KR20220005586A - 스위치용 구동 시스템 및 스위치를 구동하는 방법 - Google Patents

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drive
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세바스챤 슈미트
유르겐 쉼베라
카트린 프루이씽
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마쉬넨파브릭 레인하우센 게엠베하
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Abstract

본 발명은 스위치(1, 30)용 구동 시스템(3) 및 적어도 하나의 스위치(1, 30)를 구동하기 위한 방법에 관한 것이다. 구동 샤프트(16)는 구동 시스템(3)을 적어도 하나의 스위치(1, 30)에 연결한다. 구동 샤프트(16)를 구동하기 위하여 모터(12)가 사용된다. 피드백 시스템(4)은 구동 샤프트(16)의 위치를 결정하고 상기 위치에 기반하여 피드백 신호를 생성하도록 설계된다. 제어기(2)는 피드백 신호에 기반하여 모터(12)의 동작에 영향을 줄 수 있고, 제어기(2)는 대응하는 방식으로 모터(12)에 작용하는 이동 프로파일(22)을 선택한다.

Description

스위치용 구동 시스템 및 스위치를 구동하는 방법
본 발명은 스위치용 구동 시스템 스위치를 구동하는 방법에 관한 것이다.
상이한 변압기들 내의 전압을 제어하기 위하여, 상이한 태스크를 위해서 상이한 요구 사항을 가지는 다양한 스위치가 존재한다. 다양한 스위치를 동작시키기 위하여, 이들은 구동 시스템에 의해서 구동되어야 한다. 이러한 스위치는 여러 가지 중에서, 온-부하 탭-절환기, 다이버터 스위치, 선택기, 이중 반전 전환 선택기, 반전 전환 선택기 또는 전환 선택기이다.
전술된 스위치 중 하나를 위한 구동부가, 예를 들어 DE 20 2010 011 521 U1으로부터 알려져 있다. 모터가 이러한 온-부하 탭-절환기 구동부 내에 배치되고, 링크(linkage)를 통해서 대응하는 온-부하 탭-절환기에 단단하게 연결된다. 모터는 유선 배선을 통해서 작동되고, 즉 모터는 모터 접촉자의 작동에 의해서 켜지거나 꺼진다. 그러면, 온-부하 탭-절환기가 구동 샤프트를 통해서 작동된다. 조립되고 동작하게 되면, 구동부에 기능적인 변경을 하는 것은 가능하지 않다. 이것은 구동부를 경직되고 유연하지 않게 만든다. 간단한 조절을 하려고 해도 복잡한 변환 조치가 요구된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 스위치, 특히 온-부하 탭-절환기, 다이버터 스위치, 선택기, 이중 반전 전환 선택기, 반전 전환 선택기, 또는 전환 선택기를 구동하기 위한 개선된 개념을 제공하는 것이고, 이것을 통해서 스위칭 동작 도중에 구동부의 유연성과 안전성이 증가된다.
이러한 목적은 제 1 항의 피쳐를 포함하는 적어도 하나의 스위치용 구동 시스템에 의해서 달성된다.
본 발명의 추가적인 목적은 적어도 하나의 스위치를 구동하기 위한 방법을 제공하는 것인데, 이러한 방은 스위칭 도중의 구동의 유연성 및 안정성이 증가된다.
이러한 목적은 제 14 항의 피쳐를 포함하는 적어도 하나의 스위치를 구동하기 위한 방법에 의해서 달성된다.
본 발명에 따른 구동 시스템은 적어도 하나의 스위치에 대해서 적합하고, 구동 시스템을 적어도 하나의 스위치에 연결시키는 구동 샤프트를 포함한다. 구동 샤프트에 커플링되는 적어도 하나의 모터가 제공된다. 구동 샤프트의 위치를 결정하도록 구성되는 피드백 시스템이 제공된다. 피드백 신호가 이러한 위치에 기반하여 생성된다. 제어 디바이스는 피드백 신호에 의존하여, 저장된 이동 프로파일이 복수 개의 이동 프로파일 중에서 선택되게 하도록 구성된다. 선택된 이동 프로파일은 이에 따라서 모터에 작용한다.
제어 디바이스는 제어 유닛 및 파워 섹션을 포함하고, 파워 섹션은 적어도 하나의 모터에 전력을 공급하기 위해서 사용된다. 저장된 이동 프로파일은 파워 섹션의 메모리 내에 저장된다. 또는, 이동 프로파일은 제어 디바이스 또는 제어 유닛의 메모리 내에 저장된다.
본 발명의 가능한 실시형태에 따르면, 피드백 시스템은 구동 샤프트의 절대 위치 또는 구동 샤프트에 연결된 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하도록 구성 및 배치된다. 검출된 위치에 기반하여 적어도 하나의 출력 신호가 생성될 수 있는데, 이것은 적어도 하나의 출력 신호에 기반하여 구동 샤프트의 위치를 결정하도록 구성된다.
절대값 인코더는 다중 권선 또는 단일-권선 인코더로서 설계될 수 있다.
본 발명의 가능한 추가적 실시형태에 따르면, 절대값 인코더는 구동 샤프트의 위치 또는 추가적 샤프트의 위치를 제 1 샘플링 방식에 기반하여 검출하도록 구성될 수 있다. 샘플링 방식은 광학식, 자기식, 용량성 또는 유도성 샘플링 방식일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 피드백 시스템은 적어도 하나의 절대값 인코더 및 보조 콘택을 포함할 수 있는데, 이들은 절대값 인코더와 조합되어 구동 샤프트의 절대 위치 또는 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하도록 구성 및 배치된다. 추가적 샤프트는 구동 샤프트에 연결된다. 검출된 위치에 기반하여, 적어도 하나의 출력 신호가 생성된다. 구동 샤프트의 위치는 적어도 하나의 출력 신호에 기반하여 결정된다.
