Die Erfindung betrifft einen Stufenschalter mit Halbleiter-Schaltelementen zur unterbrechungslosen Umschaltung zwischen Wicklungsanzapfungen eines Stufentransformators.

Ein solcher Stufenschalter ist aus der WO 97/05536 A bekannt. Bei diesem bekannten Stufenschalter sind zwei mit den jeweiligen Wicklungsanzapfungen verbindbare Lastzweige vorgesehen, wobei jeder der beiden Lastzweige durch die Halbleiter-Schaltelemente beschaltbar ist und mit einer gemeinsamen Lastableitung elektrisch verbunden werden kann.

Im Gegensatz zu den üblichen Stufenschaltern mit mechanischen Kontakten zur Lastumschaltung oder auch dem Stufenschalter mit Vakuumschaltzellen zur Lastumschaltung benötigt der bekannte Stufenschalter mit Halbleiter-Schaltelementen keine Überschaltwiderstände.

Nachteilig bei diesem bekannten Stufenschalter ist, dass leistungselektronische Halbleiter- Schaltelemente ständig, auch im stationären Betrieb, mit der jeweiligen Stufenspannung beaufschlagt werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem gattungsgemäßen Stufenschalter diesen Nachteil zu beseitigen und eine Lösung anzugeben, bei der die leistungselektronischen Bauteile im stationären Betrieb freigeschaltet sind.

Zwar ist aus der WO 88/10502 A bereits ein Stufenschalter mit einem Thyristorpaar bekannt, bei dem im stationären Betrieb die Stromführung durch einen mechanischen Dauerhauptkontakt übernommen wird. Bei dieser bekannten Lösung handelt es sich jedoch um einen sogen. Hybridschalter mit einem separaten Lastumschalter mit zahlreichen mechanischen Kontakten, bei dem mittels Kraftspeicher eine schnelle Umschaltung zwischen den beiden Wicklungsanzapfungen des Stufentransformators mittels eines kurzzeitig einschaltbaren Überschaltwiderstandes realisiert wird. Bei der Erfindung hingegen sollen gerade keine Überschaltwiderstände erforderlich sein.

Die gestellte Aufgabe wird durch einen Stufenschalter mit den Merkmalen des ersten Patentanspruches gelöst. Die Unteransprüche betreffen besonders vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Hierbei liegt die allgemeine erfinderische Idee zugrunde, einen bewegbaren Kontaktschlitten aus elektrisch isolierendem Material vorzusehen, auf dem mehrere elektrisch leitende Kontaktbrückeπ fest angeordnet sind und gemeinsam mit dem Kontaktschlitten zwischen den Wicklungsanzapfungen bewegt werden können. Bei jeder Umschaltung erfolgt demnach eine gemeinsame Bewegung aller Kontaktbrücken von der Wicklungsanzapfung, die verlassen werden soll, auf die Wicklungsanzapfung, auf die umgeschaltet werden soll. Gemäß der Erfindung verbindet eine der Kontaktbrücken, die Ableitkontaktbrücke, jeweils im stationären Zustand direkt die aktuelle beschaltete Wicklungsanzapfung, d. h. den entsprechenden festen Kontakt des Stufenschalters, mit der Lastableitung.

Insgesamt ergibt sich bei der Erfindung eine einfache Umschaltung sowie eine einfache Kontaktieruπg bzw. Beschallung der Halbleiter-Bauelemente während der Umschaltung in feststehender zeitlicher Reihenfolge, d. h. Schaltsequenz, durch die jeweiligen Kontaktbrücken. Weiterhin erfolgt auf einfache Weise eine Freischaltung, d. h. elektrische Entlastung der Halbleiter-Bauelemente im stationären Betrieb durch eine weitere Kontaktbrücke, die Ableitkontaktbrücke, die direkt mit der Lastableitung korrespondiert.

Die Erfindung soll nachstehend an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert werden.

