EP3963617A1 - Antriebssystem für einen schalter und ein verfahren zum antreiben eines schalters - Google Patents

Antriebssystem für einen schalter und ein verfahren zum antreiben eines schalters

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EP3963617A1
EP3963617A1 EP20721217.6A EP20721217A EP3963617A1 EP 3963617 A1 EP3963617 A1 EP 3963617A1 EP 20721217 A EP20721217 A EP 20721217A EP 3963617 A1 EP3963617 A1 EP 3963617A1
Authority
EP
European Patent Office
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drive shaft
encoder
value
switch
drive system
Prior art date
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Granted
Application number
EP20721217.6A
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English (en)
French (fr)
Other versions
EP3963617C0 (de
EP3963617B1 (de
Inventor
Kathrin Prüßing
Michael Schmeisser
Jürgen Schimbera
Eduard ZERR
Sebastian Schmid
Klaus IXMEIER
Benjamin Dittmann
Eugen NAGEL
Franz HABENSCHADEN
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 EP3963617A1 publication Critical patent/EP3963617A1/de
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Publication of EP3963617C0 publication Critical patent/EP3963617C0/de
Publication of EP3963617B1 publication Critical patent/EP3963617B1/de
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    • H01H3/26—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using dynamo-electric motor
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    • H01H3/32—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts
    • H01H3/40—Driving mechanisms, i.e. for transmitting driving force to the contacts using friction, toothed, or screw-and-nut gearing
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    • H01H9/00—Details of switching devices, not covered by groups H01H1/00 - H01H7/00
    • H01H9/0005—Tap change devices
    • H01H2009/0061—Monitoring tap change switching devices

Definitions

  • the invention relates to a drive system for a switch and a method for driving a switch.
  • switches for different tasks and with different requirements. To operate the respective switches, they must be driven by a drive system. These switches are, among other things, on-load tap-changers, diverter switches, selector switches, double-turners, reversers, preselectors, circuit-breakers, load switches or disconnectors.
  • On-load tap-changers are used, for example, to switch between different winding taps of electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke, without interruption.
  • electrical equipment such as a power transformer or a controllable choke
  • Double turners are used to reverse the polarity of windings while the power transformer is in operation. All these switches represent a highly safety-relevant component of the electrical equipment. The switchover takes place while the equipment is in operation and is accordingly connected to an energy network, for example. In extreme cases, operational disruptions can have serious technical and economic consequences. It is therefore an object of the present invention to provide an improved concept for driving a switch, by means of which the safety of the operation is increased.
  • Another object of the invention is to provide a method, a method for driving at least one switch, which provides an improved concept for driving a switch, by means of which the flexibility of the drive and the safety of the switching are increased.
  • a method for driving at least one switch which comprises the features of claim 10.
  • the improved concept is based on the idea of equipping a drive shaft for driving the switch with a feedback system which is able to detect at least one value for a position of the drive shaft.
  • the operation of the motor is influenced based on a feedback signal which is generated as a function of the value.
  • a drive system for the switch is provided.
  • the drive system has a drive shaft which connects the drive system to the switch, a motor for driving the drive shaft and a feedback system.
  • the feedback system is set up to determine at least one value for a position of the drive shaft and to generate a feedback signal based on the at least one value.
  • the drive system has a control device which is set up to act on operation of the motor as a function of the feedback signal.
  • the switch can be designed as an on-load tap-changer or a diverter switch or a selector or a double turner or a reverser or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a disconnector.
  • values for the position of the drive shaft also includes those values of measured variables from which the position of the drive shaft can be clearly determined, possibly within a tolerance range.
  • the drive system serves to drive a shaft of the switch, for example an on-load tap-changer or a corresponding component of the on-load tap-changer.
  • This causes the on-load tap-changer, for example, to perform one or more operations, for example a switchover between two winding taps of an item of equipment or parts of the switchover, such as a load switchover, a selector actuation, preselector actuation or a double-reverser actuation.
  • the drive shaft is connected directly or indirectly, in particular via one or more gears, to the switch, in particular the shaft of the switch.
