EP3963617B1 - Drive system for a switch, and method for driving a switch - Google Patents

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EP3963617B1
EP3963617B1 EP20721217.6A EP20721217A EP3963617B1 EP 3963617 B1 EP3963617 B1 EP 3963617B1 EP 20721217 A EP20721217 A EP 20721217A EP 3963617 B1 EP3963617 B1 EP 3963617B1
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EP
European Patent Office
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switch
drive shaft
value
drive
shaft
Prior art date
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Active
Application number
EP20721217.6A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP3963617C0 (en
EP3963617A1 (en
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
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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/en
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Publication of EP3963617B1 publication Critical patent/EP3963617B1/en
Publication of EP3963617C0 publication Critical patent/EP3963617C0/en
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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
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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 there are a variety of switches in substations 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, preselectors, circuit breakers, load switches or disconnectors.
  • WO 2012/135209 A1 discloses an on-load tap changer based on the reactor switching principle with a motor drive.
  • the motor drive has a Multi Turn Absolute Encoder, which is arranged on a side shaft.
  • a “feedback device” is attached to the motor itself, which can be designed as a multi-turn absolute encoder or resolver.
  • WO 2008/024048 A1 discloses a motor drive housing in an on-load tap changer.
  • a motor, a gearbox and a position sensor are arranged inside the housing.
  • the motor is connected via a gearbox to a shaft that operates the on-load tap changer.
  • the position sensor is arranged on the gearbox.
  • WO 00/36621 A1 discloses a drive device for a medium-voltage or high-voltage switchgear, in which the drive has a rotating electrical machine which is operatively connected to a moving contact.
  • US 7,109,670 B1 discloses a drive system with a device for damping the speed and a device for adjusting the speed of a motor drive.
  • on-load tap changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke. This allows, for example, the transformation ratio of the transformer or the inductance of the choke to be changed. Double inverters are used to reverse the polarity of windings during power transformer operation.
  • a further object of the invention is to provide a method for driving at least one switch which provides an improved concept for driving a switch, thereby increasing the flexibility of the drive and the safety of the switching.
  • the improved concept is based on the idea of equipping a drive shaft for driving the switch with a feedback system that is capable of detecting 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 depending on the value.
  • a drive system for the switch includes a drive shaft connecting 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 influence operation of the motor depending on the feedback signal.
  • the feedback system is set up to determine at least one value for a position of the drive shaft using a transmitter and an auxiliary contact and to generate a feedback signal based on the at least one value.
  • the encoder and the auxiliary contact can each generate a separate value, with 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 switch can be designed as an on-load tap changer or a diverter switch or a selector or a double turner or a turner or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a circuit breaker.
  • 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, if necessary within a tolerance range.
  • the control device can increase the security of the position determination and reduce the corresponding residual risk of incorrect position determination.
  • the drive system serves to drive a shaft of the switch, e.g. on-load tap changer or a corresponding component of the on-load tap changer.
  • This causes the on-load tap changer, for example, to carry out one or more operations, for example a switch between two winding taps of an equipment or parts of the switch, such as a load switch, a selector actuation, preselector actuation or a double turner actuation.
  • 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 directly or indirectly, in particular via one or more gears, 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, turner, circuit breaker, load switch or Disconnector, connected.
  • 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 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 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 turner, turner, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector.
  • the monitoring includes in particular monitoring as to whether individual operations or parts thereof 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 depending on at least one setpoint, 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.
  • 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 using a first method.
  • the value for the position of the drive shaft is a value for an absolute position of the drive shaft.
  • the drive shaft position value is an incremental drive shaft position value or a relative drive shaft position value.
  • the encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.
  • the encoder has a first output for outputting the first value for the absolute position.
  • 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.
  • the encoder is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft in a force-fitting or material-locking manner, for example by an adhesive connection.
  • the positive and additional material or non-positive connection further increases the attachment of the encoder and ultimately operational safety.
  • the drive system has a control device which is set up to influence operation of the motor depending on the feedback signal, which is based on a common value of the encoder and the auxiliary contact or the respective individual values.
  • 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 due to 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 second values form a value for the absolute position of the drive shaft.
  • the encoder and the auxiliary contact are attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.
  • the transmitter has a first output for outputting the first value and the auxiliary contact has 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 using a scanning method.
  • the scanning method includes a mechanical, an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.
  • the auxiliary contact is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft in a non-positive or material connection, for example by an adhesive connection.
  • the positive and additional material or non-positive connection ultimately further increases operational safety through the attachment of the auxiliary contact.
  • a method for driving an on-load tap changer includes 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 depending on the feedback signal.
  • FIG. 1 shows a schematic representation 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 18.
  • the drive system 3 has a Encoder 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 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.
  • the encoder 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 13 can, for example, comprise an absolute value encoder, in particular a multi-turn absolute value 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 position of the drive shaft 16 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a gear 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 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 that the feedback system 4 generates based on the value.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a drive system 3 according to the invention.
  • an auxiliary contact 9 can be provided in addition to the encoder 13, which is designed as a single-turn absolute value encoder or single-turn rotary encoder.
  • the drive system 3 thus has a transmitter 13 and an auxiliary contact 9, which serve as a feedback system 4 or are part of the feedback system 4 and are connected to the power section 11.
  • the auxiliary contact 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 encoder 13 in conjunction with the auxiliary contact 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.
  • the control device 2 in particular the control unit 10 and/or the power section 11, is set up to control or regulate the motor 12, depending on a feedback signal that the feedback system 4 generates based on the first value.
  • the value is generated by an output signal of a transmitter 13 or by an output signal of a transmitter 13 in conjunction with an auxiliary contact 9.

