電子分級(jí)開(kāi)關(guān)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)電壓的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其在調(diào)節(jié)變壓器上具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元（S1.1，S2.1；S1.2，S2.2,；...；S1.6，S2.6），該調(diào)節(jié)變壓器具有調(diào)節(jié)繞組，其中設(shè)置兩個(gè)并聯(lián)的負(fù)載支路（1，2），在所述負(fù)載支路中多個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別設(shè)置成串聯(lián)電路。在這兩個(gè)負(fù)載支路之間交替地并聯(lián)設(shè)置調(diào)節(jié)繞組（W1，W2，W3）的部分以及電橋（B1，B2），使得通過(guò)將在兩個(gè)負(fù)載支路中的所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元相應(yīng)接線，調(diào)節(jié)繞組的部分可任意地接入或斷開(kāi)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】電子分級(jí)開(kāi)關(guān)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于調(diào)節(jié)電壓的分級(jí)開(kāi)關(guān)，該分級(jí)開(kāi)關(guān)具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]DE2248166A已描述了ー種具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的可調(diào)節(jié)的變壓器。在此，次級(jí)繞組由確定數(shù)目的調(diào)節(jié)繞組部件構(gòu)成，所述調(diào)節(jié)繞組部件組合成一定數(shù)目的串聯(lián)連接的繞組分組，其中每個(gè)繞組分組包含兩個(gè)或三個(gè)并聯(lián)連接的調(diào)節(jié)繞組部件。在此，每個(gè)調(diào)節(jié)繞組部件設(shè)置有無(wú)觸頭的開(kāi)關(guān)元件。在該文獻(xiàn)中，也描述了另一種變型方案，其中變壓器的次級(jí)繞組由ー組串聯(lián)連接的調(diào)節(jié)繞組部件構(gòu)成，其中每個(gè)調(diào)節(jié)繞組部件包含四個(gè)無(wú)觸頭的開(kāi)關(guān)元件。該裝置構(gòu)造為在調(diào)節(jié)繞組部件的端子上的電壓的方向可反向以及整個(gè)調(diào)節(jié)繞組部件也可選擇性地被跨接。
[0003]在DE2508013A中公開(kāi)了另一種用于分級(jí)地切換變壓器的次級(jí)電壓的設(shè)備。在此，次級(jí)繞組也分組成數(shù)個(gè)子繞組，其中同樣可以設(shè)置半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件來(lái)切換。
[0004]DE19747712C2描述了類(lèi)似類(lèi)型的分級(jí)開(kāi)關(guān)在構(gòu)造為自耦變壓器的分級(jí)變壓器上的布置。在此，同樣設(shè)置単獨(dú)的繞組部件，其能夠單獨(dú)地并且彼此獨(dú)立地接線。除了調(diào)節(jié)繞組的固定抽頭之外，在該布置中附加地可以接上或接入獨(dú)立的繞組部件。
[0005]在W095/27931中公開(kāi)了另ー種用于無(wú)中斷地負(fù)載切換的分級(jí)開(kāi)關(guān)的不同實(shí)施形式，其中晶閘管同樣用作開(kāi)關(guān)元件。借助反并聯(lián)連接的晶閘管對(duì)在此可以接入或關(guān)斷作為相應(yīng)的分級(jí)變壓器的次級(jí)繞組的部分的分級(jí)繞組的不同的繞組部件。為了實(shí)現(xiàn)在有限數(shù)目的現(xiàn)有繞組抽頭的情況下盡可能精細(xì)分級(jí)的電壓調(diào)節(jié)，在該文獻(xiàn)中還提出了ー種稱(chēng)作“離散圓調(diào)制(discrete circle modulation)”的方法,其中晶閘管被激勵(lì)使得形成次級(jí)電壓的中間值。
[0006]在現(xiàn)有技術(shù)中已知的解決方案中，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件實(shí)際上承擔(dān)了在經(jīng)典機(jī)械分級(jí)開(kāi)關(guān)中的機(jī)械選擇臂的功能。借助半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件可以接入或關(guān)斷調(diào)節(jié)繞組本身的各繞組抽頭。也可能的是，將調(diào)節(jié)繞組劃分成子繞組，所述子繞組可以獨(dú)立地接入。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是高電路開(kāi)銷(xiāo)和需要對(duì)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件進(jìn)行具體匹配。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)的另ー缺點(diǎn)在于，在各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件故障時(shí)不再可能調(diào)節(jié)或者至少不再可能有滿意的調(diào)節(jié)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的任務(wù)是提出ー種具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)元件的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其簡(jiǎn)單地構(gòu)造。此外，該分級(jí)開(kāi)關(guān)要具有模塊化的、可擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。最后，根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)要能夠在各開(kāi)關(guān)元件故障(近似作為應(yīng)急運(yùn)行)的情況下也實(shí)現(xiàn)高調(diào)節(jié)安全性和調(diào)節(jié)精確性。