  • the drive shaft is directly or indirectly, in particular via one or more gearboxes, with the diverter switch, selector, double turner, turner, circuit breaker, load switch or disconnector, in particular the shaft of the diverter switch, selector, double turner, reverser, circuit breaker, load switch ters or circuit breaker.
  • 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, in particular an absolute position, of the drive shaft. This means that the position of the motor shaft can be clearly deduced from the position of the motor shaft, possibly within a tolerance range.
  • the action includes controlling, regulating, braking, accelerating or stopping the motor.
  • the regulation can include, for example, position regulation, speed regulation, acceleration regulation or torque regulation.
  • the drive system is a servo drive system.
  • the drive system comprises a monitoring unit which is set up to use the feedback signal to monitor the one or more operations of the switch, on-load tap-changer, diverter switch, selector, double-reverser, reverser, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector.
  • the monitoring includes, in particular, a monitoring to determine whether individual operations or parts thereof are being carried out properly, in particular within predefined time windows.
  • the control device comprises a control unit and a power unit for the controlled or regulated supply of energy to the motor.
  • the control unit is set up to control the power section as a function of at least one setpoint value, in particular a position, speed or acceleration setpoint.
  • the power section is designed as a converter or servo converter or as an equivalent electronic, in particular fully electronic, unit for drive machines.
  • the control device contains the feedback system in whole or in part.
  • the feedback system is set up to determine a first value for the position of the drive shaft according to a first method.
  • the value for the position of the drive shaft is a value for an absolute position of the drive shaft.
  • the value for the position of the drive shaft is an incremental value for a position of the drive shaft or a value for a relative position of the drive shaft.
  • the feedback system is set up to determine a rotor position of the motor and thus to determine a value for the position of the drive shaft as a function of 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 thus be determined with an accuracy of at least 180 °, for example by the control device.
  • the accuracy of the position of the drive shaft that can be achieved by means of one or more gears is significantly greater.
  • the evaluation by the control device corresponds to a certain extent to a virtual encoder function. This combination is also known as a virtual rotary encoder.
  • the feedback system includes an encoder that is an absolute encoder and that is set up and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft that is connected to the drive shaft and based on the detected position generate at least one output signal.
  • the feedback system is set up to determine the value for the position of the drive shaft for the absolute position on the basis of the at least one output signal.
  • the encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled to it.
  • the transmitter has a first output for outputting the first value for the absolute position.
  • encoder includes both devices that determine two values for the position in different ways and devices that contain two separate encoders, at least one of which is an absolute encoder.
  • the encoder comprises an absolute encoder or a multiturn encoder or a singleturn encoder.
  • the encoder is set up to detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft using a first scanning method.
  • the scanning method includes an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.
  • the encoder is positively connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft. According to at least one embodiment, the encoder is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft in a force-locking or material-locking manner, for example by an adhesive connection.
  • the form-fitting and additional material or force-fitting connection further increases the attachment of the encoder and ultimately the operational reliability.
  • the feedback system is set up to determine at least one value for a position of the drive shaft by means of a transmitter and an auxiliary contact and to generate a feedback signal based on the at least one value.
  • the transmitter and the auxiliary contact can each generate a separate value, the values then being combined into one value in order to generate a feedback signal based on this value.
  • the respective value of the encoder and the value of the auxiliary contact which in combination represent the position of the drive shaft, can directly generate a common feedback signal.
  • the drive system has a control device which is set up as a function of the feedback signal, which is based on a common value of the transmitter and the Auxiliary contact or the respective individual values to act on the operation of the motor.
  • the inventive idea can be implemented with a wide variety of hardware. Ultimately, this increases the operational reliability of the drive system, the switch and the equipment.
  • the feedback system is set up to determine a first value by the transmitter using a first method and to determine the at least second value using the auxiliary contact using a second method. The values are then combined into one value.
  • the methods can differ in terms of different technical or physical principles or different components (hardware components).
  • the first value of the transmitter for the position of the drive shaft is a first value for an absolute position of the drive shaft.
  • the second value of the auxiliary contact for the position of the drive shaft is a second value for a relative position of the drive shaft.
  • the first and the second value form a value for the absolute position of the drive shaft.
