具有驱动系统的开关装置和用于驱动开关的方法

文档序号:453442 发布日期:2021-12-28 浏览:31次 >En<

阅读说明:本技术 具有驱动系统的开关装置和用于驱动开关的方法 (Switching device with a drive system and method for driving a switch ) 是由 B·迪特曼 E·纳格尔 S·施密德 于 2020-04-23 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种开关装置,其具有开关(17)和驱动系统(3)。所述驱动系统具有:驱动轴(16),所述驱动轴将驱动系统与开关(17)连接;用于驱动驱动轴(16)的马达(12);和反馈系统。所述反馈系统设计用于确定驱动轴(16)的位置的至少两个值并且基于所述至少两个值产生反馈信号。此外,所述驱动系统具有控制装置,所述控制装置设计用于根据所述反馈信号影响马达(12)的运行。(The invention relates to a switching device having a switch (17) and a drive system (3). The drive system has: a drive shaft (16) connecting the drive system with a switch (17); a motor (12) for driving a drive shaft (16); and a feedback system. The feedback system is designed to determine at least two values of the position of the drive shaft (16) and to generate a feedback signal based on the at least two values. The drive system also has a control device which is designed to influence the operation of the motor (12) as a function of the feedback signal.)

具有驱动系统的开关装置和用于驱动开关的方法

技术领域

本发明涉及一种具有开关和用于开关的驱动系统的开关装置以及一种用于驱动开关的方法。

背景技术

在变电站存在许多用于不同任务并且具有不同要求的开关。为了操纵相应的开关,这些开关必须通过驱动系统驱动。这些开关尤其是涉及有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关。

这样有载分接开关例如用于在电气运行器件、例如功率变压器或可调节的扼流圈的不同绕组抽头之间进行不中断地切换。由此可以例如改变变压器的传输比或扼流圈的电感。双换向器用于在功率变压器运行期间使绕组极性反转。

所有这些开关都构成电气运行器件的高等级的安全相关部件,因为切换发生在运行器件运行期间并且因此例如连接到能量网络上。在极端情况下,运行中的干扰会产生严重的技术和经济后果。

发明内容

因此,本发明的任务是,给出一种用于驱动开关、尤其是有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关的改进方案,通过其提高运行安全性。

该任务通过独立权利要求的相应技术方案解决。其他的实施形式是从属权利要求的技术方案。

所述改进方案依据如下构思:为用于驱动开关的驱动轴配备反馈系统,所述反馈系统能检测驱动轴的位置的至少两个值。马达的运行基于根据两个值产生的反馈信号被影响。

按照改进方案,给出一种包括开关和用于开关的驱动系统的开关装置。所述驱动系统具有:将驱动系统与开关连接的驱动轴、用于驱动该驱动轴的马达和反馈系统。所述反馈系统设计用于确定驱动轴的位置的至少两个值并且基于所述至少两个值产生反馈信号。此外驱动系统具有控制装置,所述控制装置设计用于根据反馈信号影响马达的运行。

按照至少一种实施形式,所述开关可以实施为有载分接开关或负载切换开关或选择器或双换向器或换向器或预选器或功率开关或负载开关或断路开关。

术语“驱动轴的位置的值”也包含测量变量的这样的值,即由所述值可以单义地确定必要时在公差范围内的驱动轴的位置。

通过确定驱动轴的位置的至少两个值,控制装置可以进行该位置确定的可信度或两个值的调和并且由此提高该位置确定的安全性并且减少错误的位置确定的相应的余留危险。此外,如果反馈装置的部分失效导致仅还能确定驱动轴的位置的一个值,则不必立即停止驱动轴。至少所述开关尽管在部分失效的情况下仍能受调节地运动到安全的运行位置。最终由此提高了驱动系统、开关和运行器件的运行安全性。总之,确定驱动轴的位置的两个值通过可靠地识别部分失效而提高了安全性,并且因为尽管存在部分失效但转换仍可靠地引导至结束而提高了可用性。

按照至少一个实施形式,驱动系统用于驱动开关、例如有载分接开关的轴或有载分接开关的相应的部件。由此例如引起有载分接开关实施一个或多个操作、例如在运行器件的两个绕组抽头之间的切换或该切换的一部分、例如负载切换、选择器操纵、预选器操纵或双换向器操纵。

按照至少一个实施形式,驱动轴直接地或间接地、尤其是通过一个或多个传动机构与开关、尤其是开关的轴连接。

按照至少一个实施形式,驱动轴直接地或间接地、尤其是通过一个或多个传动机构与负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、功率开关、负载开关或断路开关、尤其是负载切换开关的、选择器的、双换向器的、换向器的、功率开关的、负载开关的或断路开关的轴连接。

