Ступеневий перемикач із напівпровідниковими перемикальними елементами

Реферат: Винахід стосується ступеневого перемикача з напівпровідниковими перемикальними елементами для безрозривного перемикання відводів обмотки ступеневого трансформатора. Згідно з винаходом, передбачені контактні шини, що простягаються паралельно лінії розміщення стаціонарних контактів ступеневого перемикача, виконані з можливістю контактування за допомогою переміщуваних разом із контактною кареткою контактних перемичок таким чином, що забезпечується можливість здійснення прямого електричного сполучення як із силовим відводом, так і зі входами та виходом напівпровідникових перемикальних елементів. UA 102434 C2 (12) UA 102434 C2 UA 102434 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід стосується ступеневого перемикача з напівпровідниковими перемикальними елементами для безрозривного перемикання відводів обмотки ступеневого трансформатора. Такий ступеневий перемикач відомий із публікації WO 97/05536. У цьому відомому ступеневому перемикачі передбачені силові ланки, виконані з можливістю з'єднання з відповідними відводами обмотки, причому кожна з обох силових ланок виконана з можливістю підключення за допомогою напівпровідникових перемикальних елементів та електричного з'єднання зі спільним силовим відводом. На відміну від традиційних ступеневих перемикачів з механічними контактами або вакуумними перемикальними елементами для перемикання навантаження відомий ступеневий перемикач з напівпровідниковими перемикальними елементами не потребує застосування перехідних резисторів. Недоліком цього відомого ступеневого перемикача є те, що силові електронні напівпровідникові перемикальні елементи постійно, також у стаціонарному режимі, навантажені відповідною ступінчастою напругою. Задачею винаходу є усунення цього недоліку у ступеневому перемикачі цього виду і розроблення рішення, в якому силові електронні напівпровідникові елементи в стаціонарному режимі не підключені. Із публікації WO 88/10502 A вже відомий ступеневий перемикач із тиристорною парою, в якому в стаціонарному режимі пропускання струму переймає механічний головний нормальнозамкнутий контакт. Проте, у цьому відомому рішенні йдеться про так званий гібридний перемикач з окремим силовим перемикачем, що має численні механічні контакти, в якому за допомогою енергоакумулятора здійснюється швидке перемикання між обома відводами обмотки ступеневого трансформатора за допомогою перехідного резистора, підключеного з можливістю короткочасного вмикання. На відміну від цього винахід як раз не потребує застосування перехідних резисторів. Поставлена задача вирішена у ступеневому перемикачі з ознаками першого пункту формули винаходу. Залежні пункти стосуються особливо переважних вдосконалених форм виконання винаходу. При цьому в основу винаходу було покладено загальну ідею застосування рухомої контактної каретки з електроізоляційного матеріалу, на якій нерухомо закріплені численні електропровідні контактні перемички, виконані з можливістю переміщення разом із контактною кареткою між відводами обмоток. Згідно з цим при кожному перемиканні відбувається переміщення всіх контактних перемичок разом від відводу обмотки, яка має бути відключена, до відводу обмотки, яка має бути підключена. Згідно з винаходом одна з контактних перемичок, відвідна контактна перемичка, в стаціонарному стані з'єднує безпосередньо підключений в даний момент відвід обмотки, тобто відповідний стаціонарний контакт ступеневого перемикача, з силовим відводом. В цілому згідно з винаходом здійснюють просте перемикання, а також просте контактування чи підключення напівпровідникових конструктивних елементів під час перемикання у заданій часовій послідовності, тобто послідовності перемикання, за допомогою відповідних контактних перемичок. Окрім цього, простим способом здійснюють відключення, тобто електричне розвантаження напівпровідникових конструктивних елементів у стаціонарному режимі за допомогою іншої контактної перемички, відвідної контактної перемички, яка безпосередньо електрично сполучена з силовим відводом. Далі винахід пояснюється докладніше на прикладах виконання за допомогою креслень. На фігурах зображено: Фіг. 1 Схема відповідного винаходові ступеневого перемикача Фіг. 2 Інша форма виконання відповідного винаходові ступеневого перемикача На фіг. 1 зображений ступеневий перемикач, який містить силовий електронний перемикач 1. У ньому передбачені два