[發明專利]使用MEMS技術的變壓器帶載抽頭變換器

有效

• 申請號: 201010231262.0
• 申請日: 2010-07-09
• 公開（公告）號: CN101958651A
• 公開（公告）日: 2011-01-26
• 發明（設計）人: L·M·富吉塔;K·蘇布拉馬尼安
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: H02M5/10
• 分類號: H02M5/10
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 柯廣華;徐予紅

技術領域

本文公開的主題涉及用于高電壓裝置的帶載抽頭變換器(on-loadtap?changer)，并且確切地來說涉及利用微機電系統(MEMS)技術的用于高功率變壓器的帶載抽頭變換器。

背景技術

目前，復雜的機械開關組裝件實現帶載抽頭變換器(OLTC)。機械OLTC機構包括電動機，用于對強力彈簧充電以打開和關閉這些OLTC機構的開關組裝件中的開關。開關組裝件中的開關以機械聯鎖協調的次序被機械地開動并和關，以便使開關打開和關閉與正確的時序協同。這些機械聯鎖能約束并阻止開關動作發生。雖然已經做出許多開發來減少開關接觸電應力(例如減少每個開關打開時的燃弧)，但是主要的故障模式是開關接觸故障。而且，因為OLTC開關組裝件具有許多集成且機械的移動部件，所以它存在頻繁的問題并且必須定期維護，這能是成本昂貴的。而且，因為常規OLTC開關組裝件浸入在絕緣媒體(例如油或SF6氣體)中以減少燃弧問題，所以OLTC開關組裝件的維護能夠是成本昂貴且耗時的。機械OLTC機構還是體形大、緩慢且噪聲大的，這些可能是不合乎需要的。常規OLTC的機械移動部件是包括OLTC的電力變壓器中的問題的顯著部分的源頭。

已使用固態開關裝置以減少少許的故障模式，但已知的是，當用作變壓器帶載抽頭變換器應用中的開關組件時具有其他故障或缺點。眾所周知，半導體開關部件展現寄生能量損耗和不合乎需要的關態泄露(off-state?leak)。甚至在半導體開關處于開時它們還有正向電壓降。當半導體開關處于打開位置時，它仍讓非常少的電流通過，這是不合乎需要的。雖然固態開關能提供高開關速度，但是它們遭受顯著的功率損耗并且能夠是非常昂貴的。

因此，合乎需要的是具有一種用于高供電的變壓器的帶載抽頭變換器，其使用具成本效率且能夠以小于一微秒并以通過分流能量而無電弧的方式來進行開關的開關技術。進一步合乎需要的是具有一種用于高供電的變壓器的帶載抽頭變換器，其使用能減少或消除常規開關的開關故障模式和消除半導體化開關部件的寄生能量損耗的開關技術。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供一種用于變壓器繞組的帶載抽頭變換器。該OLTC包括：串聯地與變壓器繞組上的第一抽頭和中性端子直接耦合的第一微機電系統(MEMS)開關模塊；串聯地與變壓器繞組上的第二抽頭和中性端子直接耦合的第二MEMS開關模塊；以及可操作地耦合到第一MEMS開關模塊和第二MEMS開關模塊的控制器，該控制器配置成生成要分別由第一和第二MEMS開關模塊接收的第一和第二信號，所述第一和第二信號引起第一MEMS開關模塊轉換到關閉位置以及引起第二MEMS開關模塊轉換到打開位置以在第一時間獲得變壓器繞組上的第一預定匝數比，該控制器還配置成生成到第二MEMS開關模塊的第三信號，所述第三信號引起第二MEMS開關模塊在第一時間之后的第二時間轉換到關閉位置，該控制器還配置成生成要在第二時間之后的第三時間由第一MEMS開關模塊接收的第四信號，第一MEMS開關模塊配置成響應第四信號在檢測到的交流的零交叉(zero?crossing)處從關閉位置轉換到打開位置以獲得變壓器繞組上的第二預定匝數比。

根據本發明的另一個方面，提供一種用于變壓器繞組的OLTC。該帶載抽頭變換器包括：串聯地與變壓器繞組上的第一抽頭和中性端子直接耦合的第一微機電系統(MEMS)開關模塊；串聯地與變壓器繞組上的第二抽頭和中性端子直接耦合的第二MEMS開關模塊；可操作地耦合到第一MEMS開關模塊和第二MEMS開關模塊的控制器，該控制器配置成生成要分別由第一和第二MEMS開關模塊接收的第一和第二信號，所述第一和第二信號引起第一MEMS開關模塊轉換到關閉位置以及引起第二MEMS開關模塊轉換到打開位置以在第一時間獲得變壓器繞組上的第一預定匝數比，該控制器還配置成生成到第二MEMS開關模塊的第三信號，所述第三信號引起第二MEMS開關模塊在第一時間之后的第二時間轉換到關閉位置，該控制器還配置成生成要在第二時間之后的第三時間由第一MEMS開關模塊接收的第四信號，第一MEMS開關模塊配置成響應第四信號在檢測到的交流的零交叉處從關閉位置轉換到打開位置以獲得變壓器繞組上的第二預定匝數比；以及耦合到第一MEMS開關模塊和第二MEMS開關模塊的控制電路，該控制電路配置成在第一MEMS開關模塊和第二MEMS開關模塊各處于關閉位置中時阻止變壓器繞組之間的高循環電流的創建。