CN100552847C - 多点开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于在分极变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，其中至少一个扭矩电机取代了至今所使用的电机驱动装置，结合不同的传动装置设计承担对各个构件组的不同的驱动功能。

Description

多点开关

技术领域

本发明涉及一种用于在可调变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关。

背景技术

几十年来多点开关就一直是用于高电能产品的电压调整和安全保证的装置。它按照其主要工作方式分为电阻快速开关和电抗开关。

所有电阻快速开关的原理追溯到1929年授予的德国专利Nr.474163，该专利第一次说明了借助于短时间接入的转接电阻在各个绕组抽头之间进行跳跃式不中断切换的原理。基于此原理的多点开关已有大量的实施方式。一个典型的代表是在申请人的公司文献“M型多点开关检验报告”中所说明的“M”型。这种负载多点开关具有一个用于应切换到其上的绕组抽头的无载预选的多点选择器，以及一个空间上位于选择器之上且设置在分开的油容器中的、用于适当的不中断切换的负载切换器。此负载多点开关的操作通过一个具有一个电动机的电机驱动装置进行，如果它进行一次规定的切换，它一方面连续操作精密选择器，必要时连续操作预选器，另一方面拉开负载切换器的力存储器。电机驱动装置空间上位于变压器外面。能量通过拉杆、角传动机构、传动装置级和机械的马耳他传动装置引导到多点开关。如果力存储器到达其终端位置，即它被完全拉开，则目前锁定在其中的制动器被释放，它进行一次跳动运动，随此运动而操作负载切换器。图1中简要示出这种已知的负载多点开关的驱动途径。图2示出这种负载多点开关的一种变型，它具有一个多重粗选器，以代替常用的预选器；这种结构对于本领域技术人员来说也是熟悉的。

另一种多点开关在申请人的公司文献“V型负载选择器检验报告”中说明。这里被设计成V型的负载选择器中，相应要切换于其上的绕组抽头的预选和构件在结构上结合到后面的切换中。这里电机驱动装置也具有上面所述的空间结构，它首先拉开力存储器。在其完全拉开和接着的释放之后，一个可旋转的开关轴被驱动，它快速而不中断地从一个固定接点切换到相邻的另一固定接点，这些固定接点分别电气连接于绕组抽头。图3简要示出这种已知的负载选择器的典型驱动途径。

一种电抗开关型的多点开关例如由DE-PS 4011019、DE-PS4126824以及Reinhausen制造公司(Alamo，Tennessee，美国)的公司文献“RMV-1型负载抽头改变器”所公开。它们具有两个可由一个多点选择器预选的负载臂，在每个被切换的相中在两臂之间设置一个开关，这里是一个真空开关光电管。每个真空开关光电管通过一个旁路接点可以跨接，此接点在其一侧又将两个负载臂中的至少一个与负载端子相连接。真空开关光电管的操作分别通过一个力存储器实现，这个力存储器通过传动轴的运动而被拉开。对于每个被切换的相，一个双侧的曲线盘在空间上被设置在旁路接点与力存储器之间，此曲线盘在每次切换步骤中被传动轴旋转180度。在双侧的曲线盘对着旁路接点的一侧上设置一个用于控制旁路接点的槽，而在其另一侧上设置了另一个用于控制驱动真空开关光电管的力存储器的槽。力存储器的控制是这样的：它在每个切换步骤中拉紧一次，然后释放，并且同时驱动真空开关光电管。这种多点开关的操作通过电机驱动装置实现，它在进行一次规定的切换时一方面连续操作选择接点，另一方面通过上述曲线盘不仅连续地操作旁路接点同时也拉开上述力存储器。如果力存储器已经抵达其终端位置，即被完全拉开了，则目前锁定在其中的制动器被释放，并且实现一次跳动动作，随着这个跳动动作一起操作负载切换器。图7简要示出这种已知多点开关的驱动途径。

DE-PS 19743864已公开了另一种电抗开关型的多点开关，在此专利中还详尽描述了电抗开关和电阻快速开关之间功能上的区别。在这种已知的多点开关中，在一个外壳中对每一相设置固定的选择器接点-它们可分别由两个运动的选择器接点连接，此外还对每一相设置预选接点。此外对于每一相还设置旁路接点，并且真空开关光电管可分别借助于力存储器***作。在一个分隔开的侧面外壳部分中设置一个唯一的用于以相应的开关顺序操作所有运动接点和所有真空开关光电管的传动机构，其中这个唯一的传动装置借助于通过外壳延伸出的绝缘轴作用于各个构件上。图8示出这种已知多点开关的一个典型驱动途径。