напівпровідникових перемикача 2 і 3, які мають окремі електричні входи 4 чи 5, а також спільний електричний вихід 6. Електричні виходи 4, 5, а також електричний вихід 6 за допомогою вводів 7 підведені до механічної контактної системи 8. Механічна контактна система 8 містить контактну каретку 9, яка схематично позначена на кресленні штриховою лінію. Контактна каретка 9 має нерухомо зафіксовані на ній контактні перемички 10, 11, 12, 13. Контактні перемички 10 - 13 електропровідні, але ізольовані одна від одної; на кінцях вони мають схематично позначені на фігурах відомі контактні ролики, ковзні контактні елементи чи аналогічні засоби. Кожен із зображених на схемі контактів 14 ступеневого перемикача відповідає одному відводу n, n+1, … регулювальної обмотки 15 ступеневого трансформатора. Крім цього, у механічній контактній системі передбачені три електропровідні контактні шини 16, 17, 18, одна з яких електрично сполучена з електричним входом 4, інша - з 1 UA 102434 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 електричним входом 5, а третя - з електричним виходом 6 напівпровідникового перемикача 2, 3. У механічній контактній системі розміщена також ще одна відвідна контактна шина 19, яка електрично сполучена з силовим відводом 20, який, у свою чергу, з'єднаний із основною обмоткою 21 ступеневого трансформатора. У зображеній формі виконання винаходу контактні шини 16 - 18 і відвідна контактна шина 19 прокладені паралельно одна одній; контактна каретка 9 при цьому здійснює лінійне, поступальне переміщення для контактування. Перша контактна перемичка 10 одним своїм вільним кінцем може підключати контакти 14 ступеневого перемикача; її інший вільний кінець переміщується по контактній шині 16, яка електрично сполучена зі входом 4 першого напівпровідникового перемикача 2. Друга контактна перемичка 11 одним своїм вільним кінцем також може підключати стаціонарні контакти 14 ступеневого перемикача; її інший вільний кінець переміщується по іншій контактній шині 17, яка електрично сполучена зі входом 5 другого напівпровідникового перемикача 3. Третя контактна перемичка 12 одним своїм вільним кінцем переміщується по контактній шині 18, яка електрично сполучена зі спільним електричним виходом 6 силового електронного вимикача. Її інший вільний кінець переміщується по відвідній контактній шині 19. У просторі між обома описаними вище контактними перемичками 10 та 11 розміщена інша, відвідна контактна перемичка 13, один вільний кінець якої може контактувати зі стаціонарними контактами 14 ступеневого перемикача, а її інший вільний кінець переміщується по відвідній контактній шині 19. Як видно на схемі, контактна перемичка 12, а разом із нею також спільний вихід 6 силового електронного перемикача, а також контактна перемичка 13 електрично сполучені з відвідною контактною шиною 19, тобто силовим відводом 20. У стаціонарному режимі контактна перемичка 13 здійснює пряме електричне з'єднання між підключеним у даний момент контактом 14 ступеневого перемикача і силовим відводом 20. На відміну від цього, контактні перемички 10 та 11, які сполучені зі входами силового електронного вимикача 1, не підключені; напівпровідникові перемикачі 2 і 3 відключені. При перемиканні навантаження контактну каретку 9 переміщують ліворуч або праворуч залежно від того, в якому напрямку - "вище" або "нижче" - має бути здійснене перемикання. В результаті одна з двох контактних перемичок 10 або 11 переміщується на наступний контакт 14 ступеневого перемикача, який необхідно підключити, і здійснює таким чином електричне з'єднання з відповідним входом 4 або 5 відповідного напівпровідникового перемикача 2 або 3. Одночасно контактна перемичка 13 виходить із контакту. Перемикання завершується, коли контактна каретка 9 переміщується далі настільки, що обидві контактні перемички 10 та 11 знову виходять із контакту, а контактна перемичка 13 починає пропускати сталий струм. На фіг. 2 зображена інша форма виконання винаходу у вигляді концентричної конструкції. У цьому випадку також передбачені напівпровідникові перемикачі 2 та 3, сполучені з окремими електричними входами 4 чи 5 та зі спільним електричним виходом 6. При цьому передбачені контактні ролики 22, 23, 24, кожен із яких переміщується по відповідному контактному кільцю 25, 26, 27. Ці контактні кільця 25 - 27 за виконуваною ними функцією відповідають контактним шинам 16 - 18 з фіг. 1. При цьому по концентричному колу розміщені стаціонарні контакти 