절대값 인코더는 단일-권선 인코더 또는 증분 인코더 또는 가상 인코더로서 구현될 수 있다. 보조 스위치는 적어도 하나의 마이크로스위치 또는 리졸버로서 구현될 수 있다.
이동 프로파일은 두 개의 변수에 의해서 규정되고, 2-차원 직교 좌표계에서 N-차 다항 함수로서 표현된다.
본 발명의 추가적 실시형태에 따르면, 구동 시스템은 제어 디바이스가 두 개의 모터에 작용하게 하도록 설계될 수 있다. 제어 디바이스는 적어도 하나의, 선택적으로는 두 개의 파워 섹션을 포함하는데, 각각의 모터는 공통 파워 섹션과 협동하거나, 각각의 모터는 자기 자신의 파워 섹션과 협동한다.
본 발명에 따르면, 제어 디바이스는 두 개의 모터 중 하나와 협동하도록 설계된다. 이러한 모터는 다른 모터의 피드백 시스템의 실제 값의 이동 프로파일을 실행한다.
적어도 하나의 스위치를 구동하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 구동 시스템이 적어도 하나의 모터에 연결된 구동 샤프트를 가진다는 특징을 가진다. 무엇보다도, 스위치오버가 시작되기 이전에 현재 스위치 위치로부터 도달가능한 스위치 위치로의 스위치 오버를 위한 구동 시스템의 동작을 기술하는 이동 프로파일이 선택된다. 구동 시스템의 동작 중에, 적어도 하나의 모터의 구동 샤프트의 위치가 피드백 시스템을 사용하여 검출된다. 피드백 신호는 구동 샤프트의 위치의 검출된 실제 값으로부터 생성된다. 구동 샤프트의 위치의 실제 값과 이동 프로파일의 비교가, 실제 값 및 이동 프로파일 사이에 편차가 존재하는지 여부를 결정하기 위하여 사용된다. 편차가 존재한다면, 적어도 하나의 모터는 실제 값의 이동 프로파일로부터의 편차가 최소화되는 방식으로 제어된다. 구동 시스템은 도달가능한 스위치 위치에 도달하면 중단된다.
본 발명에 따른 방법의 장점은, 이동 프로파일을 사용함으로써, 스위치에서의 스위치오버 도중에 높은 수준의 유연성 및 변이가능성을 얻을 수 있다는 것이다. 스위치오버에 영향을 줄 수 있는 스위치 내의 기계적 변화는 이동 프로파일을 사용함으로써 흡수된다; 따라서, 이동 프로파일을 필요에 따라서 적응시키는 것이 가능해진다.
스위치를 구동시키기 위한 적어도 하나의 이동 프로파일이 구동 샤프트에 대해서 결정된다. 통상적으로, 하나의 스위치에 대해서 복수 개의 이동 프로파일이 결정된다. 적어도 하나의 결정된 이동 프로파일은 스위칭 동작 중에 사용되도록 저장된다.
구동 샤프트의 절대 위치 또는 추가적 샤프트의 절대 위치는 피드백 시스템의 적어도 하나의 절대값 인코더로써 결정된다. 검출된 위치에 기반하여, 적어도 하나의 출력 신호가 생성되는데, 이것을 사용하여 구동 샤프트의 위치가 결정된다.
제어 디바이스는 제어 유닛 및/또는 파워 섹션을 포함하고, 제어 유닛 및/또는 파워 섹션을 사용하여, 이동 프로파일에 의해 달성될 스위치 위치가 상기 이동 프로파일에 의해 규정된 시간 내에 도달되는 방식으로, 적어도 하나의 모터가 개루프-제어 또는 폐루프-제어된다.
이동 프로파일 각각은 두 개의 변수에 의하여 규정되고, 2-차원 N-차 다항 함수를 나타낸다. 다항 함수는 2-차원 직교 좌표계에서 표현된다.
적어도 하나의 모터의 속도 또는 토크가 이동 프로파일에 의해서 규정된다. 여기에서, 이동 프로파일은 어떤 시점 또는 구동 샤프트의 어떤 위치에서, 어떤 토크 또는 어떤 속도가 구동 샤프트에 있는 모터에 의해 구현되는지를 역시 규정한다.
개선된 개념은 스위치를 구동하기 위한 구동 시스템에 피드백 시스템 및 제어 디바이스를 장착함으로써, 스위치가 특정 이동 프로파일을 통해서 작동될 수 있게 하는 사상에 기반한다. 통상적으로, 예를 들어 온-부하 탭-절환기는, 등속 모터가 선택기 콘택을 나란하게 이동시키는 구동 샤프트를 작동시키고, 트립될 경우 부하 탭 절환기에 작용하는 스프링 에너지 누적기를 말아올리게 하도록 작동된다. 개선된 개념에 따른 구동 시스템은 구동 샤프트를 표적화된 방식으로, 즉, 이전에 선택된 이동 프로파일에 따라서 구동할 수 있다. 이동 프로파일은 속도 또는 토크만 규정하는 것이 아니다. 이동 프로파일은 어떤 시점 또는 구동 샤프트의 어떤 위치에서, 어떤 토크 또는 어떤 속도가 구동 샤프트에서 구현되는지를 역시 규정한다. 이러한 이동 프로파일을 사용함으로써 스위치의 스위칭 동작의 특정한 섹션이 영향받을 수 있다. 예를 들어, 구동 샤프트 위치에 기반하여 속도 또는 토크를 증가시키는 것이 가능하다. 상이한 부분들이 구동 샤프트 상의 스위치 내에 배치되기 때문에, 이것들은 명시적으로 보호될 수 있다. 예를 들어, 스위치오버의 시작 시에 콘택을 릴리스하거나 콘택을 움직이게 하기 위해서 더 높은 토크가 요구된다. 그 직후에, 토크는 감소될 수 있다. 이것이 이동 프로파일을 사용하여 명시적으로 달성될 수 있다. 피드백 신호는 구동 샤프트의 현재 위치, 즉 실제 값을 이동 프로파일, 즉 소망되는 값과 비교하기 위하여 사용된다. 그러면 시스템이 탄력적이고 안전하게 된다.
