EP2319059A1 - Stufenschalter mit halbleiter-schaltelementen - Google Patents

Stufenschalter mit halbleiter-schaltelementen

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EP2319059A1
EP2319059A1 EP08785705A EP08785705A EP2319059A1 EP 2319059 A1 EP2319059 A1 EP 2319059A1 EP 08785705 A EP08785705 A EP 08785705A EP 08785705 A EP08785705 A EP 08785705A EP 2319059 A1 EP2319059 A1 EP 2319059A1
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EP
European Patent Office
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parallel
igbt
varistor
load
igbts
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EP08785705A
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English (en)
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EP2319059B1 (de
Inventor
Oliver Brueckl
Dieter Dohnal
Hans-Henning Lessmann-Mieske
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Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
Original Assignee
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Maschinenfabrik Reinhausen Gebrueder Scheubeck GmbH and Co KG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F29/00Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00
    • H01F29/02Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings
    • H01F29/04Variable transformers or inductances not covered by group H01F21/00 with tappings on coil or winding; with provision for rearrangement or interconnection of windings having provision for tap-changing without interrupting the load current

Definitions

  • the invention relates to a tap changer with semiconductor switching elements for uninterrupted switching between winding taps of a tapped transformer.
  • a tap changer with semiconductor switching elements which is designed as a hybrid IGBT switch, is known from WO 01/22447.
  • the tap changer described there operates on the principle of a Lauflastschalters, which can be dispensed with a power storage. It has as a hybrid switch a mechanical part and an electrical part.
  • the mechanical part which is the actual subject of WO 01/22447, has mechanical switching contacts; the central part is a movable sliding contact, which is moved along a contact rail connected to the star point by means of a motor drive, thereby connecting fixed contact elements.
  • the actual load switching itself is done by two IGBT's with four diodes each in Griansscnies.
  • This known switching device operates on the principle of pulse width modulation; There is a limitation of the circulating current through the transient reactive reactance (TER) of the step winding.
  • TER transient reactive reactance
  • This known circuit arrangement and the underlying switching principle require a specific adaptation of the tap changer to the respective tap transformer, which is to be connected. In other words: tapped transformer and tap changer are coordinated and act together electrically.
  • This known switching device is thus not as a separate, universally applicable device to produce.
  • various circuit arrangements for a tap changer which contain variously connected varistors.
  • varistors are connected in parallel to the respective switching elements and serve for voltage distribution.
  • the object of the invention is to provide a tap changer of the type mentioned, which is simple in construction, has a high reliability and in which it is not necessary to have to switch only exactly at the zero crossing of the load current. Furthermore, it is an object of the invention to provide such a tap changer, which does not need to be specially adapted to the respective rated load current and the respective windings of the stage transformer to be connected, but quasi "off the shelf" can be connected as a functional device to a variety of tapped transformers. This object is achieved by a tap changer having the features of the first claim.
  • the subclaims relate to particularly advantageous developments of the invention.
  • the invention is based on two switching units, each switching unit each consisting of two associated, antiparallel IGBT's. Each individual IGBT is assigned a parallel connected varistor.
  • the varistor is dimensioned such that the varistor voltage is less than the maximum blocking voltage of the respective parallel IGBT, but greater than the maximum instantaneous value of the step voltage.
  • the "hard-switching" of the IGBT reduces the turn-off power dissipated in the IGBT decisively and enables the switching concept of a tap changer (OLTC) switching at any arbitrary value of the instantaneous load current, without additional overshoot impedance in the OLTC, as described in detail below without the need to know the step-around leakage reactance, without the need to adapt the OLTC to the particular rated load current or step voltage, and without the need for ⁇ s accurate timing of the turn-off and take-over IGBT switching group.