按照至少一个实施形式,驱动轴直接地或间接地、尤其是通过一个或多个传动机构与马达、尤其是马达的马达轴连接。

按照至少一个实施形式,马达轴的位置、尤其是绝对位置相应于驱动轴的位置、尤其是绝对位置。也就是说,从马达轴的位置能够(必要时在公差范围内)单义地推断出驱动轴的位置。

按照至少一个实施形式,所述影响包含对马达的控制、调节、制动、加速或停止。所述调节可以例如包括位置调节、速度调节、加速度调节或转矩调节。至少在这样的调节的情况中,可以说驱动系统构成伺服驱动系统。

按照至少一个实施形式,驱动系统具有监控单元,所述监控单元设计用于借助反馈信号监控开关、有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关的一个或多个操作。所述监控尤其是包括如下监控,即,是否各个操作或其一部分按规定、尤其是在预先限定的时间窗内实施。

按照至少一个实施形式,控制装置具有控制单元和用于控制地或调节地向马达供应能量的功率部件。所述控制单元设计用于根据至少一个额定值、尤其是位置、速度或加速度额定值操控功率部件。

按照至少一个实施形式,功率部件设计为变流器或伺服变流器或设计为用于驱动机器的等效电子单元、尤其是全电子单元。

按照不同的实施形式,控制装置完全地或部分地包含反馈系统。

按照至少一个实施形式,所述反馈系统设计用于按照第一方法求取驱动轴的位置的所述至少两个值中的第一值并且按照第二方法求取驱动轴的位置的所述至少两个值中的第二值,所述两个方法可以彼此不同。由此产生至少一个冗余度或甚至多样化的冗余度,这进一步提高了运行安全性。

所述两个方法可以例如依据相同的或不同的技术或物理原理或使用相同的或不同的构件(硬件部件)。

按照至少一个实施形式,驱动轴的位置的所述至少两个值之一是驱动轴的绝对位置的第一值。

按照至少一个实施形式,驱动轴的位置的所述至少两个值中的另一个值是驱动轴的绝对位置的第二值。

驱动轴的绝对位置的第一值和第二值可以由控制装置例如进行比较。在有显著偏差时,控制装置可以输出故障报告或启动安全措施。

按照至少一个实施形式,驱动轴的位置的所述至少两个值之一是驱动轴的位置的增量值或驱动轴的相对位置的值。

然后绝对位置的第一值和/或第二值可以由控制装置与增量值或相对值进行调和,由此可以检查绝对位置的第一值和/或第二值的可信度。在有显著偏差时,控制装置可以输出故障报告和/或启动安全措施。

按照至少一个实施形式,反馈系统设计用于求取马达的转子位置并且根据转子位置确定驱动轴的位置的所述至少两个值之一。

按照至少一个实施形式,转子位置是马达的转子所在的角度范围,必要时与转子的完整旋转的次数组合。

根据转子的设计、尤其是极对数量,借此马达轴的位置或绝对位置可例如通过控制装置精确地确定直至至少180°。通过借助一个或多个传动机构的减速,可由此实现的驱动轴的位置精度大大增加。在此由控制单元进行的评估在一定程度上相应于虚拟编码器功能。因此,即使在反馈系统的绝对值编码器完全失效的情况下,也可维持至少一种紧急运行和/或将开关、尤其是有载分接开关置于安全位置。

按照至少一个实施形式,反馈系统包含绝对值编码器,所述绝对值编码器设计用于并且设置用于检测驱动轴的绝对位置或与驱动轴连接的另外的轴的绝对位置,并且基于检测的位置产生至少一个输出信号。反馈系统设计用于借助所述至少一个输出信号求取驱动轴的位置的所述至少两个值之一、尤其是绝对位置的第一值和/或第二值。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器直接地或间接地固定在马达轴、驱动轴或与此联接的轴上。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器具有用于输出绝对位置的第一值或第二值的第一输出端和用于输出所述位置的增量值或相对值的第二输出端。

术语“绝对值编码器”不仅包括以不同的方式求取位置的两个值的装置,而且包括包含两个单独的编码器并且所述两个单独的编码器中的至少一个编码器是绝对值编码器的装置。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器具有多圈旋转编码器。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器设计用于借助第一扫描方法检测驱动轴的位置或所述另外的轴的位置。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器设计用于附加地借助独立于第一扫描方法的第二扫描方法检测驱动轴的位置或所述另外的轴的位置。

按照至少一个实施形式,第一或第二扫描方法包含光学的、磁性的、电容式的、电阻式的或感应式的扫描方法。

按照至少一个实施形式,第一扫描方法不同于第二扫描方法。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器形锁合地与驱动轴、马达轴或所述另外的轴连接。

