(57)【要約】  負荷時変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための駆動系は、タップ切替操作を行うため、前記タップ切替装置の可動部分を移動させるために当該部分に接続可能な電気モータ（２０）を備える。当該系は、前記電気モータ（２０）に電源（２４）を接続するための同期変流機（３３）と、モータの操作およびそれにより前記タップ切替装置の操作を制御するために同期変流機を制御する制御装置（３４）を備える。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷時変圧器（２）の電圧調整用タップ切替装置（７）の操作のための駆動系であって、前記系は、タップ切替操作を行うために前記タップ切替装置の可動部分（７’）を移動させるために当該部分に接続可能な電気モータ（２０，２０’）、前記電気モータをその操作のために電源（２４）に接続するための手段と、モータの操作およびそれにより前記タップ切替装置の操作を制御するための装置（３４）を備え、前記系は前記電源を前記電気モータに接続するための同期変流機（３３，３３’）を備え、および前記制御装置（３４）はモータ（２０，２０’）の操作を制御するために前記同期変流機を制御するよう構成されており、
当該系が、電気モータ（２０，２０’）の出力シャフト（２１）の動作とタップ切替装置の可動部分の位置とを検出する手段、および当該検出手段（３６）から前記制御装置（３４）に情報を送信する手段（４１）を備え、前記制御装置（３４）が一方でコンピュータ化されており、もう一方で前記電源の異なる電圧レベルおよび前記駆動系により操作されるタップ切替装置の異なる特性に駆動系を適応させることができるように、試運転前および使用時に構成可能且つカスタマイズ可能であることを特徴とする駆動系。
【請求項２】
前記制御装置（３４）が、前記系により操作されるタップ切替装置の特性に関する情報を持った、顧客固有のパラメータファイルを受信できるようにすることによって、構成およびカスタマイズ可能であることを特徴とする、請求項１に記載の系。
【請求項３】
駆動系が更に、前記電源と前記同期変流機との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ（２６，４０’）、および前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するための手段（２７）を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびそれを制御するための前記手段が、前記電源（２４，２４’）により供給される電圧のレベルに実質的に関係なく、実質的に一定レベルの電圧を前記同期変流機（３３，３３’）に送ることを特徴とする、請求項１または２に記載の系。
【請求項４】
駆動系が、９０ＶＤＣ−４００ＶＤＣまたは１００ＶＡＣ−３００ＶＡＣの電圧を供給する前記電源（２４）に接続され、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２６）が、実質的に一定レベルの電圧、例えば３５０Ｖ−４５０Ｖ、好適には約４００Ｖを前記同期変流機（３３）に送るブーストコンバータであることを特徴とする、請求項３に記載の系。
【請求項５】
系が確実に前記電源から平滑な電流をタップするように、駆動系が前記電源と前記同期変流機（３３）の間に接続された力率補正コンバータ（２６）をさらに備えることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の系。
【請求項６】
前記力率補正コンバータが、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ（２６）により構成されることを特徴とする、請求項３または５に記載の系。
【請求項７】
駆動系がＡＣを供給する電源（２４，２４’）に接続され、系が、系を前記電源に接続するパッシブ整流器（２５，２５’）を備えることを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の系。
【請求項８】