在已知的多点开关中驱动由一个电机驱动装置实现。一个这样的驱动装置例如在WO 98/38661中说明。在这种已知的电机驱动装置中，所有用于驱动多级开关所需的机械的和电气的构件组结合为一体。其中重要的机械构件组是负载传动装置和控制传动装置。负载传动装置直接操作多点开关；为此它具有一个相应尺寸的电机。控制传动装置包括一个凸轮圆盘，它在每次切换多点开关时旋转一周。凸轮圆盘又具有多个开关凸轮，它们用于对多个凸轮开关或凸***作的接点进行机械操作。控制传动装置还包括用于显示档位或开关步伐的设备。各种不同的电路属于电机驱动装置中的电构件组。设置有一个电机电路，通过它使电机的接线柱在电机接触器、制动接触器和其它开关件上与馈电线连接。此外还设置有一个控制电路和各种告警电路和解除电路，用于电机保护。电机驱动装置的控制本身按分步电路的原理实现，即实现一个切换步伐的动作由一个控制脉冲触发，并随后强制性地导致结束；电机驱动装置的从动轴-它与多点开关的驱动轴相联结-在这里实现预先精确规定数目的旋转。此外除了其它安全装置外，已知的电机驱动装置还具有一个运行保护装置，此装置避免上述步伐控制失灵时电机驱动装置一直运行到终端位置。

在电阻快速开关型多点开关中，上述已知的电机驱动装置与后接的马尔他传动装置一起完成一个完整的功能序列：

-产生一个旋转矩，并随后转换为级选择器的运动，

-传输及提升/降低旋转矩，

-拉开一个力存储器，

-将连续运动转换为分步运动，

-在完成开关步伐之后固定开关元件，

-报告位置，

-机械式的端点制动功能。

总之，不仅常规的电机驱动装置，而且后接的传动装置结构上复杂，制造费用昂贵，因为所需精度高，并且它们与力存储器一起通常构成整个多点开关最昂贵的部分。

在电抗开关型多点开关中，上述常规的电机驱动装置与后接的传动装置-尤其是马尔他传动装置及杠杆换向传动装置-一起完成多点开关中的下述功能：

-产生一个旋转矩，并随后转换为精密选择器及与其分开的预选器的动作，

-操作旁路接点，

-拉开一个用于紧接着操作真空开关光电管的力存储器，

-报告位置，

-机械式的端点制动功能。

总之，在这里不仅常规的电机驱动，而且后接的传动装置结构上复杂，制造费用昂贵，因为所需精度高，并且它们与力存储器一起通常构成整个多点开关最昂贵的部分。

发明内容

本发明的目的在于大大简化几十年来建立并固定在现有技术中的多点开关原理结构。

上述任务由具有以下特征的多点开关完成：

用于在按照电阻快速开关原理工作的分级变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它由用于功率无损耗地选择接下来应切换到其上的绕组抽头的一个精密选择器和一个预选器构成，它还包括一个负载切换器，该负载切换器用于实现接着将至少一个转接电阻从先前的绕组抽头短时间转接到预选的绕组抽头上的快速切换，并且不仅是精密选择器和预选器，而且负载切换器在每次切换时都可由一个驱动装置操作，其中设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

用于在按照电阻快速开关原理工作的分级变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它由一个负载选择器构成，此负载选择器用于同时选择应切换到其上的绕组抽头，并用于实现将至少一个转接电阻从先前的绕组抽头短时间内转接到预选的绕组抽头的快速切换，其中一个可跳动式操作的开关元件用于切换，其中设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

用于在按照电抗开关原理工作的分极变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它包括一个具有两个负载臂的精密选择器，在每个被切换的相中一个真空开关光电管被设置在两臂之间，包括一个预选器，且包括一个旁路接点，此接点分别跨接真空开关光电管，并且通过此接点可在其一侧使两个负载臂的至少一个与负载端子相连接，还包括一个力存储器，此力存储器操作相应的真空开关光电管，其中存在单个的驱动装置，它借助于不同的传动装置并通过传动轴操作上述所有构件，其中设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