[0010]該任務(wù)通過(guò)具有第一權(quán)利要求的特征的分級(jí)開(kāi)關(guān)來(lái)解決。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別有利的改進(jìn)方案。
[0011]有創(chuàng)造性的總體構(gòu)思在干，要模塊化地構(gòu)建分級(jí)開(kāi)關(guān)并且有目的地接通或斷開(kāi)調(diào)節(jié)繞組的不同子繞組。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)包括兩個(gè)并聯(lián)開(kāi)關(guān)支路，其分別具有串聯(lián)連接的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元。第一負(fù)載支路的各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元和第二負(fù)載支路的各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別成對(duì)地對(duì)置。在這兩個(gè)負(fù)載支路之間、分別在每個(gè)負(fù)載支路的兩個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元之間并聯(lián)地設(shè)置調(diào)節(jié)繞組的電學(xué)子繞組。電學(xué)子繞組分別與調(diào)節(jié)繞組磁耦合，即施加在相應(yīng)的變壓器腿上。
[0013]通過(guò)在兩個(gè)負(fù)載支路中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元的相應(yīng)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)可以任意地接入或者斷開(kāi)電學(xué)子繞組。
[0014]特別有利地，不同地設(shè)計(jì)電學(xué)子繞組。如果第一子繞組具有確定數(shù)目的線圈，其他電子繞組具有數(shù)倍的匝數(shù)。
[0015]在本發(fā)明的范疇中，可能的是，各個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元以及電學(xué)子繞組的數(shù)目變化，這些子繞組整體上形成根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)。
[0016]在根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)中，可以僅僅利用用于有目的地接入或斷開(kāi)各子繞組的一些部件可以實(shí)現(xiàn)大數(shù)目的電壓分級(jí)。在根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)調(diào)節(jié)器中還可以實(shí)現(xiàn)冗余產(chǎn)生各分電壓，在實(shí)際運(yùn)行中決不能排除的各個(gè)開(kāi)關(guān)元件故障的情況下還基本上可以進(jìn)行調(diào)節(jié)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]以下借助附圖示例性地更為詳細(xì)地闡述了本發(fā)明。其中:
[0018]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)的第一實(shí)施形式
[0019]圖2示出了第一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元
[0020]圖3示出了第二半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元
[0021]圖4示出了第三半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元
[0022]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施形式
[0023]圖6示出了圖1示出的分級(jí)開(kāi)關(guān)的特別的設(shè)計(jì)
[0024]圖7示出了圖5示出的分級(jí)開(kāi)關(guān)的特別的設(shè)計(jì)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的第一分級(jí)開(kāi)關(guān)。
[0026]在端子R之上的調(diào)節(jié)繞組的固定的不被調(diào)節(jié)的部分與負(fù)載引線引LA之間設(shè)置在此所示的分級(jí)開(kāi)關(guān)。其具有兩個(gè)并聯(lián)的負(fù)載支路I和2。在第一負(fù)載支路I中，半導(dǎo)體開(kāi)
關(guān)單元S1.1.....S1.6設(shè)置成串聯(lián)電路。在第二負(fù)載支路2中，另外的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元
S2.1.....S2.6設(shè)置成串聯(lián)電路。在此，第一負(fù)載支路I的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元和第二負(fù)載支
路2的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別成對(duì)地對(duì)置，即半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.1和S2.1、S1.2和S2.2等到S1.6和S2.6。在成對(duì)對(duì)置的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.1和S2.1、S1.2和S2.2等到S1.6和