"구동 샤프트 위치 "라는 개념은 측정 변수를 포함하고, 이것으로부터 필요하다면 구동 샤프트의 위치가 공차 범위 안에서 분명하게 결정될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 시스템은 스위치, 예를 들어 온-부하 탭-절환기의 샤프트 또는 온-부하 탭-절환기의 대응하는 컴포넌트를 구동하는 역할을 한다. 그러면, 온-부하 탭-절환기가 하나 이상의 동작, 예를 들어 장비의 아이템의 두 개의 권선 탭들 사이의 스위치오버 또는 스위치오버의 일부, 예컨대 다이버터 스위치 동작, 선택기 작동 또는 전환 선택기 작동을 수행하게 된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 샤프트는 직접적으로 또는 간접적으로, 특히 하나 이상의 기어 유닛을 통해서 스위치에, 특히 스위치의 샤프트에 연결된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 샤프트는 직접적으로 또는 간접적으로, 특히 하나 이상의 기어 유닛을 통해서 온-부하 탭-절환기에, 특히 온-부하 탭-절환기의 샤프트에 연결된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 샤프트는 직접적으로 또는 간접적으로, 특히 하나 이상의 기어를 통해서 모터에, 특히 모터의 샤프트에 연결된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 위치, 특히 모터 샤프트의 절대 위치는 구동 샤프트 샤프트의 위치에 대응한다. 이것은, 구동 샤프트의 위치가 필요한 경우에 공차 범위 안에서 모터 샤프트의 위치로부터 분명하게 추론될 수 있다는 것을 의미한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 동작은 모터의 개루프 제어, 폐루프 제어, 브레이킹, 가속, 또는 정지를 포함한다. 예를 들어, 폐루프 제어는 위치 제어, 속도 제어, 가속도 제어, 또는 토크 제어를 포함할 수 있다. 적어도 이러한 폐루프 제어에서는, 구동 시스템을 서보 구동 시스템이라고 부를 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 시스템은 피드백 신호에 기반하여 스위치의 하나 이상의 동작을 모니터링하도록 구성되는 모니터링 유닛을 포함한다. 모니터링은, 특히 개별적인 동작 또는 그 일부가 적절하게, 특히 미리 규정된 시간 윈도우 안에서 수행되는지 여부에 대한 모니터링을 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 제어 디바이스는 제어 유닛 및 모터의 개루프-제어되거나 폐루프-제어된 파워 서플라이에 대한 파워 섹션을 포함한다. 제어 유닛은 파워 섹션을 제어하도록 구성된다. 적어도 하나의 이동 프로파일은 파워 섹션 내에 저장되는데, 이러한 이동 프로파일은 두 개의 변수로부터 형성되고, 2-차원 직교 좌표계에서 N-차 다항 함수로서 표현될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 파워 섹션은 컨버터 또는 서보 컨버터로서 또는 구동 머신에 대한 등가적인 전자부품, 특히 완전히 전자적인 유닛으로서 설계된다.
다양한 실시형태에 따르면, 제어 디바이스는 피드백 시스템 중 전부 또는 일부를 포함한다.
구동 샤프트의 절대 위치는, 예를 들어 제어 디바이스와 비교될 수 있다. 큰 편차가 있다면, 제어 디바이스는 에러 메시지를 출력하거나 안전 조치를 개시할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 피드백 시스템은 모터의 회전자 위치를 결정하고, 구동 샤프트의 위치에 대한 값을 회전자 위치에 의존하여 결정하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 회전자 위치는 모터의 회전자가 위치되는 각도 범위이고, 선택적으로 회전자의 완성된 회전의 개수와 조합된다.