本发明基于下述总的发明构思：利用至少一个本身已知的扭矩电机作为多点开关驱动途径或驱动支路的构件。

这种扭矩电机例如已由ETEL公司的公司文献“无电刷的扭矩电机”所公开。这种已知的扭矩电机工作在与直线驱动相同的物理基础上，只是这里平放的定子被绕成圆环形。一个扭矩电机是在高旋转矩上优化的伺服驱动装置；现代的实施方式是三相无电刷永磁激励同步电机。它们现在被用于机床结构中。至今还没有试图在多点开关中应用它或者使它在原理上可用于多点开关的驱动。

虽然过去已有如1967年DD-专利58131中所描述的尝试：即放弃上面所述的多点开关传统的驱动方式。其中存在一种解决方案：多点选择器由很多的液压操作的单个驱动模块构成，使得可以在各个绕组抽头之间-而不仅仅在相邻抽头之间-任意切换。然而这个液压方案由于其很高的工作风险-例如导线和密封的老化危险-而没有被实现。

对于开关设备通常都建议对它采用不同的驱动机构。例如EP996135涉及用于一个开关设备的磁行波场驱动器，WO 99/60591和WO 00/05735描述了步进电机方式的开关设备驱动。这些方案也不能直接用于多点开关，因为这些方案不允许跳动式的运动，并且对于实现动态过程，且在低温时是有问题的。

最后，WO 01/06528建议了一种用于开关设备的控制驱动装置，然而它同样也不适用于多点开关。

由于本发明应用至少一个扭矩电机在多点开关上，不再有进一步开发用于开关设备的驱动技术的所有麻烦。

根据本发明，一个这种扭矩电机可作为多点开关的一个构件设置在不同的安装地点上。它可以安装在变压器室的外部，以及安装在变压器之上或者变压器的侧面上。它也可以安装在变压器室的内部，并且在那里代替负载切换开关的力存储器、精密选择器驱动装置或预选器驱动装置或多个这样的构件组。

本发明应用一个或多个扭矩电机从而构成新的结构定位单元的方案具有许多优点。首先是既不需要联动器，也不需要单独的传动装置，这明显减少了元件数量。此外实现了紧凑的结构。通过小的弹性得到高的刚度，以及通过小的质量和小的惯性得到了高的动态特性，同时可以实现跳动式运动，并从而不再需要传统的力存储器。最后，通过适当的控制，每个任意的开关步骤可不依赖于特别有效的反力矩而终止，从而可以例如进一步排除温度影响。

附图说明

下面借助于简要示图举例详细说明本发明。

附图中：

图1至3简要示出电阻快速开关类型的现有多点开关的已说明过的驱动途径，

图4a，4b和5a，5b简要示出在这种形式的负载多点开关中按照本发明应用至少一个扭矩电机的可能方案，

图6a，6b简要示出在这种形式的负载选择器中按照本发明应用至少一个扭矩电机的可能方案，

图7和8简要示出电抗开关类型的现有多点开关的已说明过的驱动途径，

图9a，9b，10a，10b和11a，11b简要示出在这种类型的第一多点开关中按照本发明应用至少一个扭矩电机的可能方案，

图12a，12b简要示出在这种类型的第二多点开关中按照本发明应用至少一个扭矩电机的可能方案。

具体实施方式

在下面的简要示图中分别包含一个扭矩电机的本发明所述构件组被称为“定位单元”并涂成灰色。相应框中的斜体字是相应扭矩电机，即相应定位单元所执行的具体功能。

图4a中示出一个在变压器外面的多点开关的结构，根据本发明，一个扭矩电机取代了目前所采用的电机和后接的传动装置，并且直接作用于负载切换器的力存储器、精密选择器或预选器的马尔他传动装置上。图下方简要示出本发明的另一实施方式，其中扭矩电机还如此代替现有技术至今使用的力存储器和相应的传动装置：这种新的具有扭矩电机的定位单元直接作用在精密选择器的马尔他传动装置上以及必要时作用在预选器的马尔他传动装置上，并且还直接操作负载切换器。这个第二实施方式也可以整个安装在变压器内部，如图4b所示那样。

