СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ СТУПЕНЕЙ
METHOD OF CONTROLLING SWITCH OF STEPS

Изобретение касается способа контроля переключателя ступеней, который служит для безразрывного переключения нагрузки ответвлений ступенчатого трансформатора.
Переключатели ступеней уже много лет применяются во всем мире в больших количествах для безразрывного переключения нагрузки разных ответвлений обмотки ступенчатых трансформаторов. Такого рода переключатели ступеней в смысле настоящего изобретения обычно состоят из селектора для выбора без нагрузки надлежащего ответвления обмотки ступенчатого трансформатора, на которое должно осуществляться переключение, и переключателя нагрузки собственно для переключения с подключенного на новое, предварительно выбранное ответвление обмотки. Скачкообразное переключение, называемое также скачком переключателя нагрузки, происходит, как правило, с помощью аккумулятора энергии, при срабатывании которого быстро вращается включающий вал. Кроме того, переключатель нагрузки имеет обычно рабочие контакты и омические контакты. При этом рабочие контакты служат для непосредственного соединения каждого ответвления обмотки с отводом нагрузки, омические контакты - для кратковременного подключения, то есть шунтирования посредством одного или нескольких промежуточных резисторов.
Такой способ известен из публикации DE 197 44 465 C1, которая составляет ограничительную часть п. 1 формулы изобретения настоящего изобретения. В этом известном способе во время приведения в действие переключателя ступеней регистрируется крутящий момент на приводном двигателе, одновременно осуществляется регистрация каждого из текущих положений переключателя ступеней. Затем осуществляется сохранение в памяти определенных за некоторое время значений характеристики крутящего момента, причем эта характеристика крутящего момента разделяется на характерные временные области, в каждой из которых производится отдельное сравнение номинальных и фактических значений.
То есть в известном способе осуществляется распределение соответствующих крутящих моментов за определенное время, которое, в свою очередь, соответствует заданному при переключении нагрузки углу вращения.
Затем осуществляется синхронизация посредством синхронизирующего импульса, который создается при достижении некоторого характеристического состояния при переключении нагрузки в определенный, заданный момент времени. С помощью синхронизации характеристика крутящего момента нормируется и затем разделяется на характерные временные области, окна контроля, которые соответствуют определенным, конкретным для данного переключателя частям последовательности переключения. Затем происходит сравнение крутящих моментов отдельных окон контроля с предварительно сохраненными в памяти характеристическими номинальными значениями. Это разделение характеристики крутящего момента на отдельные окна является предметом вышеназванной DE 197 44 465 C1. Для описанной синхронизации и вместе с тем для создания синхронизирующего импульса при изложенном известном способе предпочтительно используется момент времени срабатывания силового аккумулятора, который, со своей стороны, в свою очередь запускает скачкообразное движение переключателя нагрузки. Это срабатывание аккумулятора энергии, как и последующий скачок переключателя нагрузки, представляет собой характерный, быстро протекающий и вместе с тем легко регистрируемый и относящийся к короткому моменту времени результат при каждом приведении в действие переключателя ступеней.
То есть в известных способах для контроля переключателя ступеней посредством «принципа окон» требуется как можно более точно определять момент времени срабатывания аккумулятора энергии и вместе с тем скачок переключателя нагрузки, чтобы по ним можно было производить упомянутую синхронизацию. Для этого обычно служит известная система контроля переключения в переключателе ступеней или в предусмотренном электроприводе. Однако если эта система контроля переключения выходит из строя, синхронизация больше не возможна. Кроме того, есть многочисленные переключатели ступеней, которые изначально не имеют системы контроля переключения.
Однако отсутствующая синхронизация приводит к тому, что, вследствие колебаний температуры, различных зависящих от направления вращения моментов размыкания кинематической цепи между электродвигателем и устройством переключения ступеней и других внешних воздействий, возможны неверные расчеты крутящего момента для данного момента времени или, соответственно, соответствующего окна и, как следствие этого, неверные или не оправданные предупреждающие сообщения или даже отключение электродвигателя без фактической неисправности переключателя ступеней.