디자인, 특히 회전자의 폴 쌍들의 개수에 의존하여, 모터 샤프트의 위치 또는 절대 위치가 이제, 예를 들어 제어 디바이스에 의해서 정확하게 적어도 180°까지 결정될 수 있다. 하나 이상의 기어 유닛을 이용하여 감소시킴으로써, 구동 샤프트의 위치의 얻을 수 있는 정확도가 크게 높아진다. 이러한 경우에, 제어 디바이스에 의한 평가는 말하자면 가상 인코더 기능에 대응한다. 따라서, 피드백 시스템의 절대값 인코더가 완전히 고장인 경우에도, 적어도 하나의 긴급 동작이 유지될 수 있고 및/또는 온-부하 탭-절환기가 안전 위치로 이동될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 구동 샤프트의 절대 위치 또는 구동 샤프트에 연결된 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하고, 적어도 하나의 출력 신호를 검출된 위치에 기반하여 생성하도록 구성되고 구현된 절대값 인코더를 포함한다. 피드백 시스템은 구동 샤프트의 위치에 대한 값을 적어도 하나의 출력 신호에 기반하여 결정하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 절대값 인코더는 모터 샤프트, 구동 샤프트 또는 구동 샤프트에 커플링된 샤프트에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 절대값 인코더는 다중 권선 인코더 또는 단일-권선 인코더를 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 절대값 인코더는 구동 샤프트의 위치 또는 추가적 샤프트의 위치를 샘플링 방식에 기반하여 검출하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 이러한 샘플링 방식은 광학식, 자기식, 용량성, 저항성, 또는 유도성 샘플링 방식을 포함한다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 피드백 시스템은, 조합하여 구동 샤프트의 절대 위치 또는 구동 샤프트에 연결된 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하고, 검출된 위치에 기반하여 적어도 하나의 출력 신호를 생성하도록 구성 및 배치되는 인코더 및 보조 콘택의 조합을 포함한다. 피드백 시스템은 구동 샤프트의 위치에 대한 값을 적어도 하나의 출력 신호에 기반하여 결정하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 인코더 및 보조 콘택은 모터 샤프트, 구동 샤프트, 또는 구동 샤프트에 커플링된 샤프트에 직접적으로 또는 간접적으로 부착된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 인코더는 단일-권선 인코더 또는 증분 인코더 또는 가상 인코더로서 설계되고, 보조 스위치는 적어도 하나의 마이크로스위치 또는 리졸버 또는 사인-코사인 인코더로서 설계된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 인코더 및 보조 콘택은 구동 샤프트의 위치 또는 추가적 샤프트의 위치를 샘플링 방식에 기반하여 검출하도록 구성된다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 이동 프로파일은 두 개의 변수로부터 형성되고, 2-차원 직교 좌표계에서 N-차 다항 함수로 표현될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 변수는 구동 시스템의 직접 변수 또는 간접 변수, 예를 들어 시간, 구동 샤프트의 회전각, 전류, 전압, 속도, 토크, 또는 가속도이다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 변수는 각각의 경우에 좌표계의 하나의 축에서 표현될 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 제어 디바이스는 제 2 모터에 작용할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 제어 디바이스는 제 2 모터에 작용하는 제 2 파워 섹션을 포함할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 제어 디바이스는, 이것이 제 1 모터의 피드백 시스템의 실제 값의 이동 프로파일을 실행하는 방식으로 제 2 모터에 작용할 수 있다.
적어도 하나의 실시형태에 따르면, 스위치는 온-부하 탭-절환기, 또는 다이버터 스위치, 또는 선택기, 또는 이중 반전 전환 선택기, 또는 반전 전환 또는 전환 선택기일 수 있다.
개선된 개념에 따르면, 스위치를 구동하기 위한 방법도 역시 개시된다. 이러한 방법은 제어 디바이스에 의해서 스위치를 구동하기 위한 구동 샤프트에 대한 이동 프로파일을 결정하고 선택하는 단계, 구동 샤프트의 위치에 기반하여 피드백 신호를 생성하는 단계, 및 스위치를 구동하기 위한 모터를 피드백 신호 및 이동 프로파일에 의존하여 제어하는 단계를 포함한다.
후속하는 설명에서, 본 발명은 도면을 참조하여 예시적인 구현형태에 기반하여 상세히 설명된다. 동일하거나 기능적으로 동일하거나 동일한 효과를 가지는 컴포넌트들에는 동일한 참조 부호가 제공될 수 있다. 동일한 컴포넌트 또는 동일한 기능을 가지는 컴포넌트들은 일부 경우에 그들이 처음 등장하는 도면에 대해서만 설명될 수 있다. 그들의 설명은 반드시 후속하는 도면에서 반복될 필요가 없다.
도면은 다음을 보여준다:
도 1은 개선된 개념에 따른 구동 시스템의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다;
도 2a는 시간의 함수인 구동 샤프트의 회전각을 보여주는 구동 시스템에 대한 이동 프로파일을 도시한다;
도 2b는 구동 샤프트의 회전각의 함수인 토크를 보여주는 구동 시스템에 대한 이동 프로파일을 도시한다;
도 3은 다수의 스위치에 대한 개선된 개념에 따른 구동 시스템의 예시적인 실시형태의 다른 개략도를 도시한다;
도 4는 다수의 파워 섹션이 있는 개선된 개념에 따른 구동 시스템의 예시적인 실시형태의 개략도를 도시한다;
도 5는 변압기의 상이한 탭(스위치 포지션) 사이에서 스위칭하기 위해서 사용될 수 있는 온-부하 탭-절환기를 위한 구동부의 개략도를 도시한다; 그리고
도 6은 스위치를 구동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도의 개략도를 도시한다.
동일하거나 기능적으로 동일한 본 발명의 요소들에 대해서는 동일한 참조 부호가 사용된다. 더욱이, 명확화를 위하여, 개별 도면들 각각은 해당 도면을 설명하기 위해 필요한 참조 부호만을 포함한다. 본 발명을 예시된 예시적인 실시형태로 한정하지 않으면서, 도면들은 본 발명의 예시적인 실시형태를 예시할 뿐이다.
도 1은 스위치(1)용 구동 시스템(3)의 예시적인 실시형태의 개략도를 보여준다. 구동 시스템(3)은 구동 샤프트(16)를 통하여 스위치(1)에 연결된다. 구동 시스템(3)은, 모터 샤프트(14)를 통하여, 그리고 선택적으로는 기어 유닛(15)을 통하여 구동 샤프트(16)를 구동할 수 있는 모터(12)를 포함한다. 구동 시스템(3)의 제어 디바이스(2)는, 예를 들어 모터(12)의 개루프-제어되거나 폐루프-제어된 파워 서플라이를 위한 컨버터(미도시)를 포함하는 파워 섹션(11), 및, 예를 들어 버스(미도시)를 통하여 파워 섹션(11)을 제어하기 위한 제어 유닛(10)을 포함한다. 구동 시스템(3)은 인코더 시스템(13)을 포함하는데, 이것은 피드백 시스템(4)으로서의 역할을 하거나 피드백 시스템(4)의 일부이고, 파워 섹션(11)에 연결된다. 더욱이, 인코더 시스템(13)은 구동 샤프트(16)에 직접적으로 또는 간접적으로 커플링된다.