  • OLTC tap changer
  • the function of the parallel to each IGBT varistor is another: After commutation of the impressed, driven by the mains load current from the disconnecting IGBT to the varallelitate varistor (small commutation), builds from the load current flowing varistor according to its IU characteristic a voltage which shows a relatively small dependence on the instantaneous value of the current and remains practically constant during the switching process of the OLTC.
  • the varistors are particularly advantageously dimensioned such that the varistor voltage, which results when loaded with the peak value of the maximum current, still has a sufficient safety margin to the maximum reverse voltage of the IGBTs.
  • the clamping voltage of the varistors (U Var at 1 mA) must be well above the peak value of the maximum step voltage so that the load current can commute from the disconnecting OLTC side over the step voltage to the side taking over the load current (large commutation circuit).
  • the difference .DELTA.U between instantaneous value of the voltage drop across the varistor and the instantaneous value of the step voltage causes the commutation of the load current via the stray inductance of the tap winding and the line inductances on the receiving side of the tap changer and determines the di / dt of the commutation process by the special dimensioning of the varistors.
  • dt ⁇ U / L K ⁇ m ) -
  • varistors are not used in the context of the present invention, as known in the art, for reducing transient overvoltages.
  • the varistors adopt the following functions, which are atypical of their type and not suggested by the prior art:
  • the invention results in a very simple and cost-effective dimensioning of power electronic switching groups, because the energy-absorbing volume in the case of the varistor is flexibly variable and unequal greater than the much smaller, more expensive and hardly variable in volume volume of the IGBT chip.
  • the provision of the required commutation voltage-time area by the varistors and the recording of the resulting loss energy also by the varistors results in a very large tolerance field with regard to the synchronization of the turn-off of the disabling IGBT group and the switch-on time of the acquiring IGBT group.
  • the invention has the following advantages:
  • FIG. 1 shows the circuit of a first tap changer according to the invention.
  • Figure 2 shows the circuit of a second, modified within the scope of the invention tap changer.
  • each of the two winding taps tap n and tap n + 1 via a mechanical switch DS 3 and DS b with a series circuit of two oppositely connected IGBTs I 3n and l ap on the side n and l bn and l bp on the side n + 1 connected to the tap changer lead.
  • Parallel to each of the two series-connected IGBTs la n and l ap of the one and l bn and l bp of the other side is in each case a diode d an , d ap and d bn , d bp connected.
  • the diodes of one side, ie d an and d ap and d bn and d bp are opposite to each other, ie connected in the opposite forward direction.
  • V an , V ap and V bn , V bp are respectively provided.
  • each bridging, permanent main contacts each side MC 3 or MC b are shown.
  • the IGBTs of both sides I 3n , l ap ; l bn , I b p are driven by a common, only schematically illustrated, known from the prior art IGBT driver.
  • the enable contacts DS 3 and DS b are closed.
  • ignition voltage is applied to the gates of the IGBTs I 3n and I ap .
  • these IGBTs receive a switch-off command and the IGBT group I b ⁇ / I bp simultaneously (at least in the standard case) a switch-on command.
  • the voltage that builds up on the disconnecting IGBT is transferred to the parallel varistor. If, after a few 100 ns, the varistor clamping voltage is reached, the varistor begins to conduct, thereby taking over the load current from the IGBTs I on and I ap .
  • the varistor according to the invention is dimensioned so that the voltage of the load current flowing through varistor on the one hand below the max. Blocking voltage of the parallel IGBT, on the other hand moved above the maximum instantaneous value of the step voltage.
  • the excess of the instantaneous value of the varistor voltage over the instantaneous value of the step voltage causes the commutation of the load current with approximately constant di / dt from side A and a shifting over the step voltage and the leakage inductance of the step winding L ⁇ (large commutation) with the same di / dt (in this Case positive) on the side B.
  • the varistor voltage remains constant in a first approximation.
  • step voltage disappears and the step voltage appears on the IGBT ⁇ / aristor group A depending on the polarity of a blocking IGBT, the parallel diode and the varistor in parallel, even when loaded with the peak value of the step voltage Varistor still no significant current flow.
