CN115735254A - 有载分接开关和用于操纵有载分接开关的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有载分接开关(10),所述有载分接开关用于在分接变压器(20)的绕组抽头(N1,...,NJ,...,NN)之间进行无中断切换,包括:负载切换开关(40),用于实施从有载分接开关(10)的第一固定触点(11)到第二固定触点(12)的切换;用于无功地预选固定触点(11、12)的选择器(30);第一控制单元(14);其中,负载切换开关(40)为了进行切换而具有多个半导体开关元件(47、48)和多个机械开关元件(43、44),选择器(30)具有第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32),其能彼此独立地操纵并且能接触所述固定触点中的每个固定触点,第一控制单元(14)设置用于,触发切换命令并且借助于马达驱动装置(13)操纵第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32)和所述多个机械开关元件(43、44),有载分接开关(10)包括第二控制单元(15),所述第二控制单元设置用于操纵所述多个半导体开关元件(47、48),在切换期间,第一控制单元(14)根据第二控制单元(14)操纵马达驱动装置(13)。

Description

有载分接开关和用于操纵有载分接开关的方法
技术领域
本发明涉及一种用于在负载下在分接变压器的绕组抽头之间进行无中断切换的有载分接开关。
背景技术
有载分接开关由机械分接选择器和负载切换开关组成,所述分接选择器用于无功地预选要切换到的相应绕组抽头,所述负载切换开关带有半导体开关元件作为开关器件,以用于在负载下真正无中断地从目前的绕组抽头切换到预先选择的新绕组抽头上。
这种类型的有载分接开关一般也称为混合分接开关,因为其除了电子功率开关器件之外还具有机械触点。
这种混合分接开关从EP2319058B1中已知。所述混合分接开关具有两个负载支路,所述负载支路通过一个机械开关以及由两个反向连接的IGBT组成的与所述机械开关串联设置的串联电路分别将一个绕组抽头与一个共同的负载相连接。与每个IGBT并联地设置有一个二极管。与每个单独的IGBT并联地又分别设置有一个压敏电阻。在固定运行中,每个负载支路都与一个机械的长期主触点桥接。两侧的IGBT由一个共同的IGBT驱动器驱控。这种解决方案的缺点在于,分接开关不具有监控功能,因此机械开关触点仅在已确保半导体开关元件的功能性的情况下才***纵。如果一侧的IGBT未被察觉地发生故障而并且切换过程继续进行,则会发生分接短路,这对分接开关和分接变压器具有严重的破坏性后果。
发明内容
因此,本发明的目的是为混合式有载分接开关给出一种改进的方案,通过所述改进的方案能实现混合式有载分接开关的无故障且可靠的运行。
所述目的通过独立权利要求的主题来解决。进一步的实施方式是从属权利要求的主题。
改进的方案基于如下构思:为半导体开关元件设置自身的控制单元,所述控制单元与另一个控制单元配合作用,使得根据半导体开关元件的功能性来操纵机械开关触点,所述另一个控制单元借助于马达驱动装置来操纵机械开关触点。
根据改进方案的第一方面,给出一种有载分接开关,所述有载分接开关用于在分接变压器的绕组抽头之间进行无中断切换。所述有载分接开关包括:负载切换开关,用于实施从有载分接开关的第一固定触点到第二固定触点的切换;选择器,用于在负载下进行实际切换之前无功地预选固定触点;第一控制单元;和第二控制单元。负载切换开关为了进行切换而具有多个半导体开关元件和多个机械开关元件。选择器具有第一选择器臂和第二选择器臂,所述第一选择器臂和第二选择器臂能彼此独立地操纵并且能接触所述固定触点中的每个固定触点。每个固定触点都与分接变压器的一个绕组抽头电连接。固定触点的总数量取决于绕组抽头的数量。
第一控制单元设置用于,触发切换命令并且根据所述切换命令借助于马达驱动装置操纵第一选择器臂、第二选择器臂和所述多个机械开关元件。第二控制单元设置用于操纵所述多个半导体开关元件。在有载分接开关的切换过程期间,第一控制单元根据第二控制单元操纵马达驱动装置。
由此确保,在有载分接开关中的切换过程和对机械开关元件的操纵仅在半导体开关元件已被正常地操纵并且因此不存在分接短路的风险时才继续进行或执行。
