit denen die Antriebswelle 16 mit dem Motor in idealer Weise angetrieben werden soll. Das mindestens eine und bestimmte Fahrprofil wird für die Verwendung bei einer Schaltung gespeichert. Hierzu kann eine entsprechende Speichereinrichtung vorgesehen sein.The driving profiles are determined for the respective switch, with which the drive shaft 16 is to be driven with the motor in an ideal manner. The at least one specific driving profile is saved for use in a circuit. A corresponding storage device can be provided for this purpose.

Eine absolute Position der Antriebswelle 16 oder eine absolute Position einer weiteren Welle wird mit mindestens einem Gebersystem 13 des Feedbacksystems 4 bestimmt.An absolute position of the drive shaft 16 or an absolute position of another shaft is determined with at least one encoder system 13 of the feedback system 4.

Die Steuervorrichtung 2 umfasst eine Steuereinheit 10 und/oder einen Leistungsteil 11, mit denen der mindestens eine Motor 12 derart gesteuert oder geregelt wird, dass die durch das Fahrprofil 22 zu erreichende Schaltstellung NE innerhalb einer durch das Fahrprofil 22 vorgegebenen Zeit erreicht wird und die zu erreichende Schaltstellung NE annähernd mit dem vordefinierten Fahrprofil 22 erreicht wird.The control device 2 comprises a control unit 10 and/or a power section 11, with which the at least one motor 12 is controlled or regulated in such a way that the switching position N E to be achieved by the driving profile 22 is reached within a time specified by the driving profile 22 and the The switching position N E to be achieved is approximately achieved with the predefined driving profile 22.

Durch das Fahrprofil 22 wird z.B. eine Geschwindigkeit oder ein Drehmoment des mindestens einen Motors 13 vorgegeben. Das Fahrprofil 22 gibt somit vor, zu welchem Zeitpunkt oder bei welcher Position der Antriebswelle 16, welches Drehmoment oder welche Geschwindigkeit durch den Motor 13 an der Antriebswelle 16 umgesetzt werden soll. Die Steuervorrichtung dient nun dazu den Motor 13 entsprechend zu steuern, damit die Vorgaben des Fahrprofils 22 umgesetzt werden.For example, a speed or a torque of the at least one motor 13 is specified by the driving profile 22. The driving profile 22 thus specifies at what time or at what position of the drive shaft 16, which torque or which speed should be implemented by the motor 13 on the drive shaft 16. The control device now serves to control the motor 13 accordingly so that the specifications are met the driving profile 22 can be implemented.

Die Erfindung wurde unter Berücksichtigung einer besonderen Ausführungsform beschrieben. Es ist für einen Fachmann selbstverständlich, dass Änderungen und Abwandlungen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen.The invention has been described taking into account a particular embodiment. It will be obvious to one skilled in the art that changes and modifications can be made without departing from the scope of the following claims.

BezugszeichenReference symbols

1, 301, 30
SchalterSwitch
22
SteuervorrichtungControl device
33
AntriebssystemDrive system
44
FeedbacksystemFeedback system
55
SpeicherStorage
66
FeldbusFieldbus
1010
SteuereinheitControl unit
11, 4011, 40
Leistungsteilpower section
1212
Motorengine
13, 3213, 32
GebersystemDonor system
1414
MotorwelleMotor shaft
15, 3415, 34
Getriebetransmission
16, 3116, 31
Antriebswelledrive shaft
170170
LaststufenschalterOn-load tap changer
1717
Lastumschalterdiverter switch
1818
Wählervoters
1919
Regelwicklungcontrol winding
2020
KoordinatensystemCoordinate system
2222
FahrprofilDriving profile
2424
X-AchseX axis
2525
Y-AchseY axis
N1, N2,..., NNN1, N2,..., NN
SchaltstellungSwitch position
N+N+
AufwärtsrichtungUpward direction
N-N-
AbwärtsrichtungDownward direction
NAN/A
aktuelle Schaltstellungcurrent switching position
NENE
erreichbare Schaltstellungachievable switching position
tt
ZeitTime
ωω
DrehwinkelAngle of rotation
M(t)M(t)
DrehmomentTorque

Claims (14)