  • the feedback system is set up to determine a rotor position of the motor and to determine one of the at least two values for the position of the drive shaft as a function of the rotor position.
  • the feedback system here has an encoder, which is a so-called virtual rotary encoder.
  • the feedback system includes a transmitter and an auxiliary contact which are set up and arranged to detect the absolute position of the drive shaft or an absolute position of a further shaft connected to the drive shaft in combination and based on the detected position generate at least one output signal.
  • the transmitter and the auxiliary contact are attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled to it.
  • the transmitter has a first output for output if the first value and the auxiliary contact would give a second output for outputting the second value, the values forming the absolute position of the drive shaft.
  • the auxiliary contact is set up to additionally detect the position of the drive shaft or the position of the further shaft with the aid of a scanning method.
  • the scanning method includes a mechanical, an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.
  • the auxiliary switch is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft in a non-positive manner or materially, for example by means of an adhesive connection.
  • a method for driving an on-load tap-changer comprises determining at least one value for an absolute position of a drive shaft for driving the on-load tap-changer, generating a feedback signal based on the at least one value, and controlling a motor for driving the on-load tap-changer as a function of the feedback signal.
  • Further configurations and implementations of the method result directly from the various configurations of the tap changer arrangement.
  • one or more of the components and / or arrangements described with regard to the tap changer arrangement can be implemented accordingly for carrying out the method.
  • the invention is explained in detail on the basis of 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 symbols. Identical components or components with identical functions may only be explained with reference to the figure in which they first appear. The explanation is not necessarily repeated in the following figures.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system according to the improved concept
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a further exemplary embodiment of a drive system according to the improved concept.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration 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 gearbox 15.
  • a control device 2 of the drive system 3 comprises a power unit 1 1, which contains, for example, a converter (not shown) for the controlled or regulated supply of energy to the motor 12, as well as a control unit 10 to control the power unit 1 1, for example via a bus 18.
  • the drive system 3 has a transmitter 13 which serves as a feedback system 4 or is part of the feedback system 4 and is connected to the power unit 11. Furthermore, the encoder 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
  • the transmitter 13 is set up to detect at least one first value for a position, in particular an angular position, for example an absolute angular position of the drive shaft 16.
  • the encoder 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 is.
  • the position of the drive shaft 16 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a transmission ratio of the transmission.
  • the feedback system 4 is set up to detect a value for the position of the drive shaft 16.
  • the control device 2 in particular the control unit 10 and / or the power unit 1 1, are set up to control or regulate the motor 12 as a function of a feedback signal which the feedback system 4 generates based on the value.
  • FIG. 2 shows another schematic representation of an exemplary embodiment of a drive system 3.
  • an auxiliary switch 9 can be provided in addition to the encoder 13, which is designed as an absolute encoder, multi-turn absolute encoder, single-turn absolute encoder or single-turn encoder or incremental encoder or virtual encoder.
  • the drive system 3 thus has a transmitter 13 and an auxiliary switch 9, which serve as a feedback system 4 or are part of the feedback system 4 and are connected to the power unit 11.
  • the auxiliary switch 9 can be designed as at least one microswitch or a resolver or a sin-cos encoder.
  • the position of the drive shaft 16 can be clearly determined by means of the transmitter 13 in connection with the auxiliary switch 9.
  • control device 2 can be set up to determine a value for the position of the drive shaft 16 from a rotor position of the motor 12. This would be the aforementioned encoder 13, which is designed as a virtual rotary encoder.
  • inductive feedback through the movement of the rotor in the motor windings of the motor 12 can be used. Since the strength of the feedback varies periodically, the rotor position can be determined approximately by means of signal analysis, for example FFT analysis. Since one full revolution of the drive shaft 16 corresponds to a large number of revolutions of the rotor, the position of the drive shaft 16 can be inferred therefrom with much greater accuracy.
  • an auxiliary switch 9 can supplement the determination of the position of the drive shaft 16.
  • the control device 2 in particular the control unit 10 and / or the power unit 11, is set up to control or regulate the motor 12 as a function of a feedback signal which the feedback system 4 generates based on the first value.
  • the value is generated by an output signal from a transmitter 13 or by an output signal from a transmitter 13 in conjunction with an auxiliary switch 9.