Из DE 10 2010 033 195 B3 известен, кроме того, способ, который определяет скачок переключателя нагрузки посредством дифференцированного крутящего момента в ограниченном оценочном окне. При этом зарегистрированная характеристика крутящего момента при переключении дифференцируется, затем определяется минимум дифференцированной характеристики крутящего момента, и момент времени определенного таким образом минимума оценивается как момент времени скачка переключателя нагрузки, который при этом создает синхронизирующий импульс.
Этот усовершенствованный способ обладает, однако, существенными недостатками. У некоторых устройств переключения ступеней этого (слишком короткого) окна времени от скачка переключателя нагрузки до останова электродвигателя недостаточно, так что невозможно надежное обнаружение положения скачка переключателя нагрузки. Дополнительно следует учитывать, что имеющие большое количество гармонических составляющих питающие напряжения электропривода приводят к зашумленной характеристике крутящего момента, из-за чего не исключены неверные интерпретации дифференцирования характеристики крутящего момента и вместе с тем неправильное определение положений скачка переключателя нагрузки. Отсюда получается значительный разброс, который затрудняет надежную синхронизацию.
Задачей изобретения является указать усовершенствованный способ контроля переключателя ступеней, который простым и надежным образом обеспечивает возможность определения момента времени срабатывания аккумулятора энергии и вместе с тем скачка переключателя нагрузки и при этом позволяет осуществлять надежную синхронизацию.
Эта задача решается с помощью способа контроля переключателя ступеней с признаками первого пункта формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения касаются особенно предпочтительных усовершенствованных вариантов осуществления изобретения.
Общая идея изобретения заключается в том, чтобы использовать изменение тока нагрузки, то есть тока на переключателе ступеней, во время переключения нагрузки для определения синхронизирующего импульса. В течение переключения нагрузки ток переключателя ступеней изменяется вследствие кратковременного электрического контакта на двух соседних ответвлениях обмотки трансформатора и последующего совершенного переключения на новое ответвление обмотки, то есть следующую ступень. В соответствии с изобретением это изменение тока сопровождается скользящим нахождением эффективного значения и последующим дифференцированием этого эффективного значения. Затем определяется максимальное значение дифференцированного эффективного значения тока; момент времени его наступления, то есть максимальной величины, соотносится с моментом времени скачка переключателя нагрузки, то есть моментом времени срабатывания аккумулятора энергии, и используется в качестве момента времени синхронизации для синхронизирующего импульса, чтобы тем самым достичь нормирования процесса контроля по предварительно заданному, характеристическому событию, а именно скачку переключателя нагрузки, во время переключения переключателя ступеней. Так как при этом в соответствии с изобретением скачок переключателя нагрузки был задан как момент времени синхронизации, затем можно, зная его момент времени срабатывания, по так называемому «принципу окон», который детально описан в DE 197 46 574 C1, определять положение отдельных окон и при этом делать заключения о функционировании отдельных узлов переключателя ступеней, таких как селектор для предварительного выбора или, соответственно, переключатель, селектор ступеней для точного регулирования или переключатель нагрузки, которые при каждом переключении нагрузки приводятся в действие в определенной последовательности друг за другом.
Особенно предпочтительно, для компенсации возможных сетевых помех и во избежание неправильной синхронизации, дополнительно контролировать ток до и после определенного максимума дифференцированного эффективного значения. Если ток до и после обнаруженного переключения нагрузки не отличается, переключение нагрузки не произошло; более того, речь идет о сетевой помехе. В этом случае обнаруженное значение отбрасывается и не используется для синхронизации.
Кроме того, может быть предпочтительным избегать неправильного обнаружения посредством того, чтобы ток контролировался и его эффективное значение дифференцировалось только в одном узком временном окне оценки, в котором может ожидаться скачок переключателя нагрузки при правильном функционировании переключателя ступеней.
Особенно предпочтительно в этом изобретении, что при непрерывной регистрации тока переключение нагрузки может определяться при включенном трансформаторе непосредственно по изменяющемуся при переключении току и при этом не зависит от механических воздействий. Кроме того, предпочтительно, что предлагаемый изобретением способ может применяться даже при ручном приведении в действие переключателя ступеней, то есть в режиме использования рукоятки без электрически движущегося электродвигателя. В уровне техники это невозможно.