駆動系が、前記電気モータ（２０）に送られた電流および電圧を測定するための手段（３５）、タップ切替操作中のエネルギー消費量および必要な瞬時電力またはトルクを計算するための手段、そうして設定された計算値を保存するための手段、および前記計算値を対応するそのような保存値と比較し、且つ該比較結果に基づいて前記タップ切替装置のいずれかの可動部分にメンテナンスが必要かどうかを決定するための手段を備えることを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の系。
【請求項９】
前記制御装置（３４）が、前記系および／またはタップ切替装置の適切な機能を確認するために、タップ切替装置の前記可動部分の極所運動、つまり完全なタップ切替操作を実行するわけではない可動部分の運動を取得するために、電気モータ（２０，２０’）を制御するために前記同期変流機（３３，３３’）を制御することを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の系。
【請求項１０】
前記検出手段が、タップ切替装置の前記可動部分の位置を決定するために前記電気モータ（２０，２０’）の出力シャフト（２１）に接続された回転センサ（３６）を備え、該回転センサが、前記制御装置（３４）に前記位置の情報を送達することを特徴とする、請求項１ないし９のいずれか１項に記載の系。
【請求項１１】
前記回転センサ（３６）が、リゾルバまたはエンコーダであることを特徴とする、請求項８に記載の系。
【請求項１２】
前記回転センサ（３６）が、タップ切替装置の全ての可能なタップ切替位置を通過しながら実質的に一回転するように、前記電気モータの出力シャフト（２１）に接続されたリゾルバであることを特徴とする、請求項１１に記載の系。
【請求項１３】
前記電気モータ（２０）が、ＡＣモータ、例えば非同期モータ、常時励起同期モータ、ブラシレスＤＣモータ、またはリラクタンスモータであることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の系。
【請求項１４】
前記同期変流機（３３）が、電圧源コンバータ（ＶＳＣ）であることを特徴とする、請求項１３に記載の系。
【請求項１５】
前記制御装置（３４）が、電気モータを駆動または制動する交流電圧を送るためにパルス幅変調パターンにしたがってＶＳＣコンバータ（３３）を制御することを特徴とする、請求項１４に記載の系。
【請求項１６】
前記電気モータ（２０’）が、ＤＣモータ、例えば常時励起直流モータまたは一般的な電流モータであることを特徴とする、請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の系。
【請求項１７】
前記同期変流機が、電流源コンバータ（ＣＳＣ）であることを特徴とする、請求項１６に記載の系。
【請求項１８】
駆動系が、少なくとも８００ｋＶＡの定格電力および／または少なくとも１１ｋＶの定格電圧を有する負荷時変圧器（２）の電圧調整用タップ切替装置の操作に適していることを特徴とする、請求項１ないし１７のいずれか１項に記載の系。
【請求項１９】
送電または配電系における変圧器（２）の電圧調整のためのタップ切替操作を実行するための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の駆動系の使用。
【請求項２０】
前記変圧器が、発電機（４）に接続されており、およびパワープラントの一部である、請求項１９に記載の使用。
【請求項２１】
高圧直流または高圧交流などのための高電圧送電系における変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の駆動系の使用。
【請求項２２】
前記送電系が、５０ｋＶ−１０００ｋＶの電圧用に設計されている、請求項２１に記載の使用。
【請求項２３】
高出力アーク炉に接続された変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための、駆動系の使用。
【請求項２４】
少なくとも８００ｋＶＡの定格電力および／または少なくとも１１ｋＶの定格電圧を有する負荷時変圧器（２）の電圧調整用タップ切替装置の操作のための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の駆動系の使用。
【請求項２５】
工業内などで送電または配電ラインまたは配電網からの動力供給を調整するためのスイッチギアにおける変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための、請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の駆動系の使用。