马达驱动装置可以构造为直流电机、无刷直流电机、伺服电机、尤其是力矩电机。马达驱动装置优选构造为步进电机。
根据至少一种实施方式,有载分接开关包括:用于测量第一测量值的第一传感器,所述第一测量值代表在第一半导体开关元件上的电压;以及用于测量第二测量值的第二传感器,所述第二测量值代表在第二半导体开关元件上的电压降。
第一传感器被设置用于将第一测量值传输给第二控制单元。第二传感器设置用于将第二测量值传输给第二控制单元。第二控制单元又设置用于,根据第一和/或第二测量值来向第一控制单元传输状态消息。
根据至少一种实施方式,第二控制单元设置用于传输状态消息“错误”或状态消息“OK”。状态消息“错误”表示半导体开关元件的接通或断开过程不成功,例如因为半导体开关元件损坏。状态消息“OK”表示半导体开关元件的接通或断开过程已无错误地进行。
第二控制单元设置用于,在如下情况下向第一控制单元传输状态消息“错误”:
-第一传感器传输如下测量值,所述测量值在预定时间内超过预先确定的第一界限值;
-第一传感器传输如下测量值,所述测量值在预定时间内未超过预先确定的第二界限值;
-第二传感器传输如下测量值,所述测量值在预定时间内未超过预先确定的第三界限值;
-第一和/或第二传感器在预定时间内未传输测量值。
否则,第二控制单元发送状态消息“OK”。
所述第一界限值优选在2至10伏特之间,第一界限值特别优选为5伏特。
所述第二界限值优选在40至80伏特之间,第二界限值特别优选为50伏特。
第三界限值优选在40至80伏特之间,第三界限值特别优选为50伏特。
优选地,第二控制单元构造为微控制器并且设置用于,经由模拟输入和/或借助于比较器来记录和评估测量值并且据此输出状态消息。
优选地,第一控制单元也构造为微控制器。
优选地,第一和第二传感器构造为具有两个欧姆电阻的分压器。
根据至少一种实施方式,第一控制单元设置用于,从第二控制单元接收状态消息,并且根据所述状态消息以及根据在切换过程内所述状态消息到达的时间点,使马达驱动装置移动回到起始位置或继续进行切换。后者具体是指,在切换的进一步进程中,借助于马达驱动装置例如通过共同的驱动轴来操纵负载切换开关的机械开关元件和第一和/或第二选择器触点。
优选地,所述第一控制单元设置用于,在如下情况下使马达驱动装置移动回到起始位置:
-第一传感器传输如下测量值给第二控制单元,所述测量值在预定时间内超过所述第一界限值;
-第一传感器传输如下测量值给第二控制单元,所述测量值在预定时间内未超过所述第二界限值;
-第一传感器在预定时间内未传输测量值给第二控制单元。
优选地,第二控制单元还设置用于,在如下情况下操纵马达驱动装置并且继续进行切换:
-第二传感器传输如下测量值给第二控制单元,所述测量值在预定时间内未超过所述第三界限值;
-第二传感器在预定时间内未传输测量值给第二控制单元。
根据至少一种实施方式,所述状态消息从第二控制单元向第一控制单元的传输可以经由光导体进行或无线地经由蓝牙或无线电进行。光导体可以注入到塑料中、例如驱动轴中,或者光导体可以单独地没有护套地构造。
根据至少一种另外的实施方式,有载分接开关包括用于测量至少一个第三测量值的第三传感器,所述第三测量值表示在半导体开关元件上的电流在时间上的变化曲线。第三传感器构造为电流传感器、特别是交流电传感器。
第三传感器设置用于将第三测量值传输给第二控制单元。第二控制单元还设置用于,根据所述第三测量值切断半导体开关元件。根据第三测量值在这里具体意味着,根据流过半导体开关元件的电流在时间上的变化曲线。优选地,在电流过零(Strom-Nulldurchgang)中进行切断。
根据至少一种优选实施方式,负载切换开关具有:第一主支路,所述第一主支路经由第一机械开关元件将第一选择器臂与负载引线连接;第二主支路,所述第二主支路经由第二机械开关元件将第二选择器臂与负载引线连接;以及具有第一半导体开关元件的第一辅助支路,所述第一辅助支路与第一主支路并联构造;和具有第二半导体开关元件的第一辅助支路,所述第二辅助支路与第二主支路并联构造。
优选地,机械开关元件构造为长期主触点。
根据至少一种实施方式,与所述第一和/或第二辅助支路并联地或与第一和/或第二半导体开关元件并联地布置有与电压相关的电阻。优选地,与电压相关的电阻构造为压敏电阻。