  • control unit 11 power unit 12 motor

Landscapes

  • Control Of Electric Motors In General (AREA)
  • Mechanisms For Operating Contacts (AREA)
  • Transmitters (AREA)

Abstract

Antriebssystem (3) für den Schalter (17), das Antriebssystem (3) beinhaltend eine Antriebswelle (16), welche das Antriebssystem (3) mit dem Schalter (17) verbindet; einen Motor (12) zum Antreiben der Antriebswelle (16); und ein Feedbacksystem (4), welches dazu eingerichtet ist, wenigstens einen Wert für eine Position der Antriebswelle (16) zu bestimmen; und basierend auf dem wenigstens einen Wert ein Feedbacksignal zu erzeugen; und eine Steuervorrichtung (2), welche dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Feedbacksignal auf einen Betrieb des Motors (12) einzuwirken.

Description

Antriebssystem für einen Schalter und ein Verfahren zum Antreiben eines Schalters
Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für einen Schalter sowie ein Verfahren zum Antreiben eines Schalters.
In Umspannwerken 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, Vorwähler, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter.
So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwi- sehen verschiedenen Wicklungsanzapfungen eines elektrischen Betriebsmittels, wie etwa eines Leistungstransformators oder einer regelbaren Drossel. Dadurch können beispielsweise das Übersetzungsverhältnis des Transformators oder die Induktivität der Drossel verändert werden. Doppelwender dienen zum Umpolen von Wicklungen während des Leistungstransformatorbetriebs. All diese Schalter stellen eine hochgradig sicherheitsrelevante Komponente des elektrischen Betriebsmittels dar. Die Umschaltung erfolgt während das Betriebsmittel im Betrieb ist und dementsprechend beispielsweise an ein Energienetz angeschlossen ist. Störungen beim Betrieb können in extremen Fällen gravierende technische und wirtschaftliche Folgen haben. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters anzugeben, durch welches die Sicherheit des Betriebs erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebssystem für mindestens einen Schalter gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 1 umfasst.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren ein Verfahren zum Antreiben mindes- tens eines Schalters bereitzustellen, das ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters zur Verfügung stellt, durch welches die Flexibilität des Antriebs und die Sicherheit bei der Schaltung erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Antreiben mindestens eines Schalters gelöst, das die Merkmale des Anspruchs 10 umfasst. Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, eine Antriebswelle zum Antreiben des Schalters mit einem Feedbacksystem auszustatten, welches in der Lage ist, wenigstens einen Wert für eine Position der Antriebswelle zu erfassen. Der Betrieb des Motors wird basierend auf einem Feedbacksignal beeinflusst, welche abhängig von dem Wert erzeugt wird. Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Antriebssystem für den Schalter angegeben. Das Antriebssystem weist eine Antriebswelle, welche das Antriebssystem mit dem Schalter verbindet, einen Motor zum Antreiben der Antriebswelle und ein Feedbacksystem auf. Das Feedbacksystem ist dazu eingerichtet, wenigstens einen Wert für eine Position der Antriebswelle zu bestimmen und basierend auf dem wenigstens einen Wert ein Feedbacksig- nal zu erzeugen. Außerdem weist das Antriebssystem eine Steuervorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Feedbacksignal, auf einen Betrieb des Motors einzuwirken.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann der Schalter als ein Laststufenschalter o- der ein Lastumschalter oder ein Wähler oder ein Doppelwender oder ein Wender oder ein Vorwähler oder ein Leistungsschalter oder ein Lastschalter oder ein Trennschalter ausgebildet sein.