인코더 시스템(13)은 구동 샤프트(16)의 위치, 특히 각 위치(angular position), 예를 들어 절대 각 위치에 대한 제 1 값을 적어도 검출하도록 구성된다. 이러한 목적을 위하여, 인코더 시스템(13)은, 예를 들어 절대값 인코더, 특히 다중 권선 절대값 인코더를 포함할 수 있는데, 이것은 구동 샤프트(16), 모터 샤프트(14) 또는 그 위치가 구동 샤프트(16)의 절대 위치에 분명하게 링크되는 다른 샤프트에 부착된다. 그러나, 인코더 시스템(13)은 단일-권선 절대값 인코더 및/또는 가상 인코더 및/또는 보조 스위치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 구동 샤프트(16)의 위치는 모터 샤프트(14)의 위치로부터, 예를 들어 기어 유닛의 전달률(transmission ratio)을 통해서 분명하게 결정될 수 있다.
피드백 시스템(4)은 구동 샤프트(16)의 위치에 대한 값을 검출하도록 구성된다.
제어 디바이스(2) 및, 특히 제어 유닛(10) 및/또는 파워 섹션(11)은 피드백 시스템(4)에 의해 생성되는 값에 기반하여, 피드백 신호에 의존하여 모터(12)를 개루프 또는 폐루프 방식으로 제어하도록 설계된다.
파워 섹션(11)은 저장된 이동 프로파일(22)(미도시)을 포함하는 메모리(5)를 가진다. 피드백 시스템(4)으로서 사용되는 인코더 시스템(13)은, 샤프트의 위치를 파워 섹션(11)에 보고하고, 따라서 구동 샤프트(16)가 이동 프로파일(22)에 따라서 정확하게 이동하고 있는지 또는 규정된 파라미터에 부합하고 있는지 여부를 모니터링한다. 이동 프로파일(22)은 제어 디바이스(2) 또는 제어 유닛 내에 저장될 수도 있다.
복수 개의 이동 프로파일(22)이 파워 섹션(11) 내에 저장된다. 이동 프로파일(22) 중 하나가 제어 유닛(10)을 통해서 선택된다.
도 2a는 스위치(1)의 스위칭 동작을 위한 모터(12)의 가능한 이동 프로파일(22)을 보여준다. 예시적인 이동 프로파일(22)은 두 개의 변수가 있는 n-차 다항 함수이고, 이들이 2-차원 직교 좌표계(20)에 표시된다. 도 2a에 도시되는 이동 프로파일(22)의 경우, 시간 t, 즉 구동 샤프트(16)가 모터(12)를 얼마나 길게 작동시키는지가 X-축(24)에 표시된다. Y-축(25)에는 구동 샤프트(16)의 회전각 ω가 표시된다. 도 2a에서 축들(24, 25)에 표시된 변수는 오직 예일 뿐이고, 본 발명을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. X-축(24) 및 Y-축(25)에 표시된 변수는 구동 시스템(3)의 직접 변수 또는 간접 변수일 수 있다. 직접 변수는, 예를 들어 시간 t, 구동 샤프트(16)의 회전각, 전류 또는 전압일 수 있다. 간접 변수는 속도, 토크, 가속도 등일 수 있다.
도 2b는 스위치(1)의 스위칭 동작을 위한 모터(12)의 가능한 이동 프로파일(22)을 보여주는데, 이것은 2-차원 직교 좌표계(20)에 표시된다. 여기에서, 토크 M(t)의 간접 변수는 회전각 ω의 함수로서 표시되고, n-차 다항 함수로서 표시된다. 도 2a에 도시되는 이동 프로파일(22)에서, 회전각 ω는 X-축(24)에 표시된다. 구동 샤프트(16)에 작용하고 있는 토크 M(t)는 Y-축(25)에 표시된다.
이동 프로파일(22)은 구동 샤프트(16)가 획득해야 하는 소망되는 값을 규정한다. 이동 프로파일(22)이 실행되면, 피드백 시스템(4)에 의해서 검출되는 실제 값은 소망되는 값으로부터 벗어날 수 있다. 소망되는 값으로부터의 실제 값의 미리 결정된 가능한 편차에 의존하여, 모터(12)에 대한 동작이 취소되거나 계속될 수 있다. 이러한 편차는 수동으로 설정되거나 학습 프로세스를 사용하여 결정될 수 있다.
도 3은 구동 시스템(3)을 도시하고, 이것은 두 개의 스위치(1, 30)를 구동한다. 역시 피드백 시스템(4)으로서 사용되는 제 2 인코더 시스템(13)이 제 2 구동 샤프트(16)의 위치를 파워 섹션(11)에 유사하게 보고하고, 또는 파워 섹션(11)이 위치를 질의함으로써 제 2 구동 샤프트(16)가 이동 프로파일(22)을 따라서 정확하게 이동하고 있는지 또는 규정된 파라미터에 부합하고 있는지 여부를 모니터링한다. 그렇게 함에 있어서, 두 개의 모터(12, 32)는 미리 결정된 이동 프로파일(22)을 따라갈 수 있고, 또는 모터 중 하나(12)가 미리 결정된 이동 프로파일(22)을 실행하고, 제 2 모터(32)가 제 1 모터(12)의 실제 값을 따라가며, 즉 일종의 "마스터-슬레이브" 기능에 있게 된다. 제 2 모터(32)는 이것에 대한 데이터를 파워 섹션(11)으로부터 수신한다. 그러면, 양자 모두의 스위치(1, 30)가 동일한 이동 프로파일(22)을 동일한 시간 t에 오직 적은 시간 지연만 가지고 실행하는 것이 보장된다. 스위치(1, 30) 중 하나에서 오동작 또는 지연이 발생한 경우에 양자 모두가 서로 독립적으로 동일한 이동 프로파일(22)을 실행해야 하는 경우, 제 2 스위치가 더 빨리 완료됨으로써 동기화된 구동이 없게 되고, 따라서 동기화된 스위칭도 없게 된다. 그러나, 이것은 일부 경우에 필요한 것일 수 있다. 안전한 병렬 동작이 "마스터-슬레이브" 동작에 의해서 보장될 수 있다.
