用于变压器的功率电子抽头转换开关模块的制作方法

连接到变压器绕组的功率电子开关元件应当传导标称电流，经受短路和过电流条件，并且还经受具有持续功率流的过电压或开路条件。

对于短路或过电流条件，抽头转换开关模块的阀很经常设计有过大的功率电子组件，诸如晶闸管、igbt、mosfet，以便在规定的时间段内经受短路或过电流。在一些情况下，短路或过电流持续时间可能是数秒。对于经济方面，将过大的阀应用于所有抽头是不合理的，特别是当由于电压要求，每个抽头转换开关模块阀可由数个串联元件组成。

为了保护功率电子阀免受过电压，使用标准瞬态电压抑制器，如：mov（金属氧化物变阻器）装置或tvs二极管（瞬态电压抑制器二极管），或火花隙，或气体放电管。这样的抑制器能够防止跨功率电子阀两端的电压上升至高于额定水平。然而，标准的瞬态电压抑制器被设计成由于它们的热限制而仅减轻短时过电压。它们通常被定额用于1.2/50us脉冲。在长期过电压的情况下，不可能用标准的瞬态电压抑制器保护电路。处理长期过电压的标准手段是激活熔丝、电路断路器或电流旁路。

在诸如功率电子抽头转换开关的特定应用中，需要避免长期过电压或开路条件并且同时保持电路中未受干扰的功率流，即使一些部件发生故障。不允许留下开路，因为它可能导致变压器绕组中的内部电弧故障。瞬态电压抑制器的限制是：在mov装置和火花隙的情况下在每次动作/触发之后它们的参数和寿命的显著降低，或者在tvs二极管的情况下非常有限的功率额定值。

从专利号为us5604423的美国专利已知用于与变压器的操作的抽头转换系统，并且其特征为门控电子装置的特殊群组，所述门控电子装置的特殊群组作为电路断路器和重合器进行操作，使得在短路电流或过电流的半周期之后，使用外部控制信号将所述特殊群组转换到off状态，由此将抽头转换开关绕组开路。优点是只有装置的特殊群组需要被定额用于承受短路条件。短路电流或过电流条件由专利号为us5604423的美国专利中描述的发明通过基于测量使用运行规定的算法的外部控制器的特定阀触发来处置。所提出的技术利用功率电子组件，以便在检测到短路之后在短时间（至少单个半周期）内改变电路拓扑。在开路条件的情况下，所提出的解决方案不保持未受干扰的功率流，这在抽头转换开关应用中是期望的。因此，所提出的发明仅解决短路或过电流条件问题。

配备有具有与控制器并且与用于基本短期过电压保护的瞬态电压抑制器装置连接的一对晶闸管或晶体管的阀v1'...vn'的根据本发明的功率电子抽头转换开关模块的本质在于阀v1'...vn'分别与熔丝f1...fn串联连接，并且模块配备有附加的过大的抽头线，所述附加的过大的抽头线具有被定额用于短路电流的过大的阀，所述阀配备有过电压触发电路。过大的阀配备有彼此反并联的一对晶闸管或晶体管并且该对晶闸管或晶体管与热保护电压抑制装置并联连接。

优选地，过电压触发电路具有mov装置或tvs二极管和一对具有相反极性的二极管。

优选地，电压抑制器装置是热保护的mov装置或tvs二极管。

优选地，过大的阀直接连接到变压器的初级绕组。

优选地，阀v1'-vn'和过大的阀直接连接到电压源。

备选地，阀v1'-vn'和过大的阀通过绕组的部分连接到电压源。

优选地，过大的阀被定额用于短路电流，而阀v1'-vn'被定额用于标称电流。

优选地，阀（v1'-vn'）配备有热保护的瞬态抑制装置。

本发明中描述的技术仅基于特征为过电压触发电路和过电流保护部件的抽头转换开关模块的硬件设计，并且独立于控制器单元。此外，消除了对外部测量的需求。短路电流或过电流条件或者开路条件自动导致被定额用于短路电流的标称抽头的触发。本发明还以开路或长期过电压条件下的保护为特征。这通过立即触发抽头转换开关标称阀以将在抽头转换开关模块两端的电压降低到安全水平来自动进行。解决方案保持通过模块的未受干扰的功率流。本发明消除了对用于功率电子抽头转换开关模块的附加电流测量和触发控制部件的需要。模块和特定功率电子阀的设计提高了保护的可靠性，因为它不依赖于软件应用。关于设计的经济性，只有所述抽头转换开关标称阀需要被定额用于短路电流。此外，不需要将附加的功率电子组件添加到电路。完全相同的设计还能够实现被强烈希望保持功率流的开路或长期过电压保护，并且能够实现降低功率电子元件的要求的耐受电压额定值。对功率电子元件的电流额定值的有限要求还导致显著的尺寸和占地面积减小。