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

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.There are a variety of switches in substations 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, preselectors, circuit breakers, load switches or disconnectors.

WO 2012/135209 A1 offenbart einen Laststufenschalter nach dem Reaktorschaltprinzip mit einem Motorantrieb. Der Motorantrieb weist einen Multi Turn Absolute Encoder auf, der an einer Seitenwelle angeordnet ist. Weiterhin ist am Motor selbst ein "feedback device" angebracht, welches als Multi Turn Absolute Encoder oder Resolver ausgebildet sein kann. WO 2012/135209 A1 discloses an on-load tap changer based on the reactor switching principle with a motor drive. The motor drive has a Multi Turn Absolute Encoder, which is arranged on a side shaft. Furthermore, a “feedback device” is attached to the motor itself, which can be designed as a multi-turn absolute encoder or resolver.

WO 2008/024048 A1 offenbart ein Motorantriebsgehäuse in einem Laststufenschalter. Im Inneren des Gehäuses sind ein Motor, ein Getriebe und ein Positionsgeber angeordnet. Der Motor ist über ein Getriebe mit einer Welle verbunden, die den Laststufenschalter betätigt. Der Positionsgeber ist am Getriebe angeordnet. WO 2008/024048 A1 discloses a motor drive housing in an on-load tap changer. A motor, a gearbox and a position sensor are arranged inside the housing. The motor is connected via a gearbox to a shaft that operates the on-load tap changer. The position sensor is arranged on the gearbox.

WO 00/36621 A1 offenbart eine Antriebsvorrichtung für eine Mittelspannungs- oder Hochspannungsschaltanlage, bei der der Antrieb eine sich drehende elektrische Maschine aufweist, die mit einem sich bewegenden Kontakt in Wirkverbindung steht. WO 00/36621 A1 discloses a drive device for a medium-voltage or high-voltage switchgear, in which the drive has a rotating electrical machine which is operatively connected to a moving contact.

US 7 109 670 B1 offenbart ein Antriebssystem mit einer Vorrichtung zur Dämpfung der Geschwindigkeit und eine Vorrichtung zur Anpassung der Geschwindigkeit eines Motorantriebs. US 7,109,670 B1 discloses a drive system with a device for damping the speed and a device for adjusting the speed of a motor drive.

So dienen Laststufenschalter beispielsweise zum unterbrechungsfreien Umschalten zwischen 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.For example, on-load tap changers are used for uninterrupted switching between different winding taps of an electrical equipment, such as a power transformer or a controllable choke. This allows, for example, the transformation ratio of the transformer or the inductance of the choke to be changed. Double inverters are used to reverse the polarity of windings during power transformer operation.