Die Begrifflichkeit der„Werte für die Position der Antriebswelle“ beinhaltet auch solche Werte von Messgrößen, aus denen die Position der Antriebswelle, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig bestimmt werden kann. Durch die Bestimmung von mindestens einem Wert für die Position der Antriebswelle kann die Steuervorrichtung die Sicherheit der Positionsbestimmung erhöhen und das entsprechende Restrisiko einer fehlerhaften Positionsbestimmung verringern.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform dient das Antriebssystem dazu, eine Welle des Schalters, z.B. Laststufenschalters oder eine entsprechende Komponente des Laststufen- Schalters, anzutreiben. Dadurch wird der Laststufenschalter beispielsweise veranlasst, eine oder mehrere Operationen durchzuführen, beispielsweise eine Umschaltung zwischen zwei Wicklungsanzapfungen eines Betriebsmittels oder Teile der Umschaltung, wie etwa eine Lastumschaltung, eine Wählerbetätigung, Vorwählerbetätigung oder eine Doppelwenderbetätigung. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Schalter, insbesondere der Welle des Schalters, verbunden. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter, insbesondere der Welle des Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Leistungsschalters, Lastschal- ters oder Trennschalters, verbunden.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist die Antriebswelle direkt oder indirekt, insbesondere über eines oder mehrere Getriebe, mit dem Motor, insbesondere einer Motorwelle des Motors, verbunden.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform entspricht eine Position, insbesondere eine ab- solute Position, der Motorwelle, einer Position, insbesondere absoluten Position, der Antriebswelle. Das heißt, von der Position der Motorwelle lässt sich, gegebenenfalls innerhalb eines Toleranzbereichs, eindeutig auf die Position der Antriebswelle schließen.
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.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst das Antriebssystem eine Überwachungseinheit, welche dazu eingerichtet ist, anhand des Feedbacksignals die eine oder mehreren Operationen des Schalters, Laststufenschalters, Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Vorwählers, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters zu überwachen. Die Überwachung umfasst insbesondere eine Überwachung dahingehend, ob einzelne Operationen oder Teile davon ordnungsgemäß, insbesondere innerhalb vordefinierter Zeitfenster, durchgeführt werden. 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 in Abhängigkeit von wenigstens einem Sollwert, insbesondere Positions-, Geschwindigkeits-, oder Beschleunigungssollwert, eingerichtet. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Leistungsteil als Umrichter oder Servo- umrichter ausgestaltet oder als äquivalente elektronische, insbesondere vollelektronische, Einheit für Antriebsmaschinen. Gemäß verschiedener Ausführungsformen enthält die Steuervorrichtung das Feedbacksystem ganz oder teilweise.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, einen ersten Wert für die Position der Antriebswelle nach einer ersten Methode zu ermitteln. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Wert für die Position der Antriebswelle ein Wert für eine absolute Position der Antriebswelle.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Wert für die Position der Antriebswelle ein inkrementeller Wert für eine Position der Antriebswelle oder ein Wert für eine relative Position der Antriebswelle. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln und damit einen Wert für die Position der Antriebswelle in Abhängigkeit der Rotorposition zu bestimmen.
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.
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 grö- ßer. Die Auswertung durch die Steuervorrichtung entspricht hier gewissermaßen einer virtuellen Geberfunktion. Diese Kombination wird auch als Virtueller-Drehgeber bezeichnet.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Feedbacksystem einen Geber, der ein Absolutwertgeber ist und 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, den Wert für die Position der Antriebswelle für die absolute Position, anhand des wenigstens einen Ausgangssignals, zu ermitteln.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Geber direkt oder indirekt an der Motor- welle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist der Geber einen ersten Ausgang zur Ausgabe des ersten Wertes für die absolute Position auf.
Von der Begrifflichkeit„Geber“ umfasst sowohl Vorrichtungen, die zwei Werte für die Position auf unterschiedliche Weise ermitteln, als auch Vorrichtungen, die zwei separate Geber beinhalten, von denen mindestens einer ein Absolutwertgeber ist.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform umfasst der Geber einen Absolutwertgeber o- der einen Multiturn-Drehgeber oder einen Singleturn-Drehgeber.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Geber dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle anhand eines ersten Abtastverfahrens zu erfassen.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Abtastverfahren ein optisches, ein magnetisches, ein kapazitives, ein resistives oder ein induktives Abtastverfahren.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Geber formschlüssig mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Geber zusätzlich kraftschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.