Es zeigen

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Stufenschalter in schematischer Darstellung

Figur 2 eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stufenschalters

In Figur 1 ist ein Stufenschalter gezeigt, der einen leistungselektronischen Lastumschalter 1 aufweist. Dabei sind zwei Halbleiter-Schalter 2 und 3 vorgesehen, die jeweils einen elektrischen Eingang 4 bzw. 5 sowie einen gemeinsamen elektrischen Ausgang 6 aufweisen. Die elektrischen Eingänge 4, 5 sowie der elektrische Ausgang 6 sind mittels Durchführungen 7 in ein mechanisches Kontaktsystem 8 geführt.

Das mechanische Kontaktsystem 8 weist einen Kontaktschlitten 9 auf, der in der Figur lediglich durch eine Strichlinie angedeutet ist. Der Kontaktschlitten 9 weist Kontaktbrücken 10, 11 , 12, 13 auf, die fest auf ihm angeordnet sind. Die Kontaktbrücken 10...13 sind elektrisch leitend, jedoch gegeneinander isoliert; sie besitzen an ihren Enden in der Figur nur angedeutete, an sich bekannte Kontaktrollen, Schleifanordnungen oder vergleichbare Mittel. Jeder der in der Figur dargestellten Stufenkontakte 14 entspricht einer Wicklungsanzapfung n, n+1 _f ... der Regelwicklung 15 des Stufentransformators. Weiterhin sind im mechanischen Kontaktsystem drei Kontaktschienen 16, 17, 18 vorgesehen, die jeweils elektrisch leitend sind und von denen jeweils eine mit dem elektrischen Eingang 4 bzw. dem elektrischen Eingang 5 bzw. dem elektrischen Ausgang 6 der Halbleiterschalter 2, 3 elektrisch in Verbindung stehen. Weiterhin ist im mechanischen Kontaktsystem noch eine Ableitkontaktschiene 19 angeordnet, die elektrisch mit der eigentlichen Lastableitung 20 verbunden ist, die wiederum zur Stammwicklung 21 des Stufentransformators führt.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform sind die Kontaktschienen16 bis 18 und die Ableitkontaktschiene 19 parallel zueinander geführt; der Kontaktschlitten 9 vollführt hierbei eine lineare, translatorische Bewegung zur Kontaktierung.

Die erste Kontaktbrücke 10 kann an ihrem einen freien Ende die Stufenschalterkontakte 14 beschälten, an ihrem anderen freien Ende läuft sie auf der Kontaktschiene 16, die mit dem Eingang 4 des ersten Halbleiterschalters 2 elektrisch verbunden ist. Die zweite Kontaktbrücke 11 kann an ihrem einen freien Ende ebenfalls die festen Stufenschalterkontakte 14 beschälten, an ihrem anderen freien Ende läuft sie auf der weiteren Kontaktschiene 17, die elektrisch mit dem Eingang 5 des zweiten Halbleiterschalters 3 elektrisch in Verbindung steht. Die dritte Kontaktbrücke 12 läuft mit ihrem einen freien Ende auf der Kontaktschiene 18, die mit dem gemeinsamen elektrischen Ausgang 6 des leistungselektronischen Leistungsschalters elektrisch verbunden ist. Ihr anderes freies Ende läuft auf der Ableitkontaktschiene 19. Räumlich zwischen den beiden erläuterten Kontaktbrücken 10 und 11 ist die weitere Kontaktbrücke 13, die Ableitkontaktbrücke, angeordnet, die an einem freien Ende mit den festen Stufenschalterkontakten 14 kontaktiert werden kann und mit ihrem anderen Ende auf der Ableitkontaktschiene 19 läuft.

Es ist zu sehen, dass sowohl die Kontaktbrücke 12 und damit der gemeinsame Ausgang 6 des leistungselektronischen Lastumschalters als auch die Kontaktbrücke 13 mit der Ableitkontaktschiene 19, d. h. der Lastableitung 20 elektrisch verbunden sind. Im stationären Betrieb übernimmt die Kontaktbrücke 13 die direkte elektrische Verbindung zwischen dem jeweils beschalteten Stufenschalterkontakt 14 und der Lastableitung 20. Die Kontaktbrücken 10 und 11 , die zu den Eingängen des leistungselektronischen Lastumschalters 1 führen, sind hingegen nicht beschaltet; die Halbleiterschalter 2 und 3 sind freigeschaltet.