【請求項２６】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載のタップ切替装置駆動系を備えた変圧器を有する電力プラント。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負荷時変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための駆動系に関し、前記系は、タップ切替操作を行うために前記タップ切替装置の可動部分を移動させるために当該部分に接続可能な電気モータと、電気モータの操作のために電気モータを電源に接続するための手段と、モータの操作およびそれにより前記タップ切替装置の操作を制御するための装置を備え、前記系は前記電気モータに電源を接続するための同期変流機を備え、そして前記制御装置はモータの操作を制御するために前記同期変流機を制御するようにできている。
【０００２】
この種のタップ切替装置は、変圧器が負荷に接続されている間、変圧器の出力で電圧を調整するために使用されることから、技術者の間で負荷時タップ切替装置と呼ばれる。これらは通常、前記負荷の大きさに関係なく変圧器からの電圧を一定に保つために使用され、よって、負荷（電力消費）が例えば前記変圧器に接続された送電網上で一層高くなっても変圧器の一または複数の第二巻線のさらに大部分が前記タップ切替装置によって制御されタップされる。添付の図１は、導入部分による駆動系を備えたタップ切替装置の使用例を概略的に図示したもので、本発明を当該特定の適用に限定するものではない。オイルバス３に浸された変圧器２の３つの二次巻線のうちの一つ１だけが示されている。また、５で示されたように電力の発生器４がどのように変圧器の一次巻線に接続されているかが示されている。変圧器の第二巻線は、送電のための網６、ここでは高電圧交流電流網に接続されている。しかしながら、変圧器の二次巻線を、電圧を高圧直流送電線のための直流電圧に変換するための、一または複数のコンバータ、例えば電流源または電圧源コンバータに接続することも可能である。
【０００３】
タップ切替装置７が非常に概略的に示されており、これは、変圧器の各二次巻線の２つの電圧タップポイントのうちの一つ７’の位置を変更するようにできており、よって、こういった各二次巻線のタップされた巻数が、タップ切替装置の操作によって約９０％から１００％まで変えられる。電源９に接続され、そしてシャフト１０の回転のために図示されていない電気モータを有する駆動系８は、オイルバス容器１１の外側に配設される。タップ切替装置７はこのように、シャフト系１２を介してタップ切替操作を実行するために制御される。前記タップ切替装置は、タップ切替操作中、変圧器の出力へのタップ切替接続を維持しなければならず、該接続は、巻線が短絡した期間、短絡電流を低レベルに維持するための抵抗器を用いる間、当該技術分野で周知の切替シーケンスを介して確立される。よって、前記網６上での負荷が増えると、タップ切替装置７は駆動系８を介して、変圧器の二次巻線のさらに大部分をタップするためにそのタップ位置を変更するために制御される。
【背景技術】
【０００４】
図２は、周知の種類の駆動系がどのように構成および操作されるかを説明するために用いられる。駆動系がどのように、典型的に９０ＶＤＣ−４００ＶＤＣまたは１００ＶＡＣ−３００ＶＡＣの電圧を有しうる、電力網の形態の電源９に接続されている、電気モータ１３、例えば非同期モータを備えるかが示されている。当該系はまた、電源９をモータ１３に直接接続するリレー１５を制御することによってモータの操作を制御するための手段１４を備える。また、モータの出力シャフト１６がどのように、前記シャフト系のシャフト１８に繋がったギア１７に接続されるかが示されている。当該駆動系はまた、タップ切替操作の終わりにモータを止めるための機械的ブレーキ１９を備える。
【０００５】