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.All of these switches represent a highly safety-relevant component of the electrical equipment. The switching takes place while the equipment is in operation and is therefore connected to an energy network, for example. Disturbances In extreme cases, operation can have serious technical and economic consequences.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Konzept zum Antreiben eines Schalters anzugeben, durch welches die Sicherheit des Betriebs erhöht wird.It is therefore an object of the present invention to provide an improved concept for driving a switch, through which the safety of operation is 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 ein Verfahren zum Antreiben mindestens 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.A further object of the invention is to provide a method for driving at least one switch which provides an improved concept for driving a switch, thereby increasing 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 5 umfasst.This object is achieved by a method for driving at least one switch, which comprises the features of claim 5.

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.The improved concept is based on the idea of equipping a drive shaft for driving the switch with a feedback system that is capable of detecting 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 depending on the value.

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 Feedbacksignal zu erzeugen. Außerdem weist das Antriebssystem eine Steuervorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, abhängig von dem Feedbacksignal, auf einen Betrieb des Motors einzuwirken.According to the improved concept, a drive system for the switch is provided. The drive system includes a drive shaft connecting 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. In addition, the drive system has a control device which is set up to influence operation of the motor depending on the feedback signal.

Das Feedbacksystem ist 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.The feedback system is set up to determine at least one value for a position of the drive shaft using a transmitter and an auxiliary contact and to generate a feedback signal based on the at least one value. The encoder and the auxiliary contact can each generate a separate value, with the values then being combined into one value in order to generate a feedback signal based on this value. Furthermore, 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.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform kann der Schalter als ein Laststufenschalter oder 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.According to at least one embodiment, the switch can be designed as an on-load tap changer or a diverter switch or a selector or a double turner or a turner or a preselector or a circuit breaker or a load switch or a circuit breaker.

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.The term “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, if necessary within a tolerance range.

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.By determining at least one value for the position of the drive shaft, the control device can increase the security of the position determination and reduce the corresponding residual risk of incorrect position determination.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform dient das Antriebssystem dazu, eine Welle des Schalters, z.B. Laststufenschalters oder eine entsprechende Komponente des Laststufenschalters, 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.According to at least one embodiment, the drive system serves to drive a shaft of the switch, e.g. on-load tap changer or a corresponding component of the on-load tap changer. This causes the on-load tap changer, for example, to carry out one or more operations, for example a switch between two winding taps of an equipment or parts of the switch, such as a load switch, a selector actuation, preselector actuation or a double turner actuation.

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.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 Lastumschalter, Wähler, Doppelwender, Wender, Leistungsschalter, Lastschalter oder Trennschalter, insbesondere der Welle des Lastumschalters, Wählers, Doppelwenders, Wenders, Leistungsschalters, Lastschalters oder Trennschalters, verbunden.According to at least one embodiment, the drive shaft is directly or indirectly, in particular via one or more gears, 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, turner, circuit breaker, load switch or Disconnector, connected.

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.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, 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.According to at least one embodiment, 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 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, 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.According to at least one embodiment, 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 turner, turner, preselector, circuit breaker, load switch or disconnector. The monitoring includes in particular monitoring as to whether individual operations or parts thereof 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 in Abhängigkeit von wenigstens einem Sollwert, insbesondere Positions-, Geschwindigkeits-, oder Beschleunigungssollwert, eingerichtet.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 depending on at least one setpoint, in particular a position, speed or acceleration setpoint.

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.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist das Feedbacksystem dazu eingerichtet, einen ersten Wert für die Position der Antriebswelle nach einer ersten Methode zu ermitteln.According to at least one embodiment, the feedback system is set up to determine a first value for the position of the drive shaft using a first method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Wert für die Position der Antriebswelle ein Wert für eine absolute Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, the value for the position of the drive shaft is a value for an absolute position of the drive shaft.

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 der Geber direkt oder indirekt an der Motorwelle, der Antriebswelle oder einer damit gekoppelten Welle befestigt.According to at least one embodiment, the drive shaft position value is an incremental drive shaft position value or a relative drive shaft position value. According to at least one embodiment, the encoder is attached directly or indirectly to the motor shaft, the drive shaft or a shaft coupled thereto.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform weist der Geber einen ersten Ausgang zur Ausgabe des ersten Wertes für die absolute Position auf.According to at least one embodiment, the encoder has a first output for outputting the first value for the absolute position.

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.According to at least one embodiment, 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.

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 ist der Geber formschlüssig mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.According to at least one embodiment, the encoder is positively connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft.

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.According to at least one embodiment, the encoder is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the other shaft in a force-fitting or material-locking manner, for example by an adhesive connection.