S2.6之間分別交替地，在兩個(gè)負(fù)載支路I與2之間分別并聯(lián)連接調(diào)節(jié)繞組的子繞組W1、W2、
W3和電橋B1.....B3。在圖1中示出了，在一方面為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.1和S2.1與另ー
方面為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.2和S2.2之間連接第一子繞組Wl，在一方面為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元
S1.2和S2.2與另一方面為S1.3和S2.3之間連接有第一電橋BI，在一方面半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.3和S2.3與另一方面為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.4和S2.4之間連接第二子繞組W2，依此類(lèi)推。
[0027]圖2示出了半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元，其具有作為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的反并聯(lián)連接的晶閘管對(duì)S。
[0028]圖3示出了另一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元，其具有兩個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sa和Sb的串聯(lián)電路。
[0029]圖4示出了另一半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元，其具有四個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)Sa.....Sd的串
聯(lián)電路。
[0030]各個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)在此示例性地作為反并聯(lián)連接的晶閘管對(duì)，在本發(fā)明的范疇中其他已知的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān),例如IGBT也是可能的。
[0031]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)的第二實(shí)施形式。在此，設(shè)置特別的開(kāi)關(guān)組件FS，其包括四個(gè)特殊的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元，在第一負(fù)載支路I中為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.7和與其串聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.8，而在第二負(fù)載支路2中為半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S2.7和與其串聯(lián)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S2.8，在其之間如上面所描述的那樣并聯(lián)設(shè)置其中ー個(gè)子繞組W3。特殊的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.7、S1.8、S2.7和S2.8是IGBT，其可以利用脈寬調(diào)制(PWM)來(lái)激勵(lì)并且由此構(gòu)造子繞組W3的精細(xì)分級(jí)的接入或關(guān)斷。在本發(fā)明的該實(shí)施形式中，子繞組Wl和W2根據(jù)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.1、...、S1.4和S2.1、...、S2.4的開(kāi)關(guān)狀態(tài)任意地接入或斷開(kāi)。子繞組W3可以任意分開(kāi)(Teiligkeit)地相應(yīng)地加和或相減，這整體上能夠?qū)崿F(xiàn)無(wú)級(jí)的特別精細(xì)的調(diào)節(jié)。
[0032]圖6示出了圖1中的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其具有特別有利的設(shè)計(jì)。各個(gè)部件的位置對(duì)應(yīng)于圖1中的圖示，因此出于清楚的原因省去了附圖標(biāo)記。在此示出了，第一子繞組Wl的匝數(shù)為第三子繞組W3的匝數(shù)的九倍，第二子繞組W2的匝數(shù)是第三繞組W3的匝數(shù)的三倍。通過(guò)有目的地接入和斷開(kāi)這三個(gè)子繞組Wl、...W3可以在所示的例子中由此產(chǎn)生總共27個(gè)電壓級(jí)。
[0033]例如，在根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)中通過(guò)如下方式得到中間狀態(tài)“0”:半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單
元S1.1.....S1.6閉合，而半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S2.1.....S2.6斷開(kāi)。冗余地，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單
元S1.1、...、S1.6也可以斷開(kāi)而半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S2.1、...、S2.6可以閉合?？煽吹降氖牵梢砸匀哂喾绞疆a(chǎn)生該狀態(tài)，而不是僅產(chǎn)生該狀態(tài)。
[0034]在狀態(tài)“13”(其中所有子繞組Wl.....W3同向接入)中，例如得到半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單
