使用ＭＥＭＳ技术的变压器带载抽头变换器制造技术

本发明专利技术名称为“使用ＭＥＭＳ技术的变压器带载抽头变换器”。公开一种用于变压器绕组（１２）的带载抽头变换器（１０）。该ＯＬＴＣ包括串联地与变压器绕组（１２）上的第一抽头和中性端子（１６）耦合的第一ＭＥＭＳ开关（１８）。该ＯＬＴＣ还包括串联地与变压器绕组（１２）上的第二抽头和中性端子（１６）耦合的第二ＭＥＭＳ开关。该ＯＬＴＣ还包括耦合到第一ＭＥＭＳ开关和第二ＭＥＭＳ开关的控制器（４０），控制器（４０）配置成协调第一ＭＥＭＳ开关模块（１８）和第二ＭＥＭＳ开关模块（１８）的开关操作，从而为变压器绕组（１２）获得第一预定匝数比和第二预定匝数比。

【技术实现步骤摘要】

本文公开的主题涉及用于高电压装置的带载抽头变换器(on-loadtap changer), 并且确切地来说涉及利用微机电系统(MEMS)技术的用于高功率变压器的带载抽头变换ο
技术介绍
目前，复杂的机械开关组装件实现带载抽头变换器(OLTC)。机械OLTC机构包括 电动机，用于对强力弹簧充电以打开和关闭这些OLTC机构的开关组装件中的开关。开关组 装件中的开关以机械联锁协调的次序被机械地开动并和关，以便使开关打开和关闭与正确 的时序协同。这些机械联锁能约束并阻止开关动作发生。虽然已经做出许多开发来减少开 关接触电应力(例如减少每个开关打开时的燃弧)，但是主要的故障模式是开关接触故障。 而且，因为OLTC开关组装件具有许多集成且机械的移动部件，所以它存在频繁的问题并且 必须定期维护，这能是成本昂贵的。而且，因为常规OLTC开关组装件浸入在绝缘媒体(例 如油或SF6气体)中以减少燃弧问题，所以OLTC开关组装件的维护能够是成本昂贵且耗时 的。机械OLTC机构还是体形大、缓慢且噪声大的，这些可能是不合乎需要的。常规OLTC的 机械移动部件是包括OLTC的电力变压器中的问题的显著部分的源头。已使用固态开关装置以减少少许的故障模式，但已知的是，当用作变压器带载抽 头变换器应用中的开关组件时具有其他故障或缺点。众所周知，半导体开关部件展现寄生 能量损耗和不合乎需要的关态泄露(off-state leak)。甚至在半导体开关处于开时它们还 有正向电压降。当半导体开关处于打开位置时，它仍让非常少的电流通过，这是不合乎需要 的。虽然固态开关能提供高开关速度，但是它们遭受显著的功率损耗并且能够是非常昂贵 的。因此，合乎需要的是具有一种用于高供电的变压器的带载抽头变换器，其使用具 成本效率且能够以小于一微秒并以通过分流能量而无电弧的方式来进行开关的开关技术。 进一步合乎需要的是具有一种用于高供电的变压器的带载抽头变换器，其使用能减少或消 除常规开关的开关故障模式和消除半导体化开关部件的寄生能量损耗的开关技术。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供一种用于变压器绕组的带载抽头变换器。该OLTC包 括串联地与变压器绕组上的第一抽头和中性端子直接耦合的第一微机电系统(MEMS)开 关模块；串联地与变压器绕组上的第二抽头和中性端子直接耦合的第二 MEMS开关模块；以 及可操作地耦合到第一 MEMS开关模块和第二 MEMS开关模块的控制器，该控制器配置成生 成要分别由第一和第二 MEMS开关模块接收的第一和第二信号，所述第一和第二信号引起 第一 MEMS开关模块转换到关闭位置以及引起第二 MEMS开关模块转换到打开位置以在第 一时间获得变压器绕组上的第一预定匝数比，该控制器还配置成生成到第二 MEMS开关模 块的第三信号，所述第三信号引起第二 MEMS开关模块在第一时间之后的第二时间转换到关闭位置，该控制器还配置成生成要在第二时间之后的第三时间由第一 MEMS开关模块接 收的第四信号，第一 MEMS开关模块配置成响应第四信号在检测到的交流的零交叉(zero crossing)处从关闭位置转换到打开位置以获得变压器绕组上的第二预定匝数比。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于变压器绕组的0LTC。