根据至少一种另外的实施方式,有载分接开关构造为,使得在进行切换时在操纵第一选择器臂和/或第二选择器臂时,没有半导体开关元件被激活。
根据至少一种另外的实施方式,有载分接开关构造为,使得在进行切换时在操纵半导体开关元件时,第一选择器臂和第二选择器臂接触不同的固定触点。
根据至少一种实施方式,第二控制单元具有蓄能器,当第一选择器臂和第二选择器臂接触不同的相邻的固定触点时,该蓄能器被充电。充电通过施加在所述位置中的第一选择器臂与第二选择器臂之间的分接电压进行。蓄能器提供操纵半导体开关元件和将状态消息从第二控制单元传输给第一控制单元所需的能量。因此,第二控制单元以及因此还有半导体开关元件借助所施加的分接电压独立地运行。因此不需要来自外部的、例如通过第一控制单元的附加的能量供应。
蓄能器优选由电容器构成并且因此具有高的耐高温性。因为所述蓄能器在操纵第二控制单元和半导体开关元件时被持续充电,故所述蓄能器只需要吸收出现的负载峰。优选使用具有极宽输入电压范围的开关电源来为蓄能器充电,所述开关电源即使在低的分接电压下仍能起作用。
优选地,第二控制单元设置用于通过在模拟输入端中的一个模拟输入端上测量电压来监控对蓄能器的充电,并且在蓄能器完全充电时将状态消息“OK”传输给第一控制单元。优选地,第一控制单元设置用于,如果所述状态消息在预定时间内没有到达,则使马达驱动装置移动回到起始位置。
根据至少一种实施方式,所述半导体开关元件构造为IGBT开关元件和/或晶闸管和/或JFET开关元件和/或MOSFET开关元件和/或集成门极换流晶闸管(IGCT)。优选地,半导体开关元件分别构造为一个具有在桥接电路中的二极管的IGBT、特别优选地构造为具有在Graetz电路中的二极管的IGBT。
根据至少一种实施方式,所述第一控制单元能关于有载分接开关的纵轴线L布置在马达驱动装置之上,并且所述第二控制单元能关于有载分接开关的纵轴线L布置在负载切换开关之下。
第一控制单元优选布置在分接变压器的壳体之外。马达驱动装置和/或半导体开关元件和/或第二控制单元可以布置在变压器壳体之外或之内。
根据至少一种另外的实施方式,有载分接开关对于分接变压器的要控制的第二和第三相附加地包括:第二和第三负载切换开关;第二和第三选择器;第二和第三第二控制单元。每个负载切换开关的所述多个半导体开关元件分别与一个第二控制单元相配设。第一控制单元设置用于,触发切换命令并且借助于至少一个马达驱动装置操纵每个选择器的第一选择器臂和第二选择器臂和每个负载切换开关的所述多个机械开关元件。每个第二控制单元设置用于,操纵与该第二控制单元相配设的所述多个半导体开关元件。在此,在切换期间,第一控制单元根据每个第二控制单元操纵马达驱动装置。
根据至少一种另外的实施方式,有载分接开关对于分接变压器的要控制的第二和第三相附加地包括:第二和第三马达驱动装置、第二和第三负载切换开关、第二和第三选择器,以及第二和第三第二控制单元。每个马达驱动装置分别与一个选择器、即第一选择器臂和第二选择器臂相配设、以及分别与负载切换开关的相应的多个机械开关元件相配设以进行操纵。所述配设是机械的、例如通过驱动轴和传动装置进行配设。每个负载切换开关的所述多个半导体开关元件分别与一个第二控制单元相配设。第一控制单元设置用于,触发切换命令并且操纵每个马达驱动装置,并且因此也操控分别相配设的第一选择器臂和第二选择器臂以及分别相配设的所述多个机械开关元件。每个第二控制单元设置用于,操纵与该第二控制单元相配设的所述多个半导体开关元件。在此,第一控制单元在切换期间根据每个第二控制单元来操纵每个马达驱动装置。
根据改进方案的第二方面,给出一种用于操纵有载分接开关的方法,所述有载分接开关根据改进方案的第一方面构造。
关于该方法,类似地参考前面已经针对改进方案的第一方面或所属的有利实施方式中任一项所阐述的说明、优选特征和/或优点。
所述方法包括以下步骤:
-借助于第一控制单元产生用于从有载分接开关的第一固定触点切换到第二固定触点的切换命令;
-借助于马达驱动装置并且根据第一控制单元来操纵一个或多个机械开关元件、第一选择器臂和第二选择器臂;
-借助于第二控制单元操纵一个或多个半导体开关元件;
-其中,借助于第一控制单元在切换期间根据第二控制单元进行对马达驱动装置的操纵。
根据至少一种实施方式,在操纵第一选择器臂(31)和/或第二选择器臂期间,不激活半导体开关元件。
根据至少一种实施方式,所述方法包括如下进一步的步骤:
-测量至少一个第一测量值,所述第一测量值代表在第一半导体开关元件上的电压降,并且借助于第一传感器将第一测量值传输给第二控制单元;
-测量至少一个第二测量值,所述第二测量值代表在第二半导体开关元件上的电压降,并且借助于第二传感器将第二测量值传输给第二控制单元;
-借助于第二控制单元根据第一测量值和/或第二测量值向第一控制单元传输状态消息;
-借助于第一控制单元根据状态消息操纵马达驱动装置。
根据至少一种另外的实施方式,在产生切换命令之后对机械开关元件、选择器臂和半导体开关元件的操纵包括以下步骤:
-借助于电机驱动装置断开第二机械开关元件并将第二选择器臂切换到第二固定触点;
-为第二控制单元的蓄能器充电;
-借助于第二控制单元接通第一半导体开关元件;
-借助于马达驱动装置断开第一机械开关元件;
-借助于第二控制单元切断第一半导体开关元件;
-借助于第二控制单元接通第二半导体开关元件;
-借助于马达驱动装置闭合第二机械开关元件;
-借助于第二控制单元切断第二半导体开关元件;
-将第一选择器臂从第一固定触点切换到第二固定触点;
-闭合第一机械开关元件。
根据至少一种另外的实施方式,所述第一半导体开关元件的切断根据电流在时间上的变化曲线进行。优选地在电流过零中进行所述切断。
根据至少一种另外的实施方式,在接通第二半导体元件之后,与第二控制单元状态消息无关地在任何情况下都继续进行切换。
所述方法的设计方案和实施直接由分接开关的不同设计方案产生。特别地,可以相应地实施关于分接开关描述的部件和/或布置结构中的一个或多个以用于实施所述方法。
附图说明
下面参考附图借助于示例性的实施方式详细解释本发明。相同或功能相同或具有相同效果的部件可以设置有相同的附图标记。相同的部件或具有相同功能的部件在一些情况下仅关于其首次出现的附图进行说明。在后续的附图中不必重复解释。
图中:
图1以示意图示出有载分接开关的一种示例性的实施方式;
图2示出根据改进方案的有载分接开关的示例性实施方式在分接变压器中的示例性的示意性布置结构;
图3示出根据改进方案的有载分接开关的示例性实施方式的示意图;
图4a至图4m示出图3的有载分接开关的示例性开关流程;
图5示出根据改进方案的有载分接开关的另一种示例性实施方式在分接变压器中的示例性的示意性布置结构。
具体实施方式
附图仅示出本发明的实施例,而不是将本发明限制于所示出的实施例。
在图1中示意性地示出用于分接变压器20的有载分接开关10的示例性实施方式。分接变压器20具有主绕组21和控制绕组22,控制绕组具有不同的绕组抽头N1,...,NJ,...,NN,所述绕组抽头通过有载分接开关10接通或断开。为此,有载分接开关10包括:选择器11,所述选择器可以借助于两个可移动的选择器触点接触控制绕组22的不同绕组抽头N1,...,NJ,...,NN;以及负载切换开关12,负载切换开关实施从当前连接的绕组抽头到预选的新绕组抽头的实际负载切换。负载电流从当前连接的绕组抽头NJ或NJ+1经由相应的选择器触点和负载切换开关40流向负载引线17。
图2示出根据改进方案的有载分接开关的示例性实施方式在分接变压器中的示例性的示意性布置结构。
有载分接开关10具有用于无功地预选固定触点的选择器11(未示出)、用于借助于多个机械开关元件和半导体开关元件实施实际的负载切换的负载切换开关12(未示出)、马达驱动装置13、第一控制单元14和第二控制单元15。此外,有载分接开关10具有三个布置在负载切换开关40中的传感器。两个传感器51和52是电压传感器并且构造用于,将表示在半导体开关元件上的电压降的测量值M1和M2传输给第二控制单元15。第三传感器53是电流传感器并且构造用于,将表示在半导体开关元件上的电流在时间上的变化曲线的第三测量值M3传输给第二控制单元15。此外,第二控制单元15包括蓄能器18,所述蓄能器直接设置在第二控制单元15上。在该示例中,第一控制单元14关于有载分接开关10的纵轴线L布置在马达驱动装置13之上并且布置在分接变压器20之外。有载分接开关10的其余部分布置在分接变压器20之内,其中,第二控制单元15和能量存储装置18关于纵轴线L布置在负载切换开关40之下。
图3示出根据改进方案的有载分接开关的示例性实施方式的示意图。