元的如下?tīng)顟B(tài):s1.1閉合，S1.2斷開(kāi)，1.3閉合，S1.4斷開(kāi)，1.5閉合，S1.6斷開(kāi)，S2.1斷開(kāi)，
S2.2閉合，S2.3斷開(kāi)，S2.4閉合，S2.5斷開(kāi)，S2.6閉合。以完全類(lèi)似方式可以產(chǎn)生根據(jù)本發(fā)明的分級(jí)開(kāi)關(guān)所有其他狀態(tài)，即電壓分級(jí)。
[0035]為了控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)功率，有利地可以將各半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別設(shè)置為由多個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路，如例如在圖3和圖4所示的那樣。
[0036]圖7示出了圖5中的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其具有同樣特別有利的設(shè)計(jì)。各個(gè)部件的位置又對(duì)應(yīng)于圖5中的圖示，因此出于清楚的原因在此省去了附圖標(biāo)記。在此示出了，第一子繞組Wl的匝數(shù)是第三子繞組W3的匝數(shù)的九倍，第二子繞組W2的匝數(shù)是第三繞組W3的匝數(shù)的兩倍。通過(guò)有目的地接通和關(guān)斷這兩個(gè)子繞組Wl和W2并且有時(shí)快速地開(kāi)關(guān)子繞組W3，可以實(shí)現(xiàn)精細(xì)級(jí)的調(diào)節(jié)。為了控制相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電壓，在此也可以有利地將半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別設(shè)置有多個(gè)獨(dú)立的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)構(gòu)成的串聯(lián)電路，如這在圖3和圖4中示例性地示出。[0037]在本發(fā)明的范圍中，子繞組Wl、...、W3以及半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元S1.1、...、S2.8的其他設(shè)計(jì)也是可能的。
【權(quán)利要求】
1.一種用于調(diào)節(jié)電壓的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其在調(diào)節(jié)變壓器上具有半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元，該調(diào)節(jié)變壓器具有調(diào)節(jié)繞組，其中 分級(jí)開(kāi)關(guān)設(shè)置在調(diào)節(jié)繞組的固定的、不被調(diào)節(jié)的部分與負(fù)載引線(LA)之間， 分級(jí)開(kāi)關(guān)具有兩個(gè)并聯(lián)的負(fù)載支路(I，2)， 在第一負(fù)載支路(I)中半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S1.1,..., S1.6)設(shè)置成串聯(lián)電路，在第二負(fù)載支路(2)中另外的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S2.1.....S2.6)同樣設(shè)置成串聯(lián)電路，使得第一負(fù)載支路(I)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元和第二負(fù)載支路(2)的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別成對(duì)地對(duì)置，其中在所述成對(duì)對(duì)置的半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S1.1，S2.1 ；S1.2，S2.2，；...；S1.6，S2.6)之間分別交替地，在這兩個(gè)負(fù)載支路(1，2)之間分別并聯(lián)連接有調(diào)節(jié)繞組的子繞組(ffl, W2, W3)和電橋(BI，B2, B3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其特征在于，子繞組(W1，W2，W3)具有不同的匝數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其特征在于，各個(gè)所述半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S1.1.....S2.6)由反并聯(lián)的晶閘管對(duì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其特征在于，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S1.1、...、S2.6)中的至少ー個(gè)由兩個(gè)或更多個(gè)單個(gè)半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)的串聯(lián)電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的分級(jí)開(kāi)關(guān)，其特征在于，半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元(S1.7、S1.8;S2.7，S2.8)中的至少ー個(gè)能夠利用脈寬調(diào)制來(lái)控制。
【文檔編號(hào)】H02P13/06GK103534768SQ201280009902
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2012年2月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年2月23日
【發(fā)明者】S·恩格爾, J·馮布洛, D·多納爾, K·菲爾?？? 申請(qǐng)人:賴(lài)茵豪森機(jī)械制造公司