图5a和5b简要示出本发明的其它实施方式。图5a示出在变压器外面的多点开关的结构，其中第一扭矩电机(左定位单元)按照本发明直接操作负载切换器，它也使得不再需要目前所使用的力存储器；另一个扭矩电机(右定位单元)直接操作精密选择器的马尔他传动装置以及必要时操作预选器的马尔他传动装置。与图4a和4b所示实施方式相反，图4a和4b中分别只有单个扭矩电机，这里有多个具有扭矩电机的定位单元。图5a下方示出本发明的改进的实施方式，它总共有三个这种扭矩电机：第一个根据本发明的定位单元(左)直接操作负载切换器-避免了至今使用的力存储器，第二个定位单元(中间)直接操作精密选择器，以及第三个定位单元(右)直接操作预选器(如果它存在的话)。图5b示出本发明的这种实施方式在变压器内部的多点开关的结构。

在本发明框架内，也可以将负载切换器在空间上与精密选择器和必要时的预选器分开，即多点开关的两个构件组分开设置在不同位置上。此外，也可以分别借助于一个已知的步进电机驱动精密选择器和必要时的预选器。因为选择器缓慢而连续地***作，已知的步进电机的缺点在于其动态性能较差，这里不再详述。

图6a和6b以相同的简要示图形式示出负载选择器类型的多点开关情况下本发明可能的实施方式。图6a是变压器外面的多点开关结构，图6b是变压器内部的多点开关结构。上面的示图所示的实施方式中一个扭矩电机直接操作力存储器，它以已知方式跳动式旋转柱形开关装置，并且必要时还操作预选器。中间的示图所示实施方式中扭矩电机还承担目前所使用的力存储器的功能，并且直接跳动式旋转柱形开关装置。下面的示图示出具有两个分开的扭矩电机的实施方式，其中这种新型定位单元中的第一个定位单元直接跳动式旋转柱形开关装置，而第二个定位单元则单独操作已有的预选器。

图9a上半部示图示出变压器外面的多点开关结构，其中根据本发明，一个扭矩电机取代了至今使用的电机驱动装置，并且直接作用于驱动轴和换向传动装置上。驱动轴在其一侧操作在每一相中的预选器、精密选择器、旁路接点，并且通过力存储器(图中未示出)操作真空开关光电管。图9a下半部简要示出本发明的另一实施方式，其中在每一相中一个扭矩电机构成一个新的定位单元，该定位单元也包括至今使用的换向传动装置。图9b示出设置在变压器内部的多点开关的相应结构。

图10a和10b示出本发明的其它实施方式。图10a上半部示出：在每一相中第一扭矩电机借助于一个传动装置同时操作预选器和精密选择器，并且第二扭矩电机操作旁路接点以及通过可拉开的力存储器操作真空开关光电管。图10a下半部示出本发明另一实施方式，它在每一相中具有总共3个这种扭矩电机，它们与相应的传动装置一起构成独立的定位单元，并且直接作用在预选器或精密选择器上，或者不仅作用在旁通开关上也作用在真空开关光电管的力存储器上。图10b示出此实施方式在变压器内部的多级开关结构。

图11a和11b示出改进后的本发明实施方式。在此实施方式中，至今所使用的各个构件基础配置被分解为对被开关的相的配置。这里第一扭矩电机操作所有三相的预选器，第二扭矩电机操作所有三相的精密选择器，以及第三扭矩电机操作所有三相的旁路接点和力存储器，从而操作所有三相的真空开关光电管。

图12a和12b以相同的简示方式示出另一个已知的符合目的的多点开关中本发明可能的实施方式，其已知的驱动途径符合图8所示现有技术，并且已被说明。上面的示图所示实施方式中单个的扭矩电机分别通过中间传动装置操作预选器、精密选择器，并同时操作旁路接点并再次通过一个力存储器操作真空开关光电管。位于其下的中间的示图所示实施方式中，在每一相有两个这样的扭矩电机，其中一个扭矩电机操作预选器和精密选择器，另一个扭矩电机操作旁路接点和真空开关光电管的力存储器。下面的示图示出另一个方案，其中在每一相有三个扭矩电机，一个扭矩电机用于操作预选器，一个扭矩电机用于操作精密选择器，一个扭矩电机用于操作旁路接点和真空开关光电管的力存储器。这里也可以按相位方式分解结构，并且在图12a和12b所示的所有结构中对所有三相同时由单个所示构件进行的操作由分别的定位单元进行。图12a示出的是在变压器外面的多点开关的结构，而图12b示出在变压器内部的多点开关的结构。