当該駆動系には複数の短所がある。こういった駆動系はそれぞれ一種類のタップ切替装置、および末端顧客に依存し、通常はタップ切替装置が使用される国の特定の電源電圧とのみ互換性があるため、現行の種類のタップ切替装置に合わせて一つ一つを新しくカスタムメイドしなければならない。これは、こういった駆動系は新しいものはそれぞれ最初から専用のタップ切替装置および専用の顧客を有するため、完成した駆動系を在庫としておいて置くことは非効率的であり、よって納品に時間が掛かることを意味する。また、これらの状況により製造業者は、全ての異なる駆動系のために大量の異なる部品、２０もの異なるモータ、リレー、モータ保護装置等を在庫として保管しておかざるを得ない。さらに、各タップ切替操作の終わりに動作を停止するために使用される機械的ブレーキは定期点検および調整を必要とし、これは駆動系の筐体内のブレーキダストの一因となり、駆動系の電子部品の故障を引き起こしうる。
【０００６】
特許文献１は、導入部分で定義したような駆動系を開示しているが、完成した駆動系の在庫としての保管や、そういった系のための部品を保管しておくことについての上述した問題に取り組んでいない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−０１５７４７号公報
【発明の概要】
【０００８】
本発明の目的は、導入部分で定義した種類の駆動系を提供することであり、これにより、周知のような駆動系の上述した問題のいくつかが少なくとも軽減される。
【０００９】
この目的は、本発明によると、電気モータの出力シャフトの動作とタップ切替装置の可動部分の位置とを検出するようにできた手段、および当該検出手段から前記制御装置に情報を送信するようにできた手段を備えることと、前記制御装置が一方でコンピュータ化されており、もう一方で前記電源の異なる電圧レベルおよび駆動系により操作されるタップ切替装置の異なる特性に駆動系を適応させることができるように試運転前および使用時に構成可能且つカスタマイズ可能であることとを特徴とする駆動系を提供することによって達成される。
【００１０】
このように同期変流機を介して電気モータに電力供給し、および該変流機を制御することによりモータの操作を制御することによって、特許文献１による駆動系の場合も可能なように、いわゆる四象限駆動系が得られ、これは、正および負トルクが電気モータの出力シャフトに印加され、よって各タップ切替操作の終わりに前記可動部分の動作を停止するために機械的ブレーキが不要となることを意味する。したがって、これにより、こういった機械的ブレーキが存在することに関わる問題は全て解決される。
【００１１】
しかしながら、最も重要なのは、本発明における、前記検出手段の存在と、制御装置のコンピュータ化とその結果試運転前および使用時に当該装置を構成可能且つカスタマイズ可能にできることであり、駆動系を前記電源の異なる電圧レベル、および駆動系により操作されるタップ切替装置の異なる特性に適応させられることである。これにより、同期変流機の制御が異なる種類のタップ切替装置に適応でき、および、前記同期変流機の制御と製造時に電気モータを適切に準備することとの両方によって、または適切な電圧調整手段により前記同期変流機を前記電源に接続することによって、実際の電源電圧への適応が行われうるため、全ての異なる種類のタップ切替装置に適合し、そして前記電源の全ての異なる電圧と互換性があるように駆動系を設計することが可能となる。
【００１２】
したがって、多くは国によって決まるタップ切替装置と顧客の種類に関係なく、一つの共通した駆動系の設計が達成され、これにより、いかなる潜在的顧客にも納品できる駆動系を在庫として保管することが可能となり、それにより駆動系の納期が短縮される。必要なのは、例えば駆動系を別の変圧器に移したときに制御装置のソフトウェアに変更を加えるなど、それぞれ意図される操作状況に合わせて駆動系を構成およびカスタマイズすることだけである。本発明の実施態様によると、これは、制御装置が、前記系により操作されるタップ切替装置の特性に関する情報を持った顧客固有のパラメータファイルを受信できるようにすることによってなされる。また別の利点は、駆動系の設計をより小型化でき、コストが節約できる点である。
【００１３】
「電気モータの出力シャフトの動作とタップ切替装置の可動部分の位置とを検出する」とは広義に解釈されるべきであり、前記動作の直接的な結果である何か、または前記位置と関連する何かを検出することによる間接的な検出も含むことに注目されたい。何かとは、例えば前記シャフトまたはタップ切替装置に接続された他の可動部分でありうる。
【００１４】