Bei einer Lastumschaltung wird der Kontaktschlitten 9 nach links oder rechts bewegt - je nach dem ob in Richtung „höher" oder „tiefer" geschaltet werden soll. In der Folge läuft einer der beiden Kontaktbrücken 10 oder 11 auf den neu zu beschaltenden Stufenschalterkontakt 14 auf und stellt damit eine elektrische Verbindung zum entsprechenden Eingang 4 oder 5 des jeweiligen Halbleiterschalters 2 oder 3 her. Gleichzeitig gerät die Kontaktbrücke 13 außer Kontakt. Die Umschaltung ist abgeschlossen, wenn der Kontaktschlitten 9 soweit weiter bewegt worden ist, dass die Kontaktbrücken 10 und 11 beide wieder außer Eingriff gelangt sind und die Kontaktbrücke 13 die Dauerstromführung übernommen hat.

Figur 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung mit einer kreisförmigen Anordnung. Auch hier sind Halbleiterschalter 2 und 3 vorgesehen, die jeweils einen separaten elektrischen Eingang 4 bzw. 5 und einen gemeinsamen elektrischen Ausgang 6 aufweisen. Hier sind Kontaktrollen 22, 23, 24 vorgesehen, die jeweils auf einem Kontaktring 25, 26, 27 laufen. Diese Kontaktringe 25 bis 27 entsprechen von ihrer Funktion her den Kontaktschienen 16 bis 18 aus Figur 1. Auf einem konzentrischen Kreis sind hier feste Stufenschalterkontakte 14 vorgesehen. Weiter ist ein Ableitring 28 gezeigt, der seinerseits elektrisch mit der Lastableitung in Verbindung steht.

Auf einem wiederum nur durch Strichlinie angedeutetem Schaltsegment 29 aus isolierendem Material sind in einer ersten horizontalen Ebene Kontaktrollen 30, 31 , 32 vorgesehen, die mit den festen Stufenschalterkontakten 14 kontaktierbar sind. In einer zweiten horizontalen Ebene sind weitere Kontaktrollen 33, 34 vorgesehen, die auf dem Ableitring laufen.

Die Kontaktrolle 30 steht über den Kontaktring 25 mit dem Eingang 4 des ersten Halbleiterschalters 2 in Verbindung. Die Kontaktrolle 32 steht über den Koπtaktring 26 mit dem Eingang 5 des zweiten Halbleiterschalters 3 in Verbindung. Die untere Kontaktrolle 33 steht über den Kontaktring 27 mit dem gemeinsamen Ausgang 6 der beiden Halbleiterschalter 2 und 3 in Verbindung. Obere Kontaktrolle 31 und untere Kontaktrolle 34 schließlich besitzen eine elektrisch leitende Verbindung 35, derart, dass die Kontaktrolle 31 , die räumlich zwischen den Kontaktrollen 30 und 32 angeordnet ist, direkt mit der Lastableitung 28 über die untere Kontaktrolle 34 in Verbindung steht.

Bei dieser Ausführungsform vollzieht das Schaltsegment 29 und mit ihm die Kontaktrollen 30 bis 34 bei jeder Umschaltung eine Drehbewegung.

Das Funktionsprinzip ist jedoch dasselbe: Im stationären Betrieb wird der jeweils beschaltete feste Stufenschalterkontakt 14 direkt mit dem Ableitring 28 elektrisch verbunden, während die Halbleiterschalter 2 und 3 freigeschaltet sind. Nur bei einer Umschaltung wird, drehrichtungsabhängig, jeweils einer der beiden Eingänge 4 oder 5 des leistungselektronischen Lastumschalters mittels der zugeordneten Kontaktrolle 30 bzw. 32 kurz mit dem jeweiligen festen Stufenschalterkontakt 14, auf den umgeschaltet werden soll, verbunden.