도 4는 개별 모터(32) 및 피드백 시스템(4)이 있는 제 2 파워 섹션(40)이 제공되는 구동 시스템(3)의 일 실시형태를 도시한다. 여기에서도, 두 개의 모터(12, 32)가 미리 규정된 이동 프로파일(22)을 따라갈 수 있고, 또는 하나의 모터(12)는 이동 프로파일(22)을 따라가고 제 2 모터(32)는 제 1 피드백 시스템(4)에 의해 제공되는 제 1 모터(12)의 실제 값을 따라가서, 즉 일종의 "마스터-슬레이브" 기능을 한다. 이러한 바람직한 실시형태는 서로 공간적으로 멀리 이격되는 복수 개의 스위치들의 병렬 동작을 허용한다. 파워 섹션(11, 40)은 필드 버스(6), 예컨대 파워링크(Powerlink)를 통해서 서로 연결된다. 데이터 교환만이 일어나고, 전력 전송은 일어나지 않는다. 더욱이, 경제적인 이유로 하나의 큰 파워 섹션 대신에 여러 개의 더 작은 파워 섹션을 사용하는 것이 유리할 수 있다.
도 5는 온-부하 탭-절환기(170)로서 형성되는 스위치(1, 30)의 구동 개념의 개략적인 설계를 보여준다. 이러한 스위치에서, 스위치 위치 N1, N2,…, NN에 도달할 수 있고, 이들이 변압기(180)의 탭 권선(19)의 다양한 탭에 연결된다. 비록 스위치(1, 30)의 개별적인 스위치 위치 N1, N2,…, NN을 설명하기 위하여 온-부하 탭-절환기(170)의 개념이 선택되었지만, 이것은 본 발명을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 이러한 구동 개념이 온-부하 탭-절환기, 선택기, 이중 반전 전환 선택기, 반전 전환 선택기 또는 전환 선택기에도 적용된다는 것이 당업자에게 명백하게 이해될 것이다.
모터(12) 선택기(18) 및 다이버터 스위치(17)를 구동하기 위하여 제공되고, 이러한 모터는 선택기(18) 및 다이버터 스위치(17)가 있는 온-부하 탭-절환기(170)에 기어 유닛(15)을 통해서 작용한다. 모터 샤프트(14) 및 구동 샤프트(16)를 통하여, 모터(12)는 온-부하 탭-절환기(170)에 작용하여 스위칭 위치 NN으로부터 다음의 더 높은 스위칭 위치 NN+1로 상향 방향 N+로 스위칭하거나, 스위칭 위치 NN으로부터 다음의 더 낮은 스위칭 위치 NN-1로 하향 방향 N-로 스위칭한다. 여기에서, 선택기는 스위칭될 스위칭 위치(탭 위치)를 미리 선택하기 위해서 사용되고, 다이버터 스위치가 실제 다이버터 스위치 동작을 수행한다.
도 6은 적어도 하나의 스위치(1, 30)를 구동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 흐름도를 도시한다. 적어도 하나의 스위치(1, 30)는 적어도 하나의 구동 시스템(3)을 포함하고, 이것은 적어도 하나의 모터(12)에 연결된 구동 샤프트(16)를 가진다. 현재 스위칭 위치 NA(도 5를 참조한다)로부터 도달가능한 스위칭 위치 NE(도 5를 참조한다)로 스위칭하는 것이 이동 프로파일(22)과 함께 설명될 수 있는데, 이것은 N-차 다항식에 의해 기술 및/또는 표현될 수 있다. 스위칭은 상향 방향 N+ 및 하향 방향 N- 양자 모두에서 일어날 수 있다. 스위칭 동작이 시작되기 이전에, 현재 탭 위치 Na로부터A로부터 도달가능 스위칭 위치 NE로의 스위치 오버를 위한 구동 시스템(3)의 동작을 기술하는 이동 프로파일(22)이 선택된다. 구동 시스템(3)의 동작 중에, 적어도 하나의 모터(1, 30)의 구동 샤프트(16)의 위치가 피드백 시스템(4)을 사용하여 검출된다. 구동 샤프트(16)의 검출된 위치는 구동 샤프트(16)의 위치의 실제 값에 의하여 규정된다. 피드백 신호는 구동 샤프트(16)의 위치의 검출된 실제 값으로부터 생성된다.
선택된 이동 프로파일(22)은, 현재 스위칭 위치 Na로부터A로부터 스위칭 위치 NE로의 스위칭을 달성하기 위해서, 예를 들어 미리 결정된 시간 내에 구동 시스템(3)이 도달해야 하는 소망되는 값(일련의 소망되는 값)을 나타낸다. 본 발명에 따르면, 구동 샤프트(16)의 위치의 실제 값과 이동 프로파일(22)(소망되는 값)의 비교가, 이상적으로는 실시간으로 또는 다소 지연되어 수행된다. 이러한 비교로부터, 실제 값 및 이동 프로파일(22) 사이에 편차가 존재하는지 여부가 결정될 수 있다.