本発明の実施態様によると、当該系は、前記電源と前記同期変流機との間に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ、および前記ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するための手段を備え、前記ＤＣ／ＤＣコンバータおよびそれを制御するための前記手段は、前記電源により供給される電圧のレベルに実質的に関係なく、実質的に一定レベルの電圧を前記同期変流機に送るようにできている。これはすなわち、駆動系の同期変流機が、駆動系がどの顧客に納品されるかに関係なく常に同一レベルの電圧を受け取ることができ、そしてその結果、駆動系を対象の種類のタップ切替装置に適応させるために、同期変流機の制御を実行できることを意味する。
【００１５】
本発明のまた別の実施態様によると、当該系は、９０ＶＤＣ−４００ＶＤＣまたは１００ＶＡＣ−３００ＶＡＣの電圧を供給する前記電源に接続されるようにできており、そして前記ＤＣ／ＤＣコンバータは、実質的に一定レベルの電圧、例えば３５０Ｖ−４５０Ｖ、好適には約４００Ｖを前記同期変流機に送るようにできたブーストコンバータである。これはすなわち、駆動系がどの顧客に納品されるか、つまりその顧客が使用する電源の一般的な電圧レベルに関係なく同一の電圧を同期変流機に提供でき、それにより、任意の適切な供給業者からの標準的な電気モータ、例えば非同期モータの使用が可能となることを意味する。
【００１６】
本発明のまた別の実施態様によると、当該系はさらに、系が前記電源から平滑な電流をタップしていることを確実にするために、前記電源と前記同期変流機の間に接続された力率補正コンバータを備え、および好適にはこの力率補正特性は前記ＤＣ／ＤＣコンバータ内に含まれる。前記駆動系によるタップ切替装置の操作の結果生じる前記電源での外乱がこれにより回避され、よって例えば交流電圧電源の場合、確実に滑らかな洞調律状の電流が電源から駆動系に供給される。これにより、電源と電気モータの間にフィルタの必要性がなくなるかまたは少なくとも低減される。
【００１７】
本発明のまた別の実施態様によると、当該系は、交流電圧を供給する電源に接続されるようにできており、および当該系は、系を前記電源に接続するようにできたパッシブ整流器を備える。本発明による駆動系は、レベルおよび種類の点で全ての異なる供給電圧、直流電圧または交流電圧に使用されうることに注目されたい。当該駆動系は、自動的に実際の供給電圧に適応する。
【００１８】
本発明のまた別の実施態様によると、当該系は、前記電気モータに送られた電流および電圧を測定するための手段、タップ切替操作中のエネルギー消費量および必要な瞬時電力またはトルクを計算するための手段、そうして設定された計算値を保存するための手段、および前記計算値を対応するそのような保存値と比較し、且つ該比較結果に基づいて前記タップ切替装置のいずれかの可動部分にメンテナンスが必要かどうかを決定するための手段を備える。この測定および比較により、タップ切替操作の実行に必要なトルクが増加するか減少するかを決定することが可能となり、これは例えばベアリングの初期磨耗についての有益な情報を与えるものでありうる。駆動系の状態についてのこういった情報は、サブステーションまたは他のメインコンピュータに伝達される。これはすなわち、初期段階で機械的磨耗を知らせることによって故障が防止され、故障前の修理が可能になることを意味する。さらに、必須の機械的部品を定期的に交換する必要がなくなり、その代わりに本当に必要なときに交換でき、その結果、相当な大きさでありうる、特に作業面でのコストが削減される。
【００１９】
本発明のまた別の実施態様によると、前記制御装置は、系および／またはタップ切替装置の適切な機能を確認するために、タップ切替装置の前記可動部分の極所運動、つまり完全なタップ切替操作を実行するわけではない可動部分の運動を取得するために、電気モータを制御するために前記同期変流機を制御するようにできている。こういった極所運動は、同期変流機の制御による電気モータの制御のおかげで、いずれの方向および開始位置に戻る方向においても実行が容易であり、タップ切替装置が一旦作動しなければならなくなると確実に適切に機能するように、タップ切換装置全体を作動させることなくこのように制御を実行できることは、長期間運転を停止していたタップ切替装置に使用される駆動系において特に重要である。駆動系の状態についてのこの情報はまた、サブステーションまたは任意のメインコンピュータに伝達されうる。