Durch die formschlüssige und zusätzlich Stoff- oder kraftschlüssige Verbindung wird die Befestigung des Gebers und letztlich die Betriebssicherheit weiter erhöht.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, wenigstens einen Wert für eine Position der Antriebswelle mittels eines Gebers und eines Hilfskontakts zu bestimmen und basierend auf den wenigstens einen Wert ein Feedbacksignal zu erzeugen. Dabei können der Geber und der Hilfskontakt jeweils einen separaten Wert erzeugen, wobei die Werte danach zu einem Wert zusammengefasst werden, um basierend auf diesem Wert ein Feedbacksignal zu erzeugen. Weiterhin können der jeweilige Wert des Gebers und der Wert des Hilfskontakts, die in Kombination die Position der Antriebswelle abbilden, direkt ein gemeinsames Feedbacksignal erzeugen.
Das Antriebssystem weist eine Steuervorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, abhän- gig von dem Feedbacksignal, welches auf einem gemeinsamen Wert des Gebers und des Hilfskontakts oder den jeweils einzelnen Werten basiert, auf einen Betrieb des Motors einzuwirken.
Durch die Bestimmung von zwei Werten aus denen die Position der Antriebswelle ermittelt wird, kann die erfinderische Idee mit unterschiedlichster Hardware umgesetzt werden. Letztendlich wird damit die Betriebssicherheit des Antriebssystems, des Schalters und des Betriebsmittels erhöht.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, einen ersten Wert durch den Geber nach einer ersten Methode zu ermitteln und den wenigstens zweiten Werte durch den Hilfskontakt nach einer zweiten Methode zu ermitteln. Die Werte werden im Anschluss zu einem Wert zusammengefasst.
Die Methoden können sich durch unterschiedliche technische oder physikalische Prinzipien oder unterschiedliche Bauteile (Hardwarekomponenten) unterscheiden.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der erste Wert des Gebers für die Position der Antriebswelle ein erster Wert für eine absolute Position der Antriebswelle. Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der zweite Wert des Hilfskontakts für die Position der Antriebswelle ein zweiter Wert für eine relative Position der Antriebswelle.
Der erste und der zweite Wert bilden einen Wert für die absolute Position der Antriebswelle.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, eine Rotorposition des Motors zu ermitteln und einen der wenigstens zwei Werte für die Position der Antriebswelle in Abhängigkeit der Rotorposition zu bestimmen. Hierbei weist das Feedbacksystem einen Geber auf, der ein sog. Virtueller-Drehgeber ist.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Feedbacksystem einen Geber und einen Hilfskontakt, die dazu eingerichtet und angeordnet, sind in Kombination 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.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform sind der Geber und der Hilfskontakt direkt oder indirekt an der Motorwelle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist der Geber einen ersten Ausgang zur Aus- gäbe des ersten Wertes und der Hilfskontakt einen zweiten Ausgang zur Ausgabe des zweiten Wertes auf, wobei die Werte die absolute Position der Antriebswelle bilden.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Hilfskontakt dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle zusätzlich anhand eines Ab- tastverfahrens zu erfassen.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform beinhaltet das Abtastverfahren ein mechanisches, ein optisches, ein magnetisches, ein kapazitives, ein resistives oder ein induktives Abtastverfahren.
Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Hilfsschalter zusätzlich kraftschlüssig o- der stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.
Durch die formschlüssige und zusätzlich Stoff- oder kraftschlüssige Verbindung wird durch die Befestigung des Hilfsschalters letztlich die Betriebssicherheit weiter erhöht.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Antreiben eines Laststu- fenschalters angegeben. Das Verfahren umfasst ein Bestimmen von wenigstens einem Werten für eine absolute Position einer Antriebswelle zum Antreiben des Laststufenschalters, ein Erzeugen eines Feedbacksignals basierend auf dem wenigstens einen Wert und ein Steuern eines Motors zum Antreiben des Laststufenschalters abhängig von dem Feedbacksignal. Weitere Ausgestaltungsformen und Implementierungen des Verfahrens ergeben sich unmittelbar aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen der Stufenschalteranordnung. Insbesondere können einzelne oder mehrere der bezüglich der Stufenschalteranordnung beschriebenen Komponenten und/oder Anordnungen zur Durchführung des Verfahrens entsprechend implementiert sein. 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 bezüglich der Figur erklärt, in der sie zuerst erscheinen. Die Erklärung wird nicht notwendigerweise in den darauffolgenden Figuren wiederholt.