Claims (16)

1.用于在按照电阻快速开关原理工作的分级变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它由用于功率无损耗地选择接下来应切换到其上的绕组抽头的一个精密选择器和一个预选器构成，它还包括一个负载切换器，该负载切换器用于实现接着将至少一个转接电阻从先前的绕组抽头短时间转接到预选的绕组抽头上的快速切换，并且不仅是精密选择器和预选器，而且负载切换器在每次切换时都能够由一个驱动装置操作，其特征在于，设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

2.如权利要求1所述的多点开关，其特征在于，所述至少一个扭矩电机不仅操作负载切换器的已知的力存储器，而且还操作精密选择器和预选器。

3.如权利要求1所述的多点开关，其特征在于，所述至少一个扭矩电机不仅直接操作负载切换器，而且还操作精密选择器和预选器。

4.如权利要求1所述的多点开关，其特征在于，至少一个第一扭矩电机直接操作负载切换器的已知的力存储器，并且至少一个第二扭矩电机操作精密选择器和预选器。

5.如权利要求1所述的多点开关，其特征在于，至少一个第一扭矩电机直接操作负载切换器，至少一个第二扭矩电机直接操作精密选择器，并且至少一个第三扭矩电机操作预选器。

6.用于在按照电阻快速开关原理工作的分级变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它由一个负载选择器构成，此负载选择器用于同时选择应切换到其上的绕组抽头，并用于实现将至少一个转接电阻从先前的绕组抽头短时间内转接到预选的绕组抽头的快速切换，其中一个可跳动式操作的开关元件用于切换，其特征在于，设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

7.如权利要求6所述的多点开关，其特征在于，所述至少一个扭矩电机直接操作一个已知的力存储器，此力存储器通过已知的方式跳动式移动开关件，并且操作预选器。

8.如权利要求6所述的多点开关，其特征在于，所述至少一个扭矩电机直接跳动式移动开关件，并且操作预选器。

9.如权利要求6所述的多点开关，其特征在于，至少一个第一扭矩电机直接跳动式移动开关件，并且至少一个第二扭矩电机操作预选器。

10.如权利要求1至5中任一项所述的多点开关，其特征在于，一方面负载切换器、另一方面精密选择器和预选器在空间上分开设置，并且/或者精密选择器和预选器能够分别由至少一个步进电机驱动。

11.用于在按照电抗开关原理工作的分极变压器的不同绕组抽头之间进行不中断切换的多点开关，它包括一个具有两个负载臂的精密选择器，在每个被切换的相中一个真空开关光电管被设置在两臂之间，包括一个预选器，且包括一个旁路接点，此接点分别跨接真空开关光电管，并且通过此接点能够在其一侧使两个负载臂的至少一个与负载端子相连接，还包括一个力存储器，此力存储器操作相应的真空开关光电管，其中存在单个的驱动装置，它借助于不同的传动装置并通过传动轴操作上述所有构件，其特征在于，设置了至少一个设计成三相永磁激励无电刷同步电机的扭矩电机作为驱动装置。

12.如权利要求11所述的多点开关，其特征在于，所述至少一个扭矩电机操作所有的传动轴。

13.如权利要求11所述的多点开关，其特征在于，设置了三个分开的扭矩电机，并且这三个扭矩电机中的每一个分别操作一个相的构件，即预选器、精密选择器、旁路接点和相应真空开关光电管的力存储器。

14.如权利要求11所述的多点开关，其特征在于，对于每一相设置有两个独立的扭矩电机，其中一个扭矩电机操作预选器和精密选择器，另一个扭矩电机操作旁路接点和真空开关光电管的力存储器。

15.如权利要求11所述的多点开关，其特征在于，对于每一相设置有三个独立的扭矩电机，其中一个扭矩电机操作预选器，一个扭矩电机操作精密选择器，一个扭矩电机操作旁路接点和真空开关光电管的力存储器。

16.如权利要求11所述的多点开关，其特征在于，设置了三个独立的扭矩电机，其中一个扭矩电机操作所有三相的预选器，另一个扭矩电机操作所有三相的精密选择器，第三个扭矩电机操作所有三相的旁路接点和真空开关光电管的力存储器。

Images