【００２０】
本発明のまた別の実施態様によると、前記検出手段は、タップ切替装置の前記可動部分の位置を決定するために前記電気モータの出力シャフトに接続された回転センサを備え、そして該回転センサは、前記制御装置に前記位置の情報を送達するようにできている。前記制御装置の、同期変流機およびそれによる電気モータの制御と併せてこういった回転センサを使用することで、当該種類の周知の駆動系で使用される高価な電気機械装置とは逆に簡単およびコスト効率の高い方法で各タップ切替操作の終わりに位置の絶対測定を得ることが可能となる。
【００２１】
本発明の実施態様によると、前記回転センサは、リゾルバまたはエンコーダであり、リゾルバの場合、タップ切替装置の全ての可能なタップ切替位置を通過しながら実質的に一回転するように、前記電気モータの出力シャフトに接続される。よって、リゾルバの位置はこのとき問題のタップ切替位置を正確且つ明瞭に示す。「前記電気モータの出力シャフトに接続される」とは、例えばギア手段による間接的な接続も含むことに注意されたい。
【００２２】
本発明のまた別の実施態様によると、前記電気モータは、ＡＣモータ、例えば非同期モータ、常時励起同期モータ、ブラシレスＤＣモータ、またはリラクタンスモータである。非同期モータは、寿命までに必要とされる点検修理が最小限で済む非常にロバストで、信頼性があり且つ安価なモータであるため、特に有利である。さらに、モータは、様々な産業上のアプリケーションにおいて一定および可変の速度の駆動によく利用される。
【００２３】
本発明の実施態様によると、ＡＣモータは、電圧源コンバータ（ＶＳＣ）の形態の前記同期変流機を制御することによって制御される。こういったＶＳＣコンバータは、ターンオフタイプの任意の制御可能な半導体装置であってよく、そしてＩＧＢＴはこういった適切な電力半導体装置の一つである。
【００２４】
本発明のまた別の実施態様によると、前記制御装置は、電気モータを駆動または制動する交流電圧を送るためにパルス幅変調パターンにしたがってＶＳＣコンバータを制御するようにできている。これは、全ての考えられる種類の負荷時タップ切替装置のタップ切替操作を制御する適切で確実且つ簡単な方法となる。
【００２５】
本発明のまた別の実施態様によると、前記電気モータは、ＤＣモータ、例えば常時励起直流モータまたは一般的な電流モータである。よって、本発明による駆動系は、モータの操作を制御するための同期変流機の設置のおかげで、ＡＣモータだけでなくＤＣモータも使用できる可能性が広がる。
【００２６】
ＤＣモータの場合、本発明のまた別の実施態様によると、前記同期変流機は電流源コンバータ（ＣＳＣ）である。
【００２７】
本発明のさらにまた別の実施態様によると、駆動系は、少なくとも８００ｋＶＡの定格電力および／または少なくとも１１ｋＶの定格電圧を有する負荷時変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作に適している。本発明による駆動系は、この種の「大型」変圧器の電圧調整に使用される負荷時タップ切替装置に適している。
【００２８】
本発明はまた、送電または配電系における変圧器の電圧調整のためのタップ切替操作を実行するための本発明による駆動系の使用に関し、ここで、本発明の駆動系の有利な特徴から利益を受けることが可能で、および接続される負荷に関係なく、確実に変圧器からの電圧を実質的に一定に保てることが重要である。このとき、変圧器は発電機に接続されてよく、およびパワープラントの一部であってよい。
【００２９】
駆動系の好適な使用は、例えば高圧直流または高圧交流のための高電圧送電系における変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための使用である。前記送電系はこのとき、５０ｋＶ−１０００ｋＶの電圧用に設計されうる。
【００３０】
駆動系のまた別の適切な使用は、高出力アーク炉に接続された変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための使用である。
【００３１】
駆動系のまた別の適切な使用は、例えば工業内で送電または配電ラインまたは配電網からの動力供給を調整するための、スイッチギアにおける変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための使用である。こういったタップ切替装置はしたがって有利には、例えば工業用動力網に供給される動力を調整するための工業用スイッチギアの入力側で、工業内で使用されるものである。