14 ступеневого перемикача. Окрім цього, зображене також відвідне кільце 28, яке, в свою чергу, електрично сполучене з силовим відводом. На також лише схематично позначеному штриховою лінією перемикальному сегменті 29 з ізоляційного матеріалу на першому горизонтальному рівні передбачені контактні ролики 30, 31, 32, які можуть бути введені в контакт зі стаціонарними контактами 14 ступеневого перемикача. На другому горизонтальному рівні передбачені інші контактні ролики 33, 34, переміщувані по відвідному кільцю. Контактний ролик 30 через контактне кільце 25 сполучений зі входом 4 першого напівпровідникового перемикача 2. Контактний ролик 32 через контактне кільце 26 сполучений зі входом 5 другого напівпровідникового перемикача 3. Нижній контактний ролик 33 через контактне кільце 27 сполучений зі спільним виходом 6 обох напівпровідникових вимикачів 2 та 3. Насамкінець, між верхнім контактним роликом 31 та нижнім контактним роликом 34 передбачене електропровідне з'єднання 35, таким чином, що контактний ролик 31, який розміщений у просторі між контактними роликами 30 і 32, безпосередньо сполучений із силовим відводом 28 через нижній контактний ролик 34. У цій формі виконання винаходу перемикальний сегмент 29 і разом із ним контактні ролики 30 - 34 здійснюють обертовий рух при кожному перемиканні. Проте, принцип функціонування є таким самим: у стаціонарному режимі підключений у даний момент стаціонарний контакт 14 ступеневого перемикача безпосередньо електрично сполучений з відвідним кільцем 28, в той час як напівпровідникові перемикачі 2 та 3 не 2 UA 102434 C2 підключені. Лише при перемиканні один із двох входів 4 або 5 силового електронного перемикача, залежно від напрямку обертання, за допомогою відповідного контактного ролика 30 чи 32 короткочасно з'єднується з відповідним стаціонарним контактом 14 ступеневого перемикача, на який має бути здійснене перемикання. 5 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 10 15 20 25 30 35 1. Ступеневий перемикач з напівпровідниковими перемикальними елементами для безрозривного перемикання стаціонарних, розміщених вздовж лінії, контактів (14) ступеневого перемикача, які електрично сполучені з відводами обмотки ступеневого трансформатора, причому передбачені два напівпровідникових перемикальних елементи (2, 3), які мають окремі електричні входи (4 чи 5), а також спільний електричний вихід (6), причому передбачена механічна контактна система (8), яка містить контактну каретку (9), виконану з можливістю переміщення вздовж лінії розміщення стаціонарних контактів (14) ступеневого перемикача, причому на контактній каретці (9) нерухомо зафіксовані в цілому чотири електропровідні, але ізольовані одна від одної контактні перемички (10, 11, 12, 13), причому паралельно лінії розміщення стаціонарних контактів (14) ступеневого перемикача передбачені три електропровідні, але ізольовані одна від одної контактні шини (16, 17, 18), одна з яких електрично сполучена з одним із електричних входів (4 або 5) або з електричним виходом (6), причому паралельно контактним шинам (16, 17, 18) передбачена також електрично ізольована від них інша електропровідна відвідна контактна шина (19), яка, в свою чергу, електрично сполучена з силовим відводом (20), і причому розміри і просторове розміщення контактних перемичок (10, 11, 12, 13) розміщені на контактній каретці (9), вибрані такими, що вони електрично сполучені з контактними шинами (16, 17, 18) чи відвідною контактною шиною (19), і через них, залежно від перемикання, може бути утворене електричне з'єднання на вибір між одним зі стаціонарних контактів (14) ступеневого перемикача та силовим відводом (20) або одним із електричних входів (4, 5), а також інше електричне з'єднання на вибір між електричним виходом (6) і силовим відводом. 2. Ступеневий перемикач за пунктом 1, в якому стаціонарні контакти (14) ступеневого перемикача розміщені вздовж рівної площини, а контактна каретка (9) виконана з можливістю лінійного переміщення. 3. Ступеневий перемикач за пунктом 1, в якому стаціонарні контакти (14) ступеневого перемикача розміщені на лінії кола концентрично відносно центра обертання контактної каретки (9), виконаної з можливістю обертання. 4. Ступеневий перемикач за будь-яким із пунктів 1-3, в якому напівпровідникові перемикальні елементи (2, 3) виконані в формі біполярних транзисторів із ізольованим затвором (БТІЗ). 3 UA 102434 C2 Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4