Es zeigen Figur 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems gemäß dem verbesserten Konzept; und
Figur 2 eine schematische Darstellung einer weiteren beispielshaften Ausführungsform eines Antriebssystems gemäß dem verbesserten Konzept.
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.
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 1 1 , welches beispielsweise einen Umrichter (nicht dargestellt) zur gesteuerten oder geregelten Energieversorgung des Motors 12 enthält, sowie eine Steuereinheit 10 zur Ansteuerung des Leistungsteils 1 1 , beispielsweise über einen Bus 18. Das Antriebssystem 3 weist einen Geber 13 auf, welcher als Feedbacksystem 4 dient oder Teil des Feedbacksystems 4 ist und mit dem Leistungsteil 1 1 verbunden ist. Ferner ist das Geber 13 direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 16 gekoppelt.
Der Gebers 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 der Geber 13 zum Beispiel einen Absolutwertgeber, insbeson- dere 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. Zum Beispiel kann die Position der Antriebswelle 16 aus der Position der Motorwelle 14 eindeutig bestimmt werden, beispielsweise über ein Übersetzungsverhältnis des Getriebes. Das Feedbacksystem 4 ist dazu eingerichtet, einen Wert für die Position der Antriebswelle 16 zu erfassen.
Die Steuervorrichtung 2, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 1 1 , sind dazu eingerichtet, den Motor 12 zu steuern oder zu regeln, abhängig von einem Feedbacksignal, welches das Feedbacksystem 4, basierend auf dem Wert, erzeugt.
Figur 2 zeigt eine weitere schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Antriebssystems 3. Hier kann zusätzlich zum Geber 13, der als Absolutwertgeber, Multi-Turn-Absolutwertgeber, Single-Turn-Absolutwertgeber oder Singleturn-Drehgeber o- der inkrementeller Geber oder Virtuellen-Drehgeber ausgebildet ist, ein Hilfsschalter 9 vorgesehen sein. Das Antriebssystem 3 weist somit einen Geber 13 und einen Hilfsschalter 9 auf, welche als Feedbacksystem 4 dienen oder Teil des Feedbacksystems 4 sind und mit dem Leistungsteil 1 1 verbunden sind. Der Hilfsschalter 9 kann als mindestens ein Mikroschalter oder ein Resolver oder ein Sin- Cos-Geber ausgebildet sein. Die Position der Antriebswelle 16 kann mittels des Gebers 13 in Verbindung mit dem Hilfsschalter 9 eindeutig bestimmt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die Steuervorrichtung 2 dazu eingerichtet sein, aus einer Rotorposition des Motors 12 einen Wert für die Position der Antriebswelle 16 zu ermitteln. Hierbei würde es sich um den bereits erwähnten Geber 13 handeln, der als Virtueller-Dreh- geber ausgebildet ist.
Dazu kann beispielsweise eine induktive Rückkopplung durch die Bewegung des Rotors in Motorwicklungen des Motors 12 ausgenutzt werden. Da eine Stärke der Rückkopplung periodisch variiert, kann insbesondere mittels Signalanalyse, zum Beispiel FFT Analyse, die Rotorposition näherungsweise bestimmt werden. Da eine volle Umdrehung der Antriebswelle 16 einer Vielzahl von Umdrehungen des Rotors entspricht, kann daraus mit sehr viel höherer Genauigkeit auf die Position der Antriebswelle 16 geschlossen werden. Zusätzlich kann ein Hilfsschalter 9 die Bestimmung der Position der Antriebswelle 16 ergänzen.
