[發(fā)明專利]具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的分接開關(guān)

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200880130033.0
• 申請日: 2008-08-27
• 公開（公告）號: CN102077305A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: O·布呂克爾;D·多那爾;H-H·萊克曼-米斯克
• 申請（專利權(quán)）人: 賴茵豪森機(jī)械制造公司
• 主分類號: H01F29/04
• 分類號: H01F29/04
• 代理公司: 中國國際貿(mào)易促進(jìn)委員會專利商標(biāo)事務(wù)所 11038
• 代理人: 趙科

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的分接開關(guān)(Stufenschalter)，用于無中斷地在可調(diào)式變壓器(Stufentransformator)的繞組分接頭之間切換。

背景技術(shù)

在WO?01/22447中公開了被構(gòu)造為混合式IGBT開關(guān)的一種具有半導(dǎo)體開關(guān)元件的分接開關(guān)。在那里所描述的分接開關(guān)根據(jù)其中可以不需要蓄能器(Krafispeicher)的有載切換開關(guān)(Laufiastschalter)的原理而工作。該分接開關(guān)具有一個(gè)機(jī)械部件和一個(gè)電氣部件作為混合式開關(guān)。

作為WO?01/22447的實(shí)際對象的機(jī)械部件具有機(jī)械的開關(guān)觸點(diǎn)；中央部件是借助于電機(jī)驅(qū)動沿著與中性點(diǎn)(Sternpunkt)連接的接觸滑軌被移動并且連接其中固定的接觸元件的可移動的滑動觸頭。實(shí)際的負(fù)載轉(zhuǎn)換本身通過分別具有格列茨電路中的四個(gè)二極管的兩個(gè)IGBT實(shí)現(xiàn)。

混合式開關(guān)的這個(gè)已知設(shè)計(jì)在機(jī)械方面很復(fù)雜且要求高，以確保必需的負(fù)載轉(zhuǎn)換正好在負(fù)載電流過零時(shí)。

WO97/05536公開了另一IGBT開關(guān)裝置，其中電力變壓器的調(diào)整線圈的分接頭經(jīng)由兩個(gè)IGBT的串聯(lián)電路而與公共的負(fù)載引線連接。

這種已知的開關(guān)裝置根據(jù)脈寬調(diào)制的原理工作；其中，對回路電流的限制通過抽頭線圈的暫態(tài)無功電抗(transiente?reactiveReaktanz：TER)來實(shí)現(xiàn)。

這種已知的電路結(jié)構(gòu)以及所基于的電路原理要求分接開關(guān)對各自的應(yīng)當(dāng)連接的可調(diào)式變壓器的特定匹配。也就是說，可調(diào)式變壓器和分接開關(guān)相互協(xié)調(diào)并且電氣地共同作用。這種已知的開關(guān)裝置因此不能生產(chǎn)作為單獨(dú)的能通用的裝置。

最后，GB-A-2424766公開了用于分接開關(guān)的不同電路結(jié)構(gòu)，這些電路結(jié)構(gòu)包含不同連接的壓敏電阻。在一種實(shí)施方式中，壓敏電阻與各自的開關(guān)元件并聯(lián)連接，并且用于分壓。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供開頭所提到的類型的一種分接開關(guān)，其構(gòu)造簡單、運(yùn)行安全性高，并且不需要必須只有正好在負(fù)載電流過零時(shí)開關(guān)。此外，本發(fā)明的另一目的是提供這樣的一種分接開關(guān)，其不必專門適配于要連接的可調(diào)式變壓器的相應(yīng)額定負(fù)載電流和相應(yīng)繞組，而是可以幾乎“現(xiàn)成地”作為功能裝置連接到完全不同的可調(diào)式變壓器。

該任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的分接開關(guān)來實(shí)現(xiàn)。從屬權(quán)利要求涉及本發(fā)明的特別有利的擴(kuò)展方式。

本發(fā)明涉及兩個(gè)開關(guān)單元，其中每個(gè)開關(guān)單元分別由兩個(gè)配套的反向并聯(lián)的IGBT構(gòu)成。為每個(gè)單個(gè)IGBT分配與其并聯(lián)連接的壓敏電阻。其中，壓敏電阻被參數(shù)設(shè)計(jì)為使得壓敏電壓低于各自并聯(lián)的IGBT的最大阻斷電壓，但比級電壓(Stufenspannung)的最大瞬時(shí)值大。

特別有利地，一個(gè)反向并聯(lián)的開關(guān)單元的兩個(gè)配套的IGBT以緊湊堆疊的形式緊密結(jié)合。

此外，特別有利是，為了實(shí)現(xiàn)盡可能感應(yīng)低的并行路徑，直接在每個(gè)IGBT的旁邊定位相應(yīng)的壓敏電阻并將其集成到堆疊中。以這種方式可以實(shí)現(xiàn)IGBT和并聯(lián)的壓敏電阻之間特別短的導(dǎo)線連接。該結(jié)構(gòu)使得即使在負(fù)載電流的完全的瞬時(shí)值的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)在IGBT上流動的負(fù)載電流的非?？斓摹坝病鼻袛?，其中在0.1到1μs之內(nèi)轉(zhuǎn)換到感應(yīng)特別低地連接的壓敏電阻，該壓敏電阻本身只具有ns級的非常小的響應(yīng)延遲。

IGBT的“硬切換”顯著地減小了在IGBT中轉(zhuǎn)換的切換損耗能量，并且如后面還要詳細(xì)介紹的那樣使得能夠在每個(gè)任意瞬時(shí)負(fù)載電流值的情況下實(shí)現(xiàn)分接開關(guān)(OLTC)換接的這里提供的開關(guān)設(shè)計(jì)，而沒有OLTC中附加的轉(zhuǎn)換阻抗、不需要了解抽頭線圈的漏電抗、不需要OLTC對相應(yīng)額定負(fù)載電流或者級電壓的適配、并且不需要進(jìn)行切斷和進(jìn)行接管的IGBT接線組的精確到μs的在時(shí)間上的校準(zhǔn)。

雖然從DE?10118743A1和許多其他公開文獻(xiàn)中已經(jīng)公開了結(jié)合IGBT的壓敏電阻。但是，它們在現(xiàn)有技術(shù)中只用于針對過電壓保護(hù)半導(dǎo)體，因此只具有限壓功能。

相反，在本發(fā)明中，與每個(gè)IGBT并行設(shè)置壓敏電阻的功能是另一功能：在附帶的、由電網(wǎng)電壓驅(qū)動的負(fù)載電流從進(jìn)行切斷的IGBT轉(zhuǎn)換到并聯(lián)的壓敏電阻(小的轉(zhuǎn)換回路)之后，負(fù)載電流所流過的壓敏電阻根據(jù)其I-U特性曲線而產(chǎn)生一個(gè)電壓，該電壓對電流瞬時(shí)值的依賴性相對很小并且在OLTC轉(zhuǎn)換過程期間實(shí)際上保持恒定。

其中尤其有利地，壓敏電阻被參數(shù)設(shè)計(jì)為使得在加載以最大電流峰值時(shí)所產(chǎn)生的壓敏電壓還具有對于IGBT最大截止電壓足夠的安全距離。