【００３２】
本発明はまた、本発明によるタップ切替装置駆動系を備えた変圧器を有する電力プラントに関する。
【００３３】
本発明のさらなる利点および有利な特徴は、以下の記述から明らかとなる。
【００３４】
添付の図面を参照して、以下に実施例としての本発明の実施態様を詳細に記載する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】負荷時変圧器の電圧調整用タップ切替装置の操作のための駆動系の可能な使用を図示した非常に概略的な図である。
【図２】タップ切替装置の前記操作のための周知の駆動系を図示した概略図である。
【図３】本発明の実施態様による駆動系を図示した概略的な回路図である。
【図４】図３による駆動系の一部をさらに詳細に図示した回路図である。
【図５】本発明の駆動系を介したタップ切替操作実行時の、電気モータの出力シャフトのトルク対時間の簡易化したグラフである。
【図６】図３による駆動系の一部を図示した斜視図である。
【図７】本発明のまた別の実施態様による駆動系の図４に対応する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
発明の実施態様の詳細な説明
本発明の実施態様による駆動系は図３に概略的に図示されており、非同期モータの形態の電気モータ２０を備え（力率および物理的大きさから判断すると４極の機械が最適であるが、２，６または８極といった他の機械も可能である）、その出力シャフト２１は、接続されたタップ切替装置のタップ切替操作を実行するために、ギア２２を介してシャフト系の可動部分２３に接続されている。非同期モータ２０は電源２４から電力供給され、ここで該電源は交流電圧電源であるが、直流電圧を供給するものであってもよい。電源２４は例えば、９０ＶＤＣ−４００ＶＤＣまたは１００ＶＡＣ−３００ＶＡＣの電圧を有しうる。
【００３７】
ここから図４も参照する。駆動系は、交流電源電圧を直流電圧に変換するためにダイオード整流器の形態のパッシブ整流器２５を備える。当該整流器の出力はブーストコンバータ２６に接続され、当該コンバータは、整流器２５を介して電源２４から供給される電圧のレベルに関係なく、その出力において例えば４００Ｖの実質的に一定レベルの電圧を得るために制御手段２７により制御されるＤＣ／ＤＣコンバータである。当該ブーストコンバータはまた、電源２４から引き出される電流が実質的に滑らかな洞調律状を有することを確実とする力率補正機能を備える。整流器ダイオード２９と直列接続されたインダクタ２８、およびインダクタとダイオードの間のポイントと他のＤＣ極のポイントとを相互接続する制御手段２７により制御されるＩＧＢＴ３０を含む、ブーストコンバータの可能な設計が図４に示されている。ブーストコンバータ２６に供給される電流および電圧のそれぞれを測定し、且つ前記電流および電圧についての情報を制御手段２に送達して、その出力において実質的に一定レベルの電圧を供給するために当該情報がブーストコンバータを制御することを確実とするために、手段３１，３２が配設されている。同期変流機の入力におけるこの一定のＤＣ電圧はすなわち、標準的な２４０Ｖ  Δ  ４００Ｖ  Ｙ  非同期モータが全供給電圧範囲について使用でき、且つ同期変流機が一つの特定の電圧に仕様化されうることを意味する。
【００３８】
ブーストコンバータ２６の出力は、交流電圧を電気モータ２０に送るためにパルス幅変調パターン（ＰＷＭ）にしたがって制御装置３４により制御されるＶＳＣコンバータの形態の同期変流機３３に接続されている。図４は、こういった、ＩＧＢＴまたはＦＥＴなどのターンオフタイプの半導体装置のバルブを備えた同期変流機の従来からの設計を示す。当該同期変流機のＩＧＢＴはしたがって、電気モータ２０に供給される交流電圧の周波数より少なくとも一桁分高い、例えば２０−４０倍高い周波数で制御されることとなる。ＤＣ／ＤＣコンバータ２６は好適には、タップ切替操作が実行されるべきときにのみ有効にされ、よってそういった操作と操作の間、ＤＣ／ＤＣコンバータは休止され、その結果、同期変流機３３への中間リンクにおける電圧が電源２４の供給電圧に依存した電圧に下がる。これは第一に、ＤＣ／ＤＣコンバータ２６の半導体装置の寿命を延ばすためになされる。その結果、タップ切替操作の前にＤＣ／ＤＣコンバータを開始するとき、時間単位当たりの電圧上昇が抑えられ、前記中間リンクの特にコンデンサ４１へのストレスが最小限に抑えられる。