在对于一个相的示范实施例中的附图上示意性地呈现了本发明，其中图1示出了现有技术中已知的抽头转换开关系统，图2-具有被定额用于标称电流的主要组件的来自图1的功率电子抽头转换开关阀，图3-具有附加阀的根据本发明的抽头转换开关系统，图4-具有带附加的过电压触发电路的主短路电流额定阀的来自图3的功率电子附加阀。

功率电子抽头转换开关具有抽头转换开关模块1，所述抽头转换开关模块1具有通过端子a1......an电连接的多个抽头线l1、l2、l3....ln（n是自然数），所述多个抽头线l1、l2、l3....ln直接或通过变压器4的初级绕组3与来自供电侧的电压源2连接，并且一个一个地通过端子b1......bn与段31、32、33、..3n连接到变压器4的初级绕组3。变压器4的次级绕阻5与负载6连接。变压器4的绕组具有次级绕阻或初级绕组的相反名称不是对本发明的干扰。抽头线l1、l2、l3......ln中的每个具有与控制器7连接的电子阀v1........vn以用于选择性触发目的。阀v1...vn具有通过触发电路8和控制信号接收器9从一侧与控制器7连接的一对晶闸管或晶体管scr1。从另一侧，晶闸管或晶体管scr1与瞬态电压抑制器装置10连接以用于基本短期过电压保护。

从标准解决方案已知所提出的电子抽头转换开关和其模块。

根据本发明的抽头转换开关模块1'具有通过端子a1'.....an'电连接的多个抽头线l1'、l2'、l3'....ln'（n'是自然数），所述多个抽头线l1'、l2'、l3'....ln'直接或通过变压器4的初级绕组3与来自供电侧的电压源2连接，并且一个一个地通过端子b1'......bn'与段31、32、33、..3n分别通过采用熔丝f1...fn的形式的过电流保护装置连接到变压器4的初级绕组3。变压器4可以是单相或三相变压器。模块1'具有通过端子bx连接到绕组3的一个段的附加的抽头线lx，所述抽头线lx也通过端子ax直接或通过变压器4的初级绕组3与电压源2连接。这个附加的抽头线lx仅配备有短路电流额定阀vx，没有采用串联连接的熔丝形式的任何过电流保护装置。vx阀通过端子bx直接连接到初级绕组3。过大的标称阀vx设计有能够在变压器4规范中给出的所要求的时间段内处置短路电流的晶闸管或晶体管。其他阀v1...vn设计用于连续经受标称电流。

vx阀具有一对晶闸管或晶体管scrx，所述一对晶闸管或晶体管scrx从一侧通过过电压触发电路11、触发电路8'和通过控制信号接收器9'与控制器7连接，其中触发电路8'和过电压触发电路11并联连接。过电压触发电路11具有并联连接到触发电路8'的瞬态电压抑制器mov装置12。mov装置12还可具有图中未呈现的一组二极管或晶体管的形式。mov装置12通过相反极性的两个二极管与变压器4的初级绕组段33连接，连接到端子ax和bx。从另一侧，晶闸管scrx与采用热保护的mov形式的热保护的电压抑制装置13并联连接。电压抑制装置13也可具有图中未呈现的一组二极管或晶体管的形式。

在两种情形中呈现根据本发明的抽头转换开关的操作。

第一种情形发生在短路或过电流条件的情况下。如果在短路时，抽头转换开关模块1'经由除vx之外的标准阀v1...vn中的一个标准阀传导电流，则情况导致对应的过电流保护元件-熔丝f1....fn的触发。这在抽头转换开关模块1'中造成开路条件，所述开路条件在有限时间内由过电压保护部件（在这种情况下是阀vx上的电压抑制装置13）处置。电压抑制装置13是热保护的mov，这意味着它在显著温度上升之后自动断开。在mov装置断开之后，存在于标称过大的阀vx上的过电压触发电路11立即检测过电压条件并且触发阀scrx，这首先导致电压的降低，但也导致短路电流路径改变为仅通过标称过大的阀vx，因为它是被定额用于提到的条件的唯一一个。如果在抽头转换开关1'通过阀vx传导电流时短路电流或过电流发生，则不采取动作，因为过大的阀vx被定额用于此条件。

操作的第二种情形在长期过电压或开路条件的情况下发生。本发明中提出的解决方案以与上面描述的类似的方式表现。长期持久的过电压或开路条件的情况导致标准瞬态过电压保护部件（即mov装置13）的过热，导致温度保护触发，这使mov装置13失去能力。在mov装置停用之后，存在于标称过大的阀vx的过电压触发电路11立即触发标称阀，从而将在功率电子抽头转换开关模块1'两端的电压降低到安全水平并且保持通过模块1'的功率流。