Die Steuervorrichtung 2, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 1 1 , ist dazu eingerichtet, den Motor 12 zu steuern oder zu regeln, abhängig von einem Feedbacksignal, welches das Feedbacksystem 4, basierend auf dem ersten Wert, erzeugt. Je nach Ausgestaltung wird der Wert durch ein Ausgangssignal eines Gebers 13 oder durch ein Ausgangsignal eines Gebers 13 in Verbindung mit einem Hilfsschalter 9 erzeugt. Bezugszeichen
1 Schalter
2 Steuervorrichtung
3 Antriebssystem 4 Feedbacksystem
9 Hilfskontakt
10 Steuereinheit 11 Leistungsteil 12 Motor
13 Geber
14 Motorwelle
15 Getriebe
16 Antriebswelle 18 Bus

Claims

Ansprüche
1. Antriebssystem (3) für den Schalter (17), das Antriebssystem (3) beinhaltend
eine Antriebswelle (16), welche das Antriebssystem (3) mit dem Schalter (17) verbin- det;
einen Motor (12) zum Antreiben der Antriebswelle (16); und
ein Feedbacksystem (4), welches dazu eingerichtet ist;
wenigstens einen Wert für eine Position der Antriebswelle (16) zu bestimmen; und basierend auf dem wenigstens einen Wert ein Feedbacksignal zu erzeugen; und - eine Steuervorrichtung (2), welche dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Feedbacksignal auf einen Betrieb des Motors (12) einzuwirken.
2. Antriebssystem (3) nach Anspruch 1 , wobei der Wert für die Position der Antriebswelle (16) ein Wert für eine absolute Position der Antriebswelle (16) ist.
3. Antriebssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei
das Feedbacksystem (4) einen Geber (13) beinhaltet, der als Absolutwertgeber ausgebildet und der dazu eingerichtet und angeordnet ist, eine absolute Position der Antriebswelle (16) oder eine absolute Position einer weiteren Welle, welche mit der An- triebswelle (16) verbunden ist, zu erfassen und basierend auf der erfassten Position wenigstens ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen und dazu eingerichtet ist, den Wert für die Position der Antriebswelle (16) anhand des wenigstens eines ersten Ausgangssignals zu ermitteln.
4. Antriebssystem nach Anspruch 3, wobei der Absolutwertgeber als Multiturn-Drehge- ber oder Singleturn-Drehgeber oder Virtueller-Drehgeber ausgeführt ist.
5. Antriebssystem (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Feedbacksystem (4) mindestens einen Geber (13) und einen Hilfskontakt (9) beinhaltet, die in Kombi- nation dazu eingerichtet und angeordnet sind, eine absolute Position der Antriebswelle (16) oder eine absolute Position einer weiteren Welle, welche mit der Antriebswelle (16) verbunden ist, zu erfassen und, basierend auf der erfassten Position, wenigstens ein erstes Ausgangssignal zu erzeugen und dazu eingerichtet ist, den Wert für die Position der Antriebswelle (16) anhand des wenigstens ersten Ausgangssig- nals zu ermitteln.
6. Antriebssystem (3) nach Anspruch 5, wobei der Geber (13) als Absolutwertgeber oder Multiturn-Drehgeber oder als Singleturn-Drehgeber oder inkrementeller Geber oder Virtueller-Drehgeber ausgeführt ist.
7. Antriebssystem (3) nach Anspruch 5, wobei der Hilfskontakt (9) als mindestens ein Mikroschalter oder Resolver ausgeführt ist.
8. Antriebssystem (3) nach einem der Ansprüche 4 oder 6, wobei der Geber (13) oder der Absolutwertgeber des Feedbacksystems als ein Virtueller-Drehgeber ausgebildet und eingerichtet ist, um eine Rotorposition des Motors (12) zu ermitteln und einen Wert für die Position der Antriebswelle (17) in Abhängigkeit der Rotorposition zu be- stimmen.
9. Antriebssystem (3) nach einer der vorhergehenden Ansprüche 1 - 8, wobei der Schalter (17) ein Laststufenschalter oder ein Lastumschalter oder Lastwähler oder ein Wähler oder ein Wender oder ein Doppelwender oder ein Vorwähler oder ein Leistungsschalter oder ein Lastschalter oder ein Trennschalter ist.
10. Verfahren zum Antreiben eines Schalters (17) mittels eines Antriebssystems (3), das Verfahren umfassend:
Bestimmen von wenigstens einem Wert für eine absolute Position einer Antriebswelle (16) zum Antreiben des Schalters (17);
Erzeugen eines Feedbacksignals basierend auf dem wenigstens einem Wert; und Steuern eines Motors (12) zum Antreiben des Schalters (17), abhängig von dem Feedbacksignal.
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