根据改进方案,有载分接开关10包括至少一个第一固定触点11和第二固定触点12,所述至少一个第一固定触点和第二固定触点可以分别与分接变压器20的控制绕组22的一个绕组抽头连接。固定触点的总数取决于绕组抽头的数量。每个固定触点11、12具有第一接触面和第二接触面。此外,有载分接开关10包括具有第一选择器臂31和第二选择器臂32的选择器,所述第一选择器臂和所述第二选择器臂可以彼此独立地操纵并且可以接触固定触点中的每个固定触点。在此,第一可动触点31可以接触固定触点11、12的第一接触面,但不能接触第二接触面。相应地,第二可动触点32可以接触固定触点11、12的第二接触面,但不能接触第一接触面。图3示出负载分接开关的示例性实施方式的示意图,特别是,接触面的彼此对置的布置结构不是强制必须的。
有载分接开关10还包括用于在预选的固定触点11、12之间实施实际的负载切换的负载切换开关40。负载切换开关40具有总共四个电流支路。第一主支路41通过第一机械开关元件43将第一选择器臂31与负载引线17连接。第二主支路42通过第二机械开关元件44将第二选择器臂32与负载引线17连接。与第一主支路41并联地设置有具有第一半导体开关元件47的第一辅助支路45,并且与第二主支路42并联地设置有具有第二半导体开关元件48的第二辅助支路46。此外,与第一和第二辅助支路45、46并联地分别设置有一个压敏电阻49。
构造为电压传感器的第一传感器51与第一机械开关元件43并联布置。相应地,也构造为电压传感器的第二传感器52与第二机械开关元件44并联布置。构造为电流传感器的第三传感器53布置在共同的引线中。
为了操纵有载分接开关10设有两个控制单元。第一控制单元14设置用于,触发切换命令并且借助于马达驱动装置(未示出)操纵第一选择器臂31、第二选择器臂32以及第一和第二机械开关元件43、44。触发切换命令以将分接变压器20的初级电压或次级电压保持在预定的电压带中。为此目的,例如设置有电压调节器50,所述电压调节器对保持在预定的电压带中进行监控。此外,有载分接开关10的第二控制单元15设置用于操纵第一和第二半导体开关元件47、48。为此,第二控制单元15包括蓄能器(未示出),该蓄能器通过在第一选择器臂31和第二选择器臂32与不同的相邻的固定触点11接触时出现的在所述第一选择器臂与第二选择器臂之间的电压差来充电。第一控制单元14从第二控制单元15接收状态消息S,所述第一控制单元14根据所述控制报告来操纵马达驱动装置(未示出)。
在图3的示图中,有载分接开关10处于静止位置。第一和第二选择器臂31、32都位于固定触点11上,从而第二控制单元15断电并且因此半导体开关元件45和46去激活。负载电流IL等量地从接触的固定触点11经由这两个选择器臂31、32、第一和第二主支路41、42以及闭合的机械开关元件43和44流向负载引线17。
图4a至图4m示出图3的有载分接开关的示例性切换流程。
在第一控制单元14已经产生切换命令之后,操纵马达驱动装置并且由此首先断开第二机械触点44(图4a)。
随后,将第二选择器臂32从第一固定触点11移动到第二固定触点12(图4b)。
在图4c中,所述两个选择器臂31、32现在位于不同的固定触点11、12上并且马达驱动装置13停止。蓄能器(未示出)现在通过分接电压USP充电并且因此为第二控制单元15供能以用于操纵半导体开关元件45和46。在蓄能器充电之后,第二控制单元15向第一控制单元14发送状态消息S“OK”。如果该信号没有在预定的时间、例如50毫秒内到达,则第一控制单元14促使电机驱动装置13移动回到起始位置。
如果开关过程继续正常进行,则在如图4d所示的下一步骤中,由第二控制单元15接通第一半导体开关元件47。此时没有值得一提的电流流过所述第一半导体开关元件,因为第一半导体开关元件47的通过电阻明显大于第一机械开关元件43的通过电阻。
同时,第一控制单元14再次操纵马达驱动装置13并且然后断开第一机械开关触点43(图4e和图4f)。然后,马达驱动装置13再次停止。
图4d至图4f所示的步骤由第二控制单元15借助于第一电压传感器51监控。第一电压传感器51测量在第一半导体开关元件47上下降的电压并将该第一测量值M1传输给第二控制单元15。如果负载电流流过第一半导体开关元件47,则所述电压只有几伏特、例如最大5伏。在这种情况下,第二控制单元16向第一控制单元14传输状态消息S“OK”并且切换过程继续正常进行。而如果第一半导体开关元件47损坏,则当第一机械开关触点43断开时产生电弧。则所述电压将高多倍并例如为20伏。在这种情况下,第二控制单元16向第一控制单元14发送状态消息S“错误”,于是第一控制单元14促使马达驱动装置13移动回到起始位置。