Durch die formschlüssige und zusätzlich stoff- oder kraftschlüssige Verbindung wird die Befestigung des Gebers und letztlich die Betriebssicherheit weiter erhöht.The positive and additional material or non-positive connection further increases the attachment of the encoder and ultimately operational safety.

Das Antriebssystem weist eine Steuervorrichtung auf, welche dazu eingerichtet ist, abhängig 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.The drive system has a control device which is set up to influence operation of the motor depending on the feedback signal, which is based on a common value of the encoder and the auxiliary contact or the respective individual values.

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.By determining two values from which the position of the drive shaft is determined, 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.

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.According to at least one embodiment, 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.

Die Methoden können sich durch unterschiedliche technische oder physikalische Prinzipien oder unterschiedliche Bauteile (Hardwarekomponenten) unterscheiden.The methods can differ due to different technical or physical principles or different components (hardware components).

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der erste Wert des Gebers für die Position der Antriebswelle ein erster Wert für eine absolute Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, 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.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der zweite Wert des Hilfskontakts für die Position der Antriebswelle ein zweiter Wert für eine relative Position der Antriebswelle.According to at least one embodiment, 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.

Der erste und der zweite Wert bilden einen Wert für die absolute Position der Antriebswelle.The first and second values form a value for the absolute position of the drive shaft.

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 weist der Geber einen ersten Ausgang zur Ausgabe des ersten Wertes und der Hilfskontakt einen zweiten Ausgang zur Ausgabe des zweiten Wertes auf, wobei die Werte die absolute Position der Antriebswelle bilden.According to at least one embodiment, the transmitter has a first output for outputting the first value and the auxiliary contact has a second output for outputting the second value, the values forming the absolute position of the drive shaft.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Hilfskontakt dazu eingerichtet, die Position der Antriebswelle oder die Position der weiteren Welle zusätzlich anhand eines Abtastverfahrens zu erfassen.According to at least one embodiment, the auxiliary contact is set up to additionally 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 mechanisches, ein optisches, ein magnetisches, ein kapazitives, ein resistives oder ein induktives Abtastverfahren.According to at least one embodiment, the scanning method includes a mechanical, an optical, a magnetic, a capacitive, a resistive or an inductive scanning method.

Gemäß wenigstens einer Ausführungsform ist der Hilfskontakt zusätzlich kraftschlüssig oder stoffschlüssig, beispielsweise durch eine Klebeverbindung, mit der Antriebswelle, der Motorwelle oder der weiteren Welle verbunden.According to at least one embodiment, the auxiliary contact is additionally connected to the drive shaft, the motor shaft or the further shaft in a non-positive or material connection, for example by an adhesive connection.

Durch die formschlüssige und zusätzlich stoff- oder kraftschlüssige Verbindung wird durch die Befestigung des Hilfskontakts letztlich die Betriebssicherheit weiter erhöht.The positive and additional material or non-positive connection ultimately further increases operational safety through the attachment of the auxiliary contact.

Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zum Antreiben eines Laststufenschalters 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.According to the improved concept, a method for driving an on-load tap changer is also given. The method includes 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 depending on the feedback signal.

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.Further embodiments and implementations of the method result directly from the various embodiments of the tap changer arrangement. In particular, 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.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform 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.The invention is explained in detail below using an exemplary embodiment with reference to the drawings. Components that are identical or functionally identical or have an identical effect can be given identical reference numerals be. Identical components or components with identical functions may only be explained in relation to the figure in which they first appear. The explanation is not necessarily repeated in subsequent figures.

Es zeigen

Figur 1
eine schematische Darstellung eines beispielhaften nicht erfindungsgemäßen Antriebssystems; und
Figur 2
eine schematische Darstellung des Antriebssystems gemäß dem verbesserten Konzept.
Show it
Figure 1
a schematic representation of an exemplary drive system not according to the invention; and
Figure 2
a schematic representation of the drive system according to the improved concept.

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 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 beispielsweise 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 18. Das Antriebssystem 3 weist einen Geber 13 auf, welcher als Feedbacksystem 4 dient oder Teil des Feedbacksystems 4 ist und mit dem Leistungsteil 11 verbunden ist. Ferner ist das Geber 13 direkt oder indirekt mit der Antriebswelle 16 gekoppelt. Figure 1 shows a schematic representation 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 18. The drive system 3 has a Encoder 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 13 is coupled directly or indirectly to the drive shaft 16.