Ниже предлагаемый изобретением способ контроля переключателя ступеней более детально поясняется в качестве примера с помощью чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - схематичная блок-схема предлагаемого изобретением способа;
фиг. 2 - характерная характеристика тока, а также соответствующие характеристики после дифференцирования в соответствии с предлагаемым изобретением способом при переключении нагрузки переключателя ступеней;
фиг. 3 - один из предпочтительных усовершенствованных вариантов изображенного на фиг. 1 предлагаемого изобретением способа.
В последующем описании способа контроля переключателя ступеней по существу поясняются в деталях этапы предлагаемого изобретением способа для определения момента времени срабатывания аккумулятора энергии. Прочие этапы способа хотя и названы, но предполагается, что они известны соответствующему специалисту, так как они уже пояснялись в деталях в принадлежащих тому же заявителю немецких описаниях изобретений к патенту DE 197 46 574 C1, DE 197 44 465 C1, а также DE 10 2010 033 195 B3.
На фиг. 1 схематично изображен предлагаемый изобретением способ. При приведении в действие переключателя ступеней, то есть осуществлении переключения с одного ответвления обмотки на соседнее другое, сначала определяется ток I, возникающий на переключателе нагрузки переключателя ступеней. Для этого в уровне техники имеются разные средства.
Затем известным образом осуществляется регистрация положения переключателя ступеней, то есть его относительного положения за время t, во время полного переключения. Отсюда можно делать вывод, в каких текущих положениях находятся в данный момент отдельные узлы, такие как селектор для предварительного выбора, селектор и переключатель нагрузки в течение всей проходимой последовательности переключений. Эта регистрация положения осуществляется особенно предпочтительно посредством решающего устройства, которое позволяет осуществлять непрерывную регистрацию. Кроме того, регистрируется крутящий момент приводного двигателя, принадлежащего переключателю ступеней во время приведения в действие. Он может определяться особенно простым образом, когда, например, регистрируется эффективное значение тока и напряжения приводного двигателя, предусмотренного для переключателя ступеней, чтобы по ним собственно известным образом определять эффективную мощность, чтобы на ее основании, в свою очередь, рассчитывать соответствующий крутящий момент. Затем происходит сохранение в памяти определенных за время t значений тока I на переключателе нагрузки.
eff
В свою очередь, затем в соответствии с изобретением происходит нахождение эффективного значения I тока I на переключателе нагрузки. Это происходит непрерывно.
eff
eff
eff
2
2
LU
Затем данное эффективное значения I тока на переключателе нагрузки дифференцируется; получается dI/dt. В свою очередь, затем ищется максимум или, соответственно, минимум дифференцированной характеристики dI/dt и соотносится с соответствующим моментом времени t, в который он наступает. Это обосновывается тем, что, в зависимости от того, связана ли со скачком переключателя нагрузки возрастающая или падающая характеристика тока, в дифференцированной характеристике получается максимум или минимум. Другими словами: в соответствии с изобретением регистрируется (без знака) максимум величины. Этот момент времени наступления максимума или, соответственно, минимума t определяется как момент времени скачка t переключателя нагрузки, то есть момент времени срабатывания аккумулятора энергии. Тем самым определяется однозначный момент времени синхронизации. Производится синхронизация.
0
1
1
syn
n
Вслед за этим, после успешной синхронизации, известным образом происходит разделение характеристики крутящего момента приводного двигателя на характерные временные диапазоны, то есть «окна». При этом каждое окно соответствует некоторой характеристической части осуществляющейся в каждом случае последовательности переключений. Такие окна могут, например, включать в себя период времени приведения в действие селектора для предварительного выбора, селектора ступеней для точного регулирования или переключателя нагрузки. При этом каждое окно всегда ограничено двумя характеристическими моментами времени, которые устанавливают во времени начало и конец окна: t-t, t, …, t-t. Каждое из этих окон сравнивается с предварительно сохраненными в памяти характеристическими номинальными значениями. Методом селективного сравнения можно не только обнаруживать отклонение фактических значений крутящего момента от номинальных и вместе с тем неисправность, но и с его помощью можно также классифицировать возникшую неисправность определенного узла, который вызвал ее, чтобы таким образом делать заключения о функционировании отдельных узлов переключателя ступеней, таких как селектор для предварительного выбора или, соответственно, переключатель, селектор ступеней для точного регулирования или переключатель нагрузки, которые при каждом переключении нагрузки приводятся в действие в определенной последовательности друг за другом.