  • the main permanent contact MC b closes and shunts the IGBT group B. Subsequently, the IGBTs 1 bn / 1 b p are switched to the non-conducting state via the gate drive.
  • the switching sequence ends with the opening of the mechanical release contacts DS a and DS b , which protect the IGBTs from the transient voltage stresses that may be effective at the tap winding.
  • FIG. 2 shows a modified circuit of a tap changer according to the invention is shown in which the two varistors each side V 3n , V ap and V bn , V bp are combined to form a respective common varistor V 3 and V b .
  • the respective mechanical switch of each side DS a and DS b and the respective varistor of the associated side V 3 and V b also forms a series connection towards the common load dissipation.

Landscapes

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  • Power Conversion In General (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

Stufenschalter mit Haibieiter-Schaitelementen
Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Halbleiter-Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.
Ein Stufenschalter mit Halbleiter-Schaltelementen, der als Hybrid-IGBT-Schalter ausgebildet ist, ist aus der WO 01/22447 bekannt. Der dort beschriebene Stufenschalter arbeitet nach dem Prinzip eines Lauflastschalters, bei dem auf einen Kraftspeicher verzichtet werden kann. Er besitzt als Hybrid-Schalter einen mechanischen Teil und einen elektrischen Teil. Der mechanische Teil, der der eigentliche Gegenstand der WO 01/22447 ist, besitzt mechanische Schaltkontakte; zentraler Teil ist ein beweglicher Schiebekontakt, der entlang einer mit dem Sternpunkt verbundenen Kontakt-Laufschiene mittels eines Motorantriebes bewegt wird und dabei feststehende Kontaktelemente beschaltet. Die eigentliche Lastumschaltung selbst erfolgt durch zwei IGBT's mit jeweils vier Dioden in Grätzschaltung.
Dieses bekannte Konzept eines Hybrid-Schalters ist mechanisch aufwändig und anspruchsvoll, um die notwendige Lastumschaltung genau im Nulldurchgang des Laststromes sicherzustellen.
Aus der WO 97/05536 ist eine weitere IGBT-Schaltvorrichtung bekannt, bei der die Anzapfungen der Regelwicklung eines Leistungstransformators über eine Reihenschaltung zweier IGBT's mit einer gemeinsamen Lastableitung verbunden sind.
Diese bekannte Schaltvorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der Pulsweitenmodulation; es erfolgt dabei eine Begrenzung des Kreisstromes durch die transiente reaktive Reaktanz (TER) der Stufenwicklung.
Diese bekannte Schaltungsanordnung und das zugrunde liegende Schaltprinzip erfordern eine spezifische Anpassung des Stufenschalters an den jeweiligen Stufentransformator, der beschaltet werden soll. Mit anderen Worten: Stufentransformator und Stufenschalter sind aufeinander abgestimmt und wirken elektrisch zusammen. Diese bekannte Schaltvorrichtung ist damit nicht als separates, universell anwendbares Gerät herstellbar.
Aus der GB-A-2424766 schließlich sind verschiedene Schaltungsanordnungen für einen Stufenschalter bekannt, die verschiedenartig geschaltete Varistoren enthalten. In einer Ausführungsform sind Varistoren parallel zu den jeweiligen Schaltelementen geschaltet und dienen zur Spannungsaufteilung.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Stufenschalter der eingangs genannten Art anzugeben, der einfach aufgebaut ist, eine hohe Funktionssicherheit besitzt und bei dem es nicht erforderlich ist, nur genau im Nulldurchgang des Laststromes schalten zu müssen. Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, einen solchen Stufenschalter anzugeben, der nicht speziell an den jeweiligen Nennlaststrom und die jeweiligen Wicklungen des zu beschaltenden Stufentransformators an- gepasst werden muss, sondern quasi „von der Stange" als funktionsfähiges Gerät an unterschiedlichsten Stufentransformatoren angeschlossen werden kann. Diese Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Die Erfindung geht aus von zwei Schalteinheiten, wobei jede Schalteinheit jeweils aus zwei zusammengehörigen, antiparallelen IGBT's besteht. Jedem einzelnen IGBT ist ein parallel dazu geschalteter Varistor zugeordnet. Der Varistor ist dabei so dimensioniert, dass die Varistorspannung geringer ist als die maximale Blockierspannung des jeweils parallelen IGBT's, aber größer als der maximale Momentanwert der Stufenspannung.