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, 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. 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 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 13 can, for example, comprise an absolute value encoder, in particular a multi-turn absolute value 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. For example, the position of the drive shaft 16 can be clearly determined from the position of the motor shaft 14, for example via a gear 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, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 11, sind dazu eingerichtet, den Motor 12 zu steuern oder zu regeln, abhängig von einem Feedbacksignal, welches das Feedbacksystem 4, basierend auf dem Wert, erzeugt.The control device 2, 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 that the feedback system 4 generates based on the value.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Antriebssystems 3. Hier kann zusätzlich zum Geber 13, der als, Single-Turn-Absolutwertgeber oder Single-turn-Drehgeber ausgebildet ist, ein Hilfskontakt 9 vorgesehen sein. Das Antriebssystem 3 weist somit einen Geber 13 und einen Hilfskontakt 9 auf, welche als Feedbacksystem 4 dienen oder Teil des Feedbacksystems 4 sind und mit dem Leistungsteil 11 verbunden sind. Figure 2 shows a schematic representation of a drive system 3 according to the invention. Here, an auxiliary contact 9 can be provided in addition to the encoder 13, which is designed as a single-turn absolute value encoder or single-turn rotary encoder. The drive system 3 thus has a transmitter 13 and an auxiliary contact 9, which serve as a feedback system 4 or are part of the feedback system 4 and are connected to the power section 11.

Der Hilfskontakt 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 Hilfskontakt 9 eindeutig bestimmt werden.The auxiliary contact 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 encoder 13 in conjunction with the auxiliary contact 9.

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.Alternatively or additionally, the 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.

Die Steuervorrichtung 2, insbesondere die Steuereinheit 10 und/oder das Leistungsteil 11, 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 Hilfskontakt 9 erzeugt.The control device 2, in particular the control unit 10 and/or the power section 11, is set up to control or regulate the motor 12, depending on a feedback signal that the feedback system 4 generates based on the first value. Depending on the design, the value is generated by an output signal of a transmitter 13 or by an output signal of a transmitter 13 in conjunction with an auxiliary contact 9.

BezugszeichenReference symbols

11
SchalterSwitch
22
SteuervorrichtungControl device
33
AntriebssystemDrive system
44
FeedbacksystemFeedback system
99
HilfskontaktAuxiliary contact
1010
SteuereinheitControl unit
1111
Leistungsteilpower section
1212
Motorengine
1313
Gebergiver
1414
MotorwelleMotor shaft
1515
Getriebetransmission
1616
Antriebswelledrive shaft
1818
Busbus

Claims (5)

  1. A drive system (3) for the switch (17), the drive system (3) including
    - a drive shaft (16) connecting the drive system (3) to the switch (17);
    - a motor (12) for driving the drive shaft (16); and
    - a feedback system (4), which is designed;
    to determine at least one value for a position of the drive shaft (16); and
    to generate a feedback signal based on the at least one value; and
    - a control device (2) which is configured to act on the operation of the motor (12) depending on the feedback signal;
    wherein
    - the feedback system (4) includes at least one encoder (13), characterized in that, the encoder (13) is embodied as a single-turn encoder, and the feedback system (4) includes an auxiliary contact (9), 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 first output signal based on the detected position and is configured to determine the value for the position of the drive shaft (16) on the basis of the at least first output signal.
  2. The drive system (3) as claimed in claim 1, wherein the value for the position of the drive shaft (16) is a value for an absolute position of the drive shaft (16).
  3. The drive system (3) as claimed in claim 1 or 2, wherein the auxiliary contact (9) is embodied as at least one microswitch or resolver.
  4. The drive system (3) as claimed in one of preceding claims 1 - 3, wherein the switch (17) is an on-load tap-changer or a diverter switch or a load selector or a selector or a reversing change-over selector or a double reversing change-over selector or a change-over selector or a circuit breaker or an on-load switch or a disconnecting switch.
  5. A method for driving a switch (17) by means of a drive system (3), the method comprising:
    - determining at least one value for an absolute position of a drive shaft (16) for driving the switch (17);
    - generating a feedback signal based on the at least one value; and
    - controlling a motor (12) for driving the switch (17) depending on the feedback signal.
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