如果开关过程继续正常进行,则在下一步骤(图4g)中,由第二控制单元15借助于电流传感器53来监控在第一半导体开关元件47上的电流在时间上的变化曲线。在电流过零中关断第一半导体开关元件47(图4g)。
第一半导体开关元件47的关断过程由第二控制单元15借助于第一电压传感器51监控。如果第一半导体开关元件47已正常地关断,则负载电流继续流经分别与半导体开关元件47和48并联布置的压敏电阻49,如图4h所示。由此,在第一半导体开关元件47上的电压降强烈上升,具体而言,达到压敏电阻的数百伏特的正向电压。第二控制单元15监控:所述电压是否在确定的时间内超过限定的阈值、例如50V的阈值。如果情况为是,则第二控制单元15将状态消息S“OK”传输给第一控制单元14,并且切换过程继续正常进行。否则,如果电压保持在确定的界限值之下,则这表明第一半导体开关元件47关断失效,并且第二控制单元16向第一控制单元14发送状态消息S“错误”,随后,第一控制单元14促使马达驱动装置13移动回到起始位置。
如果第一半导体开关元件47的关断过程成功,则通过第二控制单元15立即接通第二半导体开关元件48。
该步骤也由第二控制单元15监控,其方式为,借助于第二电压传感器52测量在第二半导体开关元件48上的电压降。如果电压下降到第二半导体开关元件48的几伏特高的正向电压,则接通成功并且负载电流流过第二辅助支路46,如图4i所示。第二控制单元15监控在第二半导体开关元件48上下降的电压是否在确定时间内下降到限定的阈值、例如50V以下。如果情况为是,则第二控制单元15向第一控制单元14传输状态消息S“OK”,并且切换过程继续正常进行。如果情况为否,则第二控制单元15识别到错误并且向第一控制单元14发送状态消息S“错误”。然而从这个时间点起,切换过程不再中止,因为负载切换过程已经完成了一半,并且回到起始位置将需要更大的控制耗费。
因此,第一控制单元14促使马达驱动装置13继续运行以完成切换。在此首先将第二机械开关元件44闭合(图4j)。
随后,第二控制单元15切断第二半导体开关元件48(图4k)。这可以例如基于检测到由于第二机械开关元件44的闭合而引起的在第二半导体开关元件48上的电压降的下降来进行。然而,切断时间不是关键的,因为切断最晚发生在第二控制单元15不再被供电并且蓄能器的电压下降之后。
在下一步骤中,由于对马达驱动装置13的进一步操纵,第一选择器臂31从第一固定触点11移动到第二固定触点12(图4l)。
由此消除对第二控制单元14的供电。最后,在马达驱动装置13的运动的进一步进程中,第一机械开关元件43也再次闭合(图4m)。由此结束切换过程。有载分接开关10再次处于静止位置,其中,所述两个选择器臂31、32位于固定触点12上。
沿相反方向的切换过程类似地进行。
图5示出根据改进方案的有载分接开关的另一种示例性实施方式在分接变压器中的示例性的示意性布置结构。
在该实施方式中,有载分接开关10为了分接变压器20的要控制的第二相和第三相(未示出)附加地包括第二和第三马达驱动装置13、第二和第三负载切换开关40、第二和第三选择器30,以及分别具有一个蓄能器18的第二和第三第二控制单元15。每个马达驱动装置13与相应一个选择器40、即第一选择器臂和第二选择器臂(未示出),以及负载切换开关40的相应多个机械开关元件(未示出)相配设以用于致动。每个负载切换开关40的所述多个半导体开关元件(未示出)分别与一个第二控制单元15相配设。对于所有三个相设置有一个中央的第一控制单元14,所述第一控制单元构造用于触发切换命令并且根据相应的相所配设的相应的第二控制单元15来操纵每个马达驱动装置13。
可以从前述描述中理解本公开及其许多附带优点。此外,很明显,可以对部件的形式、构造和布置结构进行各种改变而不脱离所公开的主题或不放弃所有物质上的优点。所描述的实施方式仅是说明性的,并且这样的变化被所附权利要求所包含。还应当理解,本发明由所附权利要求限定。
附图标记列表
10 有载分接开关
11 第一固定触点
12 第二固定触点
13 马达驱动装置
14 第一控制单元
15 第二控制单元
16 第一固定触点
17 负载引线
18 蓄能器
20 分接变压器
21 主绕组