Besonders vorteilhaft sind die beiden zusammengehörigen IGBT's einer antiparallelen Schalteinheit in Form eines kompakten Stacks zusammengespannt.
Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, den jeweiligen Varistor im Sinne einer möglichst induktivitätsarmen Parallelstrecke unmittelbar neben jedem IGBT zu positionieren und in den Stack zu integrieren. Auf diese Weise lassen sich extrem kurze Leitungsverbindungen zwischen IGBT und dem parallelliegenden Varistor realisieren. Diese Anordnung ermöglicht auch bei vollem Momentanwert des Laststromes ein sehr schnelles, „hartes" Abschalten des über den IGBT fließenden Laststromes mit Kommutierung innerhalb von 0,1 ... 1 μs auf den extrem induktivitätsarm angeschlossenen Varistor, der selber nur eine extrem kleine Ansprechverzögerung im ns-Bereich aufweist.
Das „hard-switching" des IGBT reduziert die im IGBT umgesetzte Abschaltverlustenergie entscheidend und ermöglicht erst - wie nachfolgend noch im Detail ausgeführt - das hier vorliegende Schaltkonzept einer Stufenschalter(OLTC)-Umschaltung bei jedem beliebigen Wert des momentanen Laststromes, ohne zusätzliche Überschaltimpedanz im OLTC, ohne Notwendigkeit, die Streureaktanz der Stufenwicklung zu kennen, ohne Notwendigkeit einer Anpassung des OLTC an den jeweiligen Nennlaststrom oder die Stufenspannung und ohne die Notwendigkeit einer μs-genauen zeitlichen Abstimmung der abschaltenden und der übernehmenden IGBT-Schaltgruppe.
Zwar sind aus der DE 101 18 743 A1 und zahlreichen anderen Veröffentlichungen bereits Varistoren in Verbindung mit IGBT's bekannt. Sie dienen beim Stand der Technik aber ausschließlich dazu, Halbleiter vor Überspannungen zu schützen, besitzen also lediglich eine spannungs- begrenzende Funktion.
Bei der Erfindung hingegen ist die Funktion des zu jedem IGBT parallel angeordneten Varistors eine andere: Nach Kommutierung des eingeprägten, von der Netzspannung getriebenen Laststromes vom abschaltenden IGBT auf den parallelliegenden Varistor (kleiner Kommutierungskreis), baut der vom Laststrom durchflossene Varistor entsprechend seiner I-U-Kennlinie eine Spannung auf, die eine relativ geringe Abhängigkeit vom Momentanwert des Stromes zeigt und während des Umschaltvorganges des OLTC praktisch konstant bleibt. Die Varistoren sind dabei besonders vorteilhaft so dimensioniert, dass die Varistorspannung, die sich bei Belastung mit dem Scheitelwert des maximalen Stromes ergibt, noch einen ausreichenden Sicherheitsabstand zur maximalen Sperrspannung der IGBTs aufweist. Andererseits muss die Clamping Voltage der Varistoren (UVar bei 1 mA) deutlich oberhalb des Scheitelwertes der maximalen Stufenspannung liegen, damit der Laststrom von der abschaltenden OLTC-Seite über die Stufenspannung hinweg auf die den Laststrom übernehmende Seite kommutieren kann (großer Kommutierungskreis).