실제 값 및 이동 프로파일(22) 사이에 편차가 존재하는 경우, 제어 디바이스(2)가 개입하여 실제 값의 이동 프로파일(22)로부터의 편차가 최소화되는 방식으로 적어도 하나의 모터(12)를 제어한다. 이동 프로파일이 실행되는 동안에, 실제 값과 이동 프로파일(22)(소망되는 값) 사이의 비교가 연속적으로 수행된다. 편차가 검출되면, 제어 디바이스(2)는 이를 상쇄시킨다(예를 들어 모터(12)의 토크를 증가/감소시키고; 모터(12)의 속도를 증가/감소시키는 등임). 도달가능 천이한 위치 NE에 도달되면, 구동 시스템(3)이 중지된다. 그러면, 필요할 경우 추가적인 스위칭 동작이 상이한 이동 프로파일(22)을 가지고 개시될 수 있다. 편차가 사전에 규정된 어떤 레벨 위로 올라가면, 스위치오버가 중지될 수 있다. 그러면, 전체 시스템이 중단되거나, 구동 샤프트, 그리고 따라서 스위치가 규정된 안전한 위치로 이동되고 시작 위치로 복귀된다. 이러한 목적을 위하여, 시작할 때 선택된 이동 프로파일(22)은 역방향으로 실행될 수 있고, 또는 다른 이동 프로파일이 제어 디바이스(2) 또는 제어 유닛(10)에 의해서 선택되고 실행될 수 있다.
이동 프로파일은 구동 샤프트(16)가 모터로 이상적인 방식으로 구동되는데 사용되는 특정 스위치에 대해서 결정된다. 적어도 하나의 결정된 이동 프로파일은 스위칭 동작 중에 사용되도록 저장된다. 대응하는 저장 디바이스가 이러한 목적을 위하여 제공될 수 있다.
구동 샤프트(16)의 절대 위치 또는 추가적 샤프트의 절대 위치는 피드백 시스템(4)의 적어도 하나의 인코더 시스템(13)을 사용하여 결정된다.
제어 디바이스(2)는 제어 유닛(10) 및/또는 파워 섹션(11)을 포함하고, 이것들에 의해서 적어도 하나의 모터(12)가, 이동 프로파일(22)에 의해 도달될 탭 위치 NE가 이동 프로파일(22)에 의해 미리결정된 시간 내에 도달되고 도달될 탭 위치 NE가 미리 규정된 이동 프로파일(22)을 거의 가지고 도달되는 방식으로 개루프- 또는 폐루프-제어된다.
이동 프로파일(22)은, 예를 들어 적어도 하나의 모터(13)의 속도 또는 토크를 규정한다. 따라서, 이동 프로파일(22)은 어떤 시점 또는 구동 샤프트(16)의 어떤 위치에서, 어떤 토크 또는 어떤 속도가 구동 샤프트(16)에 있는 모터(13)에 의해 구현되어야 하는지를 역시 규정한다. 이제, 이동 프로파일(22)의 사양이 구현되도록, 모터(13)를 대응하도록 제어하기 위해서 이제 제어 디바이스가 사용된다.
본 발명은 특정 실시형태를 고려하면서 설명된 바 있다. 후속하는 청구항의 보호 범위로부터 벗어나지 않으면서 변경 및 수정이 이루어질 수 있다는 것이 당업자들에게는 명백하게 이해된다.
참조 부호 목록
1, 30 스위치
2 제어 디바이스
3 구동 시스템
4 피드백 시스템
5 메모리
6 필드버스
10 제어 유닛
11, 40 파워 섹션
12 모터
13, 32 인코더 시스템
14 구동 샤프트
15, 34 기어 유닛
16, 31 구동 샤프트
170 온-부하 탭-절환기
17 다이버터 스위치
18 선택기
19 탭 권선
20 좌표계
22 이동 프로파일
24 x-축
25 y-축
N1, N2,…, NN 탭 위치
N+ 상향 방향
N- 하향 방향
NA 현재 탭 위치
NE 도달가능한 탭 위치
t 시간
ω 회전각
M(t) 토크

Claims (19)

  1. 적어도 하나의 스위치(1, 30)를 위한 구동 시스템(3)으로서,
    - 구동 샤프트(16)로서, 상기 구동 시스템(3)을 적어도 하나의 스위치(1, 30) 및 상기 구동 샤프트(16)에 연결된 적어도 하나의 모터(12)에 연결시키는, 구동 샤프트(16),
    - 상기 구동 샤프트(16)의 위치를 결정하고, 상기 위치에 기반하여 피드백 신호를 생성하도록 구성된 피드백 시스템(4); 및
    - 상기 피드백 신호에 의존하여, 저장된 이동 프로파일(22)을 복수 개의 이동 프로파일 중에서 선택하고, 선택된 이동 프로파일(22)에 따라서 상기 모터(12)에 작용하는 제어 디바이스(2)를 포함하는, 구동 시스템(3).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(2)는 제어 유닛(10) 및 파워 섹션(11)을 포함하고,
    상기 파워 섹션(11)은 적어도 하나의 모터(12)에 전력을 공급하기 위해서 사용되며,
    저장된 이동 프로파일(22)은 상기 파워 섹션(11)의 메모리(5)에 저장된, 구동 시스템(3).
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 피드백 시스템(4)은,
    상기 구동 샤프트(16)의 절대 위치 또는 상기 구동 샤프트(16)에 연결된 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하도록 구성 및 배치되는 적어도 하나의 인코더 시스템(13)을 포함하고,
    검출된 절대 위치에 기반하여, 상기 적어도 하나의 출력 신호가 생성될 수 있으며, 상기 출력 신호를 사용하여 상기 구동 샤프트(16)의 위치가 결정될 수 있는, 구동 시스템(3).
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인코더 시스템(13)은 다중 권선 인코더 또는 단일-권선 인코더로서 설계된, 스위치용 구동 시스템(3).