按照至少一个实施形式,绝对值编码器附加地力锁合或材料锁合地、例如通过胶粘连接与驱动轴、马达轴或所述另外的轴连接。

通过形锁合连接和附加的材料或力锁合连接,进一步提高了绝对值编码器的固定并最终提高了运行安全性。

按照所述改进方案,也给出一种用于驱动有载分接开关的方法。所述方法包括:确定用于驱动有载分接开关的驱动轴的绝对位置的至少两个值;基于所述至少两个值产生反馈信号;并且根据反馈信号控制用于驱动有载分接开关的马达。

所述方法的其他设计形式和实现直接由分接开关装置的不同设计形式得出。尤其是,单个或多个关于用于实施所述方法的分接开关装置描述的部件和/或布置结构可以相应地实现。

附图说明

下面参考附图借助示例性实施方式详细阐述本发明。相同或功能相同的或具有相同作用的部件可具有相同的附图标记。相同的部件或具有相同功能的部件可能仅关于它们首次出现的附图被解释。在随后的附图中不一定重复说明。

在附图中:

图1示出按照改进方案的开关装置的一种示例性实施形式的示意图;以及

图2示出按照改进方案的开关装置的另一种示例性实施形式的示意图。

具体实施方式

图1示出按照改进方案的开关装置1的一种示例性实施形式的示意图,该开关装置包括开关17和驱动系统3,所述驱动系统通过驱动轴16与开关17连接。开关17可以是有载分接开关、负载切换开关、选择器、双换向器、换向器、预选器、功率开关、负载开关或断路开关。驱动系统3包含马达12,所述马达可以通过马达轴16并且可选地通过传动机构15驱动驱动轴16。驱动系统3的控制装置2具有功率部件11,所述功率部件例如包含在这里未示出的用于控制地或调节地向马达12供应能量的变流器,以及用于例如通过总线18操控功率部件11的控制单元10。驱动系统3具有编码器系统13,所述编码器系统用作为反馈系统4或是反馈系统4的一部分并且与功率部件11连接。此外,编码器系统13直接或间接地与驱动轴16联接。

编码器系统13设计用于检测驱动轴16的位置、尤其是角位置、例如绝对角位置的第一值。为此,编码器系统13可以例如具有绝对值编码器、尤其是多圈绝对值编码器,其固定在驱动轴16、马达轴14或其位置与驱动轴16的绝对位置单义地关联的其他轴上。例如,驱动轴16的位置可从马达轴14的位置单义地确定,例如通过传动机构15的传动比确定。

绝对值编码器的固定例如实施为形锁合连接与力锁合和/或材料锁合连接的组合。

反馈系统4还设计用于检测驱动轴16的位置的第二值。

为此,编码器系统13可以设计用于检测该第二值,尤其是在使用与检测驱动轴16的位置的第一值的方法不同的方法的情况下。

备选或附加地,控制装置2可以设计用于由马达12的转子位置求取第二值,亦即实际上具有用于检测第二值的虚拟编码器。为此可以例如使用通过转子在马达12的马达绕组中的运动的感应反馈。因为反馈的强度周期性地变化,所以可以尤其是借助信号分析、例如FFT分析大致确定转子位置。由于驱动轴16的一整圈相应于转子的多圈,所以可以由此以高得多的精确性推断出驱动轴16的位置。

控制装置2、尤其是控制单元10和/或功率部件11设计用于根据反馈系统基于第一值和第二值产生的反馈信号控制或调节马达12。

控制装置2、例如控制单元10可以例如对驱动轴16的位置的两个值进行调和和/或进行位置确定的可信度检查。

图2示出按照改进方案的开关装置1的另一种示例性实施形式的示意图,其基于按照图1的实施形式。

开关装置1在这里可选地具有开关柜21,控制单元10、功率部件11和可选的人机界面19设置在所述开关柜内。人机界面19与控制单元10连接并且可以例如用于在运行期间或在运行之外的控制、维修或配置目的。

马达12、马达轴14、编码器系统13和/或传动机构15可以设置在开关柜的内部或外部。

开关装置1、尤其是控制单元10联接到安全装置20上,所述安全装置例如具有功率开关或断路器,以便例如在开关装置1出现故障或干扰的情况下将开关装置1或配属于开关装置1的电气运行器件与能量网络断开。

通过按照改进方案的开关装置1提高了驱动系统3、开关17和运行器件的运行安全性。通过所描述的双重的位置确定和相应的调和减少了错误的位置确定的余留危险。

附图标记列表

1 开关装置

2 控制装置

3 驱动系统

4 反馈系统

10 控制单元

11 功率部件

12 马达

13 编码器系统

14 马达轴

15 传动机构

16 驱动轴

17 开关

18 总线

19 人机界面

20 安全装置

21 开关柜

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