Die Differenz ΔU zwischen Momentanwert des Spannungsabfalls am Varistor und dem Momentanwert der Stufenspannung bewirkt durch die besondere Dimensionierung der Varistoren die Kommutierung des Laststromes über die Streuinduktivität der Stufenwicklung und die Leitungsinduktivitäten auf die übernehmende Seite des Stufenschalters und bestimmt das di/dt des Kommutierungsvorganges (di/dt = ΔU/LKθm)-
Dies verdeutlicht, dass die Varistoren im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht, wie nach dem Stand der Technik bekannt, zur Reduzierung transienter Überspannungen eingesetzt werden. Bei der vorliegenden Erfindung übernehmen die Varistoren folgende für ihre Gattung untypischen und durch den Stand der Technik nicht nahegelegten Funktionen:
• Übernahme des Laststromes von den hart abschaltenden IGBTs
• Erzeugung eines Spannungsabfalls, der unabhängig vom Momentanwert des Laststromes in einem Spannungsband zwischen der maximalen Sperrspannung der IGBTs und dem Scheitelwert der maximalen Stufenspannung liegen muss
• Bereitstellung einer Spannungs-Zeitfläche, die den Laststrom von der stromführenden Seite des Stufenschalters über die entgegen gerichtete Stufenspannung auf die übernehmende Stufenschalterseite kommutiert.
Durch die Erfindung ergibt sich eine sehr einfache und kostengünstige Dimensionierung der leistungselektronischen Schaltgruppen, weil das energieaufnehmende Volumen im Falle des Varistors flexibel veränderbar und ungleich größer ist als das viel kleinere, teurere und volumenmäßig nur schwer variierbare Volumen des IGBT-Chips.
Als weiterer positiver Effekt der Laststromführung durch die Varistoren, der Bereitstellung der erforderlichen Kommutierungs-Spannungs-Zeitfläche durch die Varistoren und der Aufnahme der dabei anfallenden Verlustenergie ebenfalls durch die Varistoren resultiert ein sehr großes Toleranzfeld im Hinblick auf die Synchronisation des Abschaltzeitpunktes der ausschaltenden IGBT-Gruppe und des Einschaltzeitpunktes der übernehmenden IGBT-Gruppe.
Falls sich im Laufe der Betriebsjahre durch Bauteilalterung und Arbeitspunktverschiebung in der Ansteuerelektronik ein überlappendes oder lückendes Umschaltverhalten in einer Größenordnung von ca. ± 10 μs einstellen sollte, resultiert daraus keine Funktionsgefährdung beim erfindungsgemäßen Schaltkonzept.
Zusammengefasst weist die Erfindung folgende Vorteile auf:
• Option der Umschaltung bei jedem beliebigen Momentwert des Laststromes ohne thermische Überbeanspruchung der IGBTs • Außerordentlich schneller Kommutierungsvorgang des Laststromes von Stufenschalterseite A → B oder B → A innerhalb von ca. 10 μs.
• Vermeidung störender Oszillationen
• Eine auftragsspezifische Anpassung jedes Stufenschalters an die konkreten Nenn- Stufendaten des Bestellfalles (Stufenspannung, Nenn-Durchgangsstrom, Streuinduktivität) entfällt, solange die Grenzwerte von Stufenspannung und Nenn-Durchgangsstrom nicht überschritten werden.
• Robustes, eigensicheres Kommutierungskonzept mit einem sehr großen Toleranzbereich in Bezug auf Schaltzeitdrift zwischen den beiden IGBT-Schaltgruppen. Keine Nachjustierung nach längerer Betriebszeit erforderlich.
Die Erfindung soll nachfolgend an Hand von Figuren beispielhaft noch näher erläutert werden.
Figur 1 zeigt die Schaltung eines ersten erfindungsgemäßen Stufenschalters.
Figur 2 zeigt die Schaltung eines zweiten, im Rahmen der Erfindung abgewandelten Stufenschalters.