【００３９】
当該系はまた、電気モータに送られる電流および電圧を測定するための手段３５、タップ切替操作中のエネルギー消費量および必要な瞬時電力またはトルクを計算するための、およびそうして設定された計算値を保存するための、前記制御装置３４と一体化された手段、および前記計算値を、対応するそのような保存値と比較し、且つ該比較結果に基づいてタップ切替装置のいずれかの可動部分にメンテナンスが必要かどうかを決定するための手段を備える。
【００４０】
電気モータ２０の、ギア２２からの出力シャフト２３は、図６に示されたリゾルバ３６の形態の回転センサに接続されている。当該リゾルバは、制御装置３４が同期変流機を制御し且つそれにより電気モータ２０および正確にタップ切替操作の終わりにタップ切替装置の可動部分を制御するために、手段４１を介してタップ切替装置の可動部分の正確な位置についての情報を、前記制御装置３４に送達するようにできている。この場合は、タップ切替装置は、問題の変圧器の異なる巻線に接続された３５もの異なる接点を有する。シャフト２３は、モータが２５回転すると一回転し、タップ切替操作中５回転することとなり、そういった一回のタップ切替操作の間、リゾルバシャフトは１０度しか移動しない。これはすなわち、リゾルバ３６が３５０度回転する間にそういった操作が３５回行われることを意味する。
【００４１】
制御装置３４は、内部ＣＡＮを介して、パワープラントと通信するための図示されていない表示ユニット３７およびＩ／Ｏボードに接続されうる。
【００４２】
図３に示された駆動系は、いかなるレベルの電源電圧およびそれにより操作されるタップ切替装置の種類にも使用されうる。特定の種類のタップ切替装置に適応させるには、顧客固有のパラメータファイルを制御装置に導入し、当該制御装置にタップ切替装置のタップ切替位置の数および表示ユニットで使用される言語についての情報を提供するだけである。制御装置３４は、同期変流機３３の制御を介し電気モータ２０を制御して任意の、つまり正および負の両方のトルクをその出力シャフト２１に伝えるため、タップ切替操作の終わりにタップ切替装置の可動部分を正確に停止するための機械的ブレーキは必要ない。
【００４３】
タップ切替操作中、時間ｔとともにトルクＴがどのように変化するかが図５に概略的且つ非常に簡略的に示されている。タップ切替操作は時間Ａで開始し、ここで制御装置３４は同期変流機３３を制御して電気モータ２０の制御を開始し、タップ切替装置の可動部分を動作させるために正トルクを伝え、そして時間Ｂにおいてモータ２０は同期変流機３３を介して、タップ切替操作がＣで完了するまで、モータの出力シャフト２１を制動する負トルクを伝えるように制御される。
【００４４】
図７は、本発明のまた別の実施態様による駆動系の一部を図示する図４に対応する図であり、ここで三相交流電圧２４’が、いわゆるバックコンバータ４０’を介して常時励起ＤＣモータ２０’に接続されたパッシブ整流器２５’、および電気モータ２０’に電力供給する同期変流機３３’に接続されている。
【００４５】
本発明はもちろん、決して上述の実施態様に限定されるものではなく、添付の請求項に記載の本発明の根本概念から逸脱することのない変形についての多くの可能性が当業者に明らかとなる。
【００４６】
上記で示した種類以外の電気モータも使用でき、駆動系で使用される電子部品の種類および数ももちろん変更できる。このように、駆動系は、ＤＣ、単相ＡＣおよび三相ＡＣといったいかなる種類の電源にも接続されるようにできていてよい。
【００４７】
図３に示された実施態様は、実質的に一定レベルの電圧を同期変流機３３に送るために必ずしもコンバータを必要としないが、異なる顧客の可能な電圧レベルを考慮して非同期モータ２０を同期変流機３３の入力における最低限の電圧を対象に構成する（巻く）場合、コンバータを省くことが可能である。
【００４８】
ＤＣ／ＤＣコンバータを制御するために別個の手段を設ける必要はなく、その制御は、同期変流機の制御によりモータを制御する装置で実施されてもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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