该带载抽头变换器 包括串联地与变压器绕组上的第一抽头和中性端子直接耦合的第一微机电系统(MEMS) 开关模块；串联地与变压器绕组上的第二抽头和中性端子直接耦合的第二 MEMS开关模块； 可操作地耦合到第一 MEMS开关模块和第二 MEMS开关模块的控制器，该控制器配置成生成 要分别由第一和第二 MEMS开关模块接收的第一和第二信号，所述第一和第二信号引起第 一 MEMS开关模块转换到关闭位置以及引起第二MEMS开关模块转换到打开位置以在第一时 间获得变压器绕组上的第一预定匝数比，该控制器还配置成生成到第二 MEMS开关模块的 第三信号，所述第三信号引起第二 MEMS开关模块在第一时间之后的第二时间转换到关闭 位置，该控制器还配置成生成要在第二时间之后的第三时间由第一 MEMS开关模块接收的 第四信号，第一 MEMS开关模块配置成响应第四信号在检测到的交流的零交叉处从关闭位 置转换到打开位置以获得变压器绕组上的第二预定匝数比；以及耦合到第一 MEMS开关模 块和第二 MEMS开关模块的控制电路，该控制电路配置成在第一 MEMS开关模块和第二 MEMS 开关模块各处于关闭位置中时阻止变压器绕组之间的高循环电流的创建。根据本专利技术仍有的另一方面，提供一种用于装配用于变压器绕组的OLTC的方法。 该方法包括将第一微机电系统(MEMS)开关模块与变压器绕组上的第一抽头和中性端子串 联耦合；将第二 MEMS开关模块与变压器绕组上的第二抽头和中性端子串联耦合；以及可 操作地将控制器耦合到第一 MEMS开关模块和第二 MEMS开关模块，该控制器配置成生成要 分别由第一和第二 MEMS开关模块接收的第一和第二信号，所述第一和第二信号引起第一 MEMS开关模块转换到关闭位置以及引起第二 MEMS开关模块转换到打开位置以在第一时间 获得变压器绕组上的第一预定匝数比，该控制器还配置成生成到第二 MEMS开关模块的第 三信号，所述第三信号引起第二 MEMS开关模块在第一时间之后的第二时间转换到关闭位 置，该控制器还配置成生成要在第二时间之后的第三时间由第一 MEMS开关模块接收的第 四信号，第一 MEMS开关模块配置成响应第四信号在检测到的交流的零交叉处从关闭位置 转换到打开位置以获得变压器绕组上的第二预定匝数比。从结合附图取得的以下描述中，这些和其他优点和特征将变得更加明显。附图说明在说明书的结论部分的权利要求中特别指出视为本专利技术的主题并明确地对其要 求权利。从结合附图取得的以下详细描述中，明白本专利技术的前述和其他特征和优点，其中图1是根据如本文公开的一示范实施例利用开关模块的多个MEMS的变压器绕组 的OLTC的示意图；图2是根据如本文公开的一示范实施例的流程图，其提供一种用于操作利用MEMS 开关技术来改变变压器绕组上的匝数比的OLTC的方法；图3是根据如本文公开的一个示范实施例的透视图，其示出用于多个MEMS开关模 块的每一个的示范MEMS开关的结构；图4是沿着剖面4-4的图3中示出的MEMS开关的截面图5A示出根据如本文公开的一示范实施例的处于关态中的图3的MEMS开关的沿 剖面5-5的截面图；以及图5B示出根据如本文公开的一示范实施例的处于开态(ONstate)中的图3的 MEMS开关的沿剖面5-5的截面图；详细描述参考附图通过示例来解释本专利技术的实施例以及优点和特征。 具体实施例方式示范实施例针对一种利用MEMS开关技术(例如，独立的基于MEMS的开关)来改变 变压器绕组上的匝数比或匝数的量以及有效地改变跨变压器绕组的交流(AC)的输出电压 的OLTC和用于装配此OLTC的方法。示范实施例还针对一种用于操作利用MEMS开关技术 以改变变压器绕组上的匝数比的OLTC的方法。在这些示范实施例中，使用MEMS开关减少 或消除常规开关的开关故障模式(例如，开关接触故障)并避免半导体化开关部件的寄生 能量损耗。这些示范实施例提供一种0LTC，其利用能够在少本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于变压器绕组（１２）的带载抽头变换器（１０），包括：第一微机电系统（ＭＥＭＳ）开关模块（１８），串联地与所述变压器绕组（１２）上的第一抽头和中性端子（１６）直接耦合；第二ＭＥＭＳ开关模块（１８），串联地与所述变压器绕组（１２）上的第二抽头和所述中性端子（１６）直接耦合；以及控制器（４０），可操作地耦合到所述第一ＭＥＭＳ开关模块（１８）和所述第二ＭＥＭＳ开关模块（１８），所述控制器（４０）配置成生成要分别由所述第一和第二ＭＥＭＳ开关模块（１８）接收的第一和第二信号，所述第一和第二信号引起所述第一ＭＥＭＳ开关模块（１８）转换到关闭位置以及引起所述第二ＭＥＭＳ开关模块（１８）转换到打开位置以获得所述变压器绕组（１２）上的第一预定匝数比。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LM富吉塔，K苏布拉马尼安，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]