Wie in Figur 1 dargestellt, ist jede der beiden Wicklungsanzapfungen tap n sowie tap n+1 über einen mechanischen Schalter DS3 bzw. DSb mit einer Reihenschaltung aus jeweils zwei entgegengesetzt geschalteten IGBTs I3n und lap auf der Seite n sowie lbn und lbp auf der Seite n+1 mit der Stufenschalterableitung verbunden. Parallel zu jedem der beiden in Reihe geschalteten IGBT's lan und lap der einen und lbn und lbp der anderen Seite ist jeweils eine Diode dan, dap bzw. dbn, dbp geschaltet. Dabei sind die Dioden einer Seite, d. h. dan und dap bzw. dbn und dbp entgegengesetzt zueinander, d. h. mit entgegengesetzter Durchlassrichtung, geschaltet.
Wiederum parallel zu jeder dieser Parallelschaltungen von IGBT und Diode ist jeweils ein Varistor Van, Vap bzw. Vbn, Vbp vorgesehen.
Schließlich sind auch noch die, die gesamte Schalteinrichtung im stationären Betrieb jeweils überbrückenden, Dauerhauptkontakte jeder Seite MC3 bzw. MCb dargestellt. Die IGBTs beider Seiten I3n, lap; lbn, Ibp werden durch einen gemeinsamen, nur schematisch dargestellten, aus dem Stand der Technik bekannten IGBT-Treiber angesteuert.
Nachfolgend sei eine Umschaltsequenz von beispielsweise tap n auf tap n+1 näher erläutert: In der Grundposition fließt der Laststrom über den Dauerhauptkontakt MCa von tap n zur Stufenschalterableitung Y.
Als erster Schritt der Umschaltsequenz werden die Freischaltkontakte DS3 und DSb geschlossen.
Anschließend wird Zündspannung an die Gates der IGBTs I3n und lap gelegt. Jetzt öffnet der Dauerhauptkontakt MC3 und kommutiert den Laststrom IL auf die IGBT-Gruppe lan/lap. Nach weniger als 10 ms Stromflussdauer von IL über die IGBT-Gruppe lan/lap erhalten diese IGBTs einen Abschaltbefehl und die IGBT-Gruppe l/lbp gleichzeitig (zumindest im Standardfall) einen Einschaltbefehl. Die sich am abschaltenden IGBT aufbauende Spannung überträgt sich auf den parallel liegenden Varistor. Wenn nach wenigen 100 ns die Clamping Voltage des Varistors erreicht wird, beginnt der Varistor zu leiten, wodurch die Übernahme des Laststromes von den IGBT's lan und lap einsetzt.
Der Varistor ist erfindungsgemäß so dimensioniert, dass sich die Spannung des laststromdurch- flossenen Varistors einerseits unterhalb der max. Blockierspannung des parallelen IGBTs, andererseits oberhalb des maximalen Momentanwerts der Stufenspannung bewegt. Der Überschuss des Momentanwertes der Varistorspannung über den Momentanwert der Stufenspannung bewirkt die Abkommutierung des Laststromes mit etwa konstantem di/dt von Seite A und ein Hinüberschieben über die Stufenspannung und die Streuinduktivität der Stufenwicklung Lσ (großer Kommutierungskreis) mit gleichem di/dt (in diesem Fall positiv) auf die Seite B. Trotz des kontinuierlich abnehmenden Stromes, der den Varistor auf Seite A durchfließt, bleibt die Varistorspannung in erster Näherung konstant.