22 控制绕组
30 选择器
31 第一选择器臂
32 第二选择器臂
40 负载切换开关
41 第一主支路
42 第二主支路
43 第一机械开关元件
44 第二机械开关元件
45 第一辅助支路
46 第二辅助支路
47 第一半导体开关元件
48 第二半导体开关元件
49 与电压相关的电阻
50 电压调节器
51 第一传感器
52 第二传感器
53 第三传感器
(N1,....,NJ,....,NN) 绕组抽头
S 状态消息
M1 第一测量值
M2 第二测量值
M3 第三测量值
L 纵轴线

Claims (17)

1.一种有载分接开关(10),所述有载分接开关用于在分接变压器(20)的绕组抽头(N1,...,NJ,...,NN)之间进行无中断切换,所述有载分接开关包括:
负载切换开关(40),用于实施从有载分接开关(10)的第一固定触点(11)到第二固定触点(12)的切换;
用于无功地预选固定触点(11、12)的选择器(30);
第一控制单元(14);
其中,负载切换开关(40)为了进行切换而具有多个半导体开关元件(47、48)和多个机械开关元件(43、44),
选择器(30)具有第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32),所述第一选择器臂和第二选择器臂能彼此独立地操纵并且能接触所述固定触点中的每个固定触点,
第一控制单元(14)设置用于,触发切换命令并且借助于马达驱动装置(13)操纵第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32)和所述多个机械开关元件(43、44),
有载分接开关(10)包括第二控制单元(15),所述第二控制单元设置用于操纵所述多个半导体开关元件(47、48),
在切换期间,第一控制单元(14)根据第二控制单元(14)操纵马达驱动装置(13)。
2.根据前一项权利要求所述的有载分接开关(10),所述有载分接开关还包括:
用于测量第一测量值M1的第一传感器(51),所述第一测量值M1代表在第一半导体开关元件(47)上的电压降;
用于测量第二测量值M2的第二传感器(52),所述第二测量值M1代表在第二半导体开关元件(48)上的电压降;其中
第一传感器(51)设置用于,将第一测量值M1传输给第二控制单元(15),并且第二传感器(52)设置用于,将第二测量值M2传输给第二控制单元(15),第二控制单元(15)设置用于,根据第一测量值M1和/或第二测量值M2来向第一控制单元(14)传输状态消息S。
3.根据权利要求2所述的有载分接开关(10),其中,所述第一控制单元(14)设置用于,从第二控制单元(15)接收状态消息S,并且根据所述状态消息使马达驱动装置(13)移动回到起始位置或继续进行切换。
4.根据权利要求3所述的有载分接开关(10),其中,所述状态消息S的传输能经由光导体进行或无线地进行。
5.根据前述权利要求中任一项所述的有载分接开关(10),所述有载分接开关还包括用于测量至少一个第三测量值M3的第三传感器(53),所述第三测量值表示在半导体开关元件上的电流在时间上的变化曲线,其中,所述第三传感器(53)设置用于将第三测量值M3传输给第二控制单元(15),所述第二控制单元(15)还设置用于,根据所述第二测量值M2切断半导体开关元件(47、48)。
6.根据权利要求1所述的有载分接开关(10),其中,所述负载切换开关(40)具有:
第一主支路(41),所述第一主支路经由第一机械开关元件(43)将第一选择器臂(31)与负载引线(17)连接;
第二主支路(42),所述第二主支路经由第二机械开关元件(44)将第二选择器臂(32)与负载引线(17)连接;
具有第一半导体开关元件(47)的第一辅助支路(45),所述第一辅助支路与第一主支路(41)并联构造;
具有第二半导体开关元件(48)的第一辅助支路(46),所述第二辅助支路与第二主支路(42)并联构造。
7.根据权利要求6所述的有载分接开关(10),其中,与所述第一和/或第二辅助支路(45、46)并联地布置有与电压相关的电阻(49)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的有载分接开关(10),其中,所述第二控制单元(15)具有蓄能器(18),当第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32)接触不同的固定触点时对所述蓄能器充电。