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 인코더 시스템(13)은 상기 구동 샤프트(16)의 위치 또는 상기 추가적 샤프트의 위치를 제 1 샘플링 방식에 기반하여 검출하도록 구성된, 구동 시스템(3).
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 샘플링 방식은 광학식, 자기식, 용량성 또는 유도성 샘플링 방식을 포함하는, 구동 시스템(3).
  7. 제 1 항 내지 제 2 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 피드백 시스템(4)은 적어도 하나의 인코더 시스템(13) 및 보조 콘택을 포함하고, 상기 적어도 하나의 인코더 시스템 및 보조 콘택은 조합되어,
    상기 구동 샤프트(16)의 절대 위치 또는 상기 구동 샤프트(16)에 연결된 추가적 샤프트의 절대 위치를 검출하고, 검출된 위치에 기반하여 적어도 하나의 출력 신호를 생성하도록 구성 및 배치되며, 상기 구동 샤프트(16)의 위치를 상기 적어도 하나의 출력 신호에 기반하여 결정하도록 구성된, 구동 시스템(3).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 인코더 시스템(13)은 단일-권선 인코더 또는 증분 인코더 또는 가상 인코더로서 구현된 절대값 인코더(13)로서 형성되고,
    상기 보조 콘택은 적어도 하나의 마이크로스위치 또는 리졸버로서 구현된, 구동 시스템(3).
  9. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 프로파일(22)은 두 개의 변수에 의해서 규정되고, 2-차원 직교 좌표계(20)에서 N-차 다항 함수로서 표현되는, 구동 시스템(3).
  10. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(2)는 두 개의 모터(12)에 작용하는, 구동 시스템(3).
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(2)는 두 개의 파워 섹션(4, 40)을 포함하고,
    상기 두 개의 파워 섹션은 두 개의 모터(12) 각각과 협동하는, 구동 시스템(3).
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(2)는, 상기 두 개의 모터(12) 중 하나가 나머지 모터(12)의 피드백 시스템(4)의 실제 값의 이동 프로파일(22)을 실행하는 방식으로, 상기 두 개의 모터(12) 중 하나와 협동하는, 구동 시스템(3).
  13. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 스위치(1)는,
    온-부하 탭-절환기 또는 다이버터 스위치 또는 선택기 또는 이중 반전 전환 선택기(double reversing change-over selector) 또는 반전 전환 선택기 또는 전환 선택기인, 구동 시스템(3).
  14. 적어도 하나의 모터(12)에 연결된 구동 샤프트(16)를 가지는 구동 시스템(3)을 포함하는 적어도 하나의 스위치(1, 30)를 구동하기 위한 방법으로서,
    - 스위치오버가 개시되기 이전에, 현재 스위치 위치(NA)로부터 도달가능 스위치 위치(NE)로의 스위치오버를 위한 상기 구동 시스템(3)의 동작을 기술하는 이동 프로파일(22)이 선택되는 단계;
    - 상기 구동 시스템(3)의 동작 중에, 상기 적어도 하나의 모터(1, 30)의 구동 샤프트(16)의 위치가 피드백 시스템(4)을 사용하여 검출되는 단계 - 상기 구동 샤프트(16)의 검출된 위치는 상기 구동 샤프트(16)의 위치의 실제 값을 규정함 -;
    - 상기 구동 샤프트(16)의 위치의 검출된 실제 값으로부터 피드백 신호가 생성되는 단계;
    - 상기 실제 값과 상기 이동 프로파일(22) 사이의 편차가 존재하는지 여부를 결정하기 위하여, 상기 구동 샤프트(16)의 위치의 실제 값과 상기 이동 프로파일(22)의 비교가 사용되는 단계;
    - 편차가 존재하는 경우, 상기 이동 프로파일(22)로부터의 상기 실제 값의 편차가 최소화되는 방식으로 상기 적어도 하나의 모터(12)가 제어되는 단계; 및
    - 도달가능 스위칭 위치(NE)에 도달하면, 상기 구동 시스템(3)이 중단하는 단계를 포함하는, 구동 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 이동 프로파일(22)은 상기 스위치(1, 30)를 구동하기 위하여 상기 구동 샤프트(16)에 대해서 결정되고,
    적어도 하나의 결정된 이동 프로파일(22)은 스위칭 동작에서 사용되기 위하여 저장된, 구동 방법.
  16. 제 14 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 샤프트(16)의 절대 위치 또는 추가적 샤프트의 절대 위치는 상기 피드백 시스템(4)의 적어도 하나의 인코더 시스템(13)을 사용하여 결정된, 구동 방법.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 디바이스(2)는 제어 유닛(10) 및/또는 파워 섹션(11)을 포함하고,
    상기 제어 유닛 및/또는 파워 섹션을 사용하여, 상기 이동 프로파일(22)에 의해 도달될 탭 위치(NE)가 상기 이동 프로파일(22)에 의해 미리 결정된 시간 내에 도달되는 방식으로, 적어도 하나의 모터(12)가 개루프-제어 또는 폐루프-제어된, 구동 방법.
  18. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이동 프로파일(22)은 두 개의 변수에 의해서 규정되고, 2-차원 직교 좌표계(20)에서 표현되는 2-차원 N-차 다항 함수를 구성하는, 구동 방법.
  19. 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 모터(13)의 속도 또는 토크는 상기 이동 프로파일(22)에 의하여 미리 결정되고,
    어느 시점 또는 상기 구동 샤프트(16)의 어느 위치에서 어떤 토크 또는 어떤 속도가 상기 구동 샤프트(16)에 있는 모터(13)에 의하여 구현되는지가 상기 이동 프로파일(22)에 의하여 미리 결정된, 구동 방법.
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