g
eff
1
eff
На фиг. 2 в схематичном изображении показаны соответствующие характеристики во время переключения. Показан сначала соответствующий ток I на переключателе нагрузки, кроме того, его верхнее предельное значение I. Сначала находится эффективное значение этого тока I; соответственно, получающееся эффективное значение I изображено жирным. В некоторый момент времени t приводится в действие переключатель LU нагрузки, который начинает собственно переключение нагрузки. Затем через определенный период времени начинается собственно электрическое переключение ответвлений обмотки. Происходит, как уже пояснялось, дифференцирование эффективного значения dI/dt. Также жирным изображен максимум, который кратковременно получается во время переключения нагрузки.
eff
eff
eff
2
LU
Причина этого заключается в том, что во время собственно переключения нагрузки кратковременно повышается ток I на переключателе ступеней и вместе с тем также его эффективное значение I, обусловленное кратковременным электрическим контактом контактов переключателя нагрузки на двух ответвлениях обмотки, а именно предыдущей обмотки, а также новой обмотки, на которую происходит переключение. Это типично для всех устройств переключения ступеней, функционирующих по принципу быстрого включения резисторов и известно из уровня техники и для специалиста. Это кратковременное, быстрое повышение тока, которое, как пояснялось, обусловлено функционально, приводит к максимуму дифференцированного значения dI/dt. Момент времени наступления представленного максимума dI/dt соотносится с моментом времени t и в соответствии с изобретением оценивается как момент времени скачка t переключателя нагрузки, который является основой для последующей синхронизации.
eff1
eff2
Показано, что перед собственно переключением нагрузки эффективное значение тока I выше или ниже, чем эффективное значение тока I после переключения нагрузки. Выше оно или ниже зависит от того, в каком направлении приводится в действие устройство переключения ступеней, то есть происходит ли повышение напряжения или понижение напряжения.
eff1
2
eff2
2
eff1
eff2
2
LU
2
Этот эффект может целесообразно использоваться для усовершенствования предлагаемого изобретением способа, которое изображено на фиг. 3. При этом между обозначенными на фиг. 1 a и b моментами времени предлагаемого изобретением осуществления способа добавлена еще показанная на фиг. 3 часть способа. При этом эффективное значение тока I перед моментом времени t сравнивается с эффективным значением тока I после момента времени t. Когда эти два эффективных значения I и Iзначительно отличаются друг от друга, это считается признаком надлежащего переключения нагрузки, и определенный момент времени t принимается в качестве момента времени t мгновенного перехода переключателя нагрузки и служит для синхронизации. Если это не так, предполагается, что переключение нагрузки могло не произойти. Это позволяет делать заключения о возможных сетевых помехах; в таком случае синхронизация не происходит, так как лежащий в основе момент времени t в таком случае является несоответствующим и не отображает момент времени переключения нагрузки.
Также в рамках изобретения можно производить контроль тока I только в одном временном (конкретном для данного переключателя ступеней) оценочном окне, в котором, при надлежащем функционировании переключателя ступеней, ожидается скачок переключателя нагрузки.
Путем непрерывного определения тока I и последующего предлагаемого изобретением нахождения эффективного значения и дифференцирования может, таким образом, очень точно определяться момент времени переключения нагрузки при включенном трансформаторе; кроме того, он независим от механических воздействий.
Другое преимущество предлагаемого изобретением способа заключается в том, что он применим даже в режиме использования рукоятки, то есть без использования электрически движущегося электродвигателя.