9.根据前述权利要求中任一项所述的有载分接开关(10),其中,所述半导体开关元件(47、48)构造为IGBT开关元件和/或晶闸管。
10.根据前述权利要求中任一项所述的有载分接开关(10),其中,所述第一控制单元(15)能关于有载分接开关(10)的纵轴线L布置在马达驱动装置(13)之上,所述第二控制单元(15)能关于有载分接开关(10)的纵轴线L布置在负载切换开关(40)之下。
11.根据前述权利要求中任一项所述的有载分接开关(10),所述有载分接开关对于分接变压器(20)的要控制的第二和第三相包括:
第二和第三负载切换开关(40);
第二和第三选择器(30);
第二和第三第二控制单元(15);
其中,每个负载切换开关(40)的所述多个半导体开关元件(47、48)分别与一个第二控制单元(15)相配设,
第一控制单元(14)设置用于,触发切换命令并且借助于至少一个马达驱动装置(13)操纵每个选择器(30)的第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32)和每个负载切换开关(40)的所述多个机械开关元件(43、44),
每个第二控制单元(15)设置用于,操纵与该第二控制单元相配设的所述多个半导体开关元件(47、48),
在切换期间,第一控制单元(14)根据每个第二控制单元(15)操纵所述至少一个马达驱动装置(13)。
12.一种用于操纵有载分接开关(10)的方法,所述有载分接开关特别是根据前述权利要求1至11中的任一项构造,所述方法包括以下步骤:
借助于第一控制单元(14)产生用于从有载分接开关(10)的第一固定触点(11)切换到第二固定触点(12)的切换命令;
借助于马达驱动装置(13)并且根据第一控制单元(14)来操纵一个或多个机械开关元件(43、44)、第一选择器臂(31)和第二选择器臂(32);
借助于第二控制单元(15)操纵一个或多个半导体开关元件(47、48);
其中,借助于第一控制单元(14)在切换期间根据第二控制单元(15)进行对马达驱动装置(13)的操纵。
13.根据前述权利要求所述的方法,其中,在操纵第一选择器臂(31)和/或第二选择器臂(32)期间,不激活半导体开关元件(47、48)。
14.根据权利要求12所述的方法,所述方法包括如下进一步的步骤:
测量至少一个第一测量值M1,所述第一测量值代表在第一半导体开关元件(47)上的电压降,并且借助于第一传感器(51)将第一测量值M1传输给第二控制单元(15);
测量至少一个第二测量值M2,所述第二测量值代表在第二半导体开关元件(48)上的电压降,并且借助于第二传感器(52)将第二测量值M2传输给第二控制单元(15);
借助于第二控制单元(15)根据第一测量值M1和/或第二测量值M2向第一控制单元(14)传输状态消息S;
借助于第一控制单元(14)根据状态消息S操纵马达驱动装置(13)。
15.根据权利要求12所述的方法,其中,在产生切换命令之后对机械开关元件(43、44)、选择器臂(31、32)和半导体开关元件(47、48)的操纵包括以下步骤:
借助于电机驱动装置(13)断开第二机械开关元件(44)并将第二选择器臂(32)切换到第二固定触点(12);
为第二控制单元(15)的蓄能器(18)充电;
借助于第二控制单元(15)接通第一半导体开关元件(47);
借助于马达驱动装置(13)断开第一机械开关元件(43);
借助于第二控制单元(15)切断第一半导体开关元件(47);
借助于第二控制单元(15)接通第二半导体开关元件(48);
借助于马达驱动装置(13)闭合第二机械开关元件(44);
借助于第二控制单元(15)切断第二半导体开关元件(48);
将第一选择器臂(31)从第一固定触点(11)切换到第二固定触点(12);
闭合第一机械开关元件(43)。
16.根据权利要求15所述的方法,其中,所述第一半导体开关元件(47)的切断根据电流在时间上的变化曲线进行。
17.根据权利要求15所述的方法,其中,在接通第二半导体元件(48)之后,与第二控制单元(15)状态消息S无关地在任何情况下都继续进行切换。
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