  1. A drive system (3) for at least one switch (1, 30), comprising:
    a drive shaft (16) which connects the drive system (3) to the at least one switch (1, 30) and at least one motor (12) which is coupled to the drive shaft (16),
    - a feedback system (4) which is configured to determine a position of the drive shaft (16) and, based on this position, to generate a feedback signal; and
    - a control device (2) which, depending on the feedback signal, selects a stored travel profile (22) from a plurality of travel profiles and acts on the motor (12) in accordance with the selected travel profile (22),
    characterized in that,
    - the feedback system (4) includes at least one encoder system (13) and an auxiliary contact, which in combination are configured and arranged to detect an absolute position of the drive shaft (16) or an absolute position of a further shaft connected to the drive shaft (16) and to generate at least one output signal based on the detected position; and is configured to determine the position of the drive shaft (16) on the basis of the at least one output signal.
  2. The drive system (3) as claimed in claim 1, wherein the control device (2) comprises a control unit (10) and a power section (11), wherein the power section (11) is used to supply power to the at least one motor (12) and the stored travel profiles (22) are saved in a memory (5) of the power section (11).
  3. The drive system (3) as claimed in claims 1 to 2, wherein
    the encoder system (13) is formed as an absolute encoder (13), which is embodied as a single-turn encoder or incremental encoder or virtual encoder and the auxiliary contact is embodied as at least one microswitch or resolver.
  4. The drive system (3) as claimed in one of claims 1 to 3, wherein
    the travel profile (22) is defined by two variables and is represented as an nth-order polynomial function in a two-dimensional Cartesian coordinate system (20).
  5. The drive system as claimed in one of claims 1 to 4, wherein
    the control device (2) acts on two motors (12).
  6. The drive system as claimed in claim 5, wherein
    the control device (2) comprises two power sections (4, 40), wherein
    these cooperate with one each of the two motors (12).
  7. The drive system (3) as claimed in claim 5 or 6, wherein
    the control device (2) cooperates with one of the two motors (12) in such a way that the latter runs the travel profile (22) of the actual value of the feedback system (4) of the other motor (12).
  8. The drive system (3) as claimed in one of claims 1 to 7, wherein the switch (1) is an on-load tap-changer or a diverter switch or selector or a double reversing change-over selector or a reversing change-over selector or a change-over selector.
  9. A method for driving at least one switch (1,30), comprising a drive system (3) as claimed in one of claims 1 to 8, which has a drive shaft (16) connected to at least one motor (12), characterized by the steps:
    - before the switchover is started, a travel profile (22) is selected which describes an operation of the drive system (3) for switching over from a current switch position (NA) to a reachable switch position (NE);
    - during the operation of the drive system (3), a position of the drive shaft (16) of the at least one motor (1) is detected with a feedback system (4), wherein the detected position of the drive shaft (16) defines an actual value of the position of the drive shaft (16);
    - a feedback signal is generated from the detected actual value of the position of the drive shaft (16);
    - a comparison of the actual value of the position of the drive shaft (16) with the travel profile (22) is used to determine whether there is a deviation between the actual value and the travel profile (22);
    - when a deviation is present, the at least one motor (12) is controlled in such a way that the deviation of the actual value from the travel profile (22) is minimized; and
    - when the reachable switching position (NE) is reached, the drive system (3) stops.
  10. The method as claimed in claim 9, wherein at least one travel profile (22) is determined for the drive shaft (16) for driving the switch (1, 30) and the at least one and determined travel profile (22) is stored for use in a switching operation.
  11. The method as claimed in one of claims 9 - 10, wherein an absolute position of the drive shaft (16) or an absolute position of a further shaft is determined with at least one encoder system (13) of the feedback system (4).
  12. The method as claimed in one of claims 9 - 11, wherein a control device (2) comprises a control unit (10) and/or a power section (11), with which the at least one motor (12) is open-loop- or closed-loop-controlled in such a way that the tap position (NE) to be reached by the travel profile (22) is reached within a time predetermined by the travel profile (22).
  13. The method as claimed in one of claims 9 - 12, wherein the travel profile (22) is defined by two variables and constitutes a two-dimensional nth-order polynomial function represented in a two-dimensional Cartesian coordinate system (20).
  14. The method as claimed in one of the preceding claims 9 - 13, wherein a speed or a torque of the at least one motor (12) is predetermined by the travel profile (22), and wherein it is predetermined by the travel profile (22) at which point in time or at which position of the drive shaft (16), which torque or which speed is implemented by the motor (12) at the drive shaft (16).
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