Nach etwa 10 μs ist der gesamte Laststrom vom stromdurchflossenen Varistor der Seite A auf die leitenden IGBTs der Seite B hinüberkommutiert. Mit Annäherung des Stromes der Seite A auf den Wert 0 ändert sich die Spannung an der Schaltgruppe A grundlegend:
Die Varistorspannung bricht zusammen, das transiente ι ^L
" dt verschwindet und an der IGBT-Λ/aristor-Gruppe A erscheint die Stufenspannung, die abhängig von der Polarität an einem blockierenden IGBT, der dazu parallelliegenden Diode und dem jeweils wiederum parallelliegenden Varistor ansteht. Selbst bei Belastung mit dem Scheitelwert der Stufenspannung lässt der Varistor noch keinen signifikanten Stromfluss zu.
Weniger als 10 ms nach der leistungselektronischen Kommutierung des Laststromes von Seite A auf Seite B schließt der Dauerhauptkontakt MCb und shuntet die IGBT-Gruppe B. Anschließend werden die IGBTs lbn/lbp über die Gateansteuerung in den nichtleitenden Zustand geschaltet.
Die Umschaltsequenz endet mit dem Öffnen der mechanischen Freischaltkontakte DSa und DSb, die die IGBTs vor den transienten Spannungsbeanspruchungen schützen, die an der Stufenwicklung wirksam werden können.
In Figur 2 ist eine abgewandelte Schaltung eines erfindungsgemäßen Stufenschalters dargestellt, bei der die beiden Varistoren jeweils einer Seite V3n, Vap bzw. Vbn, Vbp zu einem jeweils gemeinsamen Varistor V3 bzw. Vb zusammengefasst sind. Dabei bildet der jeweilige mechanische Schalter jeder Seite DSa bzw. DSb und der jeweilige Varistor der zugehörigen Seite V3 bzw. Vb ebenfalls eine Reihenschaltung hin zur gemeinsamen Lastableitung.

Claims

Patentansprüche
1. Stufenschalter mit Halbleiter-Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschal- tung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators, wobei der Stufenschalter zwei mit den jeweiligen Wicklungsanzapfungen verbindbare Lastzweige aufweist, wobei die Halbleiter-Schaltelemente IGBT's (lan, lap; lbn, lbp) sind, wobei jeder der beiden Lastzweige über eine angeordnete Reihenschaltung aus zwei entgegengesetzt geschalteten IGBT's (I3n, lapl Ibn. Ibp) mit einer gemeinsamen Lastableitung elektrisch verbunden ist und wobei parallel zu jedem IGBT (I3n, lap; Ibn, U eine Diode (dan, dap, dbn, dbp) geschaltet ist, wobei die beiden Dioden in jedem Lastzweig (dan, dap bzw. dbn, dbp) entgegengesetzt zueinander geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils ein mechanischer Schalter (DS3, DSb) mit der Reihenschaltung aus IGBT's (lan, lap; Ibn, Ibp) und parallelen Dioden (dan, dap, dbn, dbp) in jedem Lastzweig in Reihe geschaltet ist, dass parallel zu jeder Parallelschaltung aus IGBT (lan, lap; lbn, lbp) und Diode (dan, dap, dbn, dbp) jeweils ein Varistor (V3n, Vap; Vbn, Vbp) geschaltet ist und dass die Varistoren (V3n, Vap; Vbn, Vbp oder V3, Vb) derart dimensioniert sind, dass ihre Varistorspannung geringer als die maximale Blockierspannung des jeweils parallelen IGBT's, aber größer als der maximale Momentanwert der Stufenspannung ist.
2. Stufenschalter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jeder IGBT (I3n, lap; lbn, lbp) gemeinsam mit dem parallel zu ihm geschalteten Varistor (V3n, Vap; Vbn, Vbp) sowie der Diode (dan, dap, dbn, dbp) als Stack baulich vereinigt ist.
3. Stufenschalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden in einem Lastzweig vorgesehenen Varistoren (Van, Vap oder Vbn, Vbp) zu jeweils einem einzigen Varistor (V3, Vb) zusammengefasst sind.
4. Stufenschalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu jedem der beiden Lastzweige jeweils ein mechanischer Dauerhauptkontakt (MC3, MCb) vorgesehen ist.
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