[发明专利]具有半导体开关元件的分接开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有半导体开关元件的分接开关(Stufenschalter)，用于无中断地在可调式变压器(Stufentransformator)的绕组分接头之间切换。

背景技术

在WO 01/22447中公开了被构造为混合式IGBT开关的一种具有半导体开关元件的分接开关。在那里所描述的分接开关根据其中可以不需要蓄能器(Krafispeicher)的有载切换开关(Laufiastschalter)的原理而工作。该分接开关具有一个机械部件和一个电气部件作为混合式开关。

作为WO 01/22447的实际对象的机械部件具有机械的开关触点；中央部件是借助于电机驱动沿着与中性点(Sternpunkt)连接的接触滑轨被移动并且连接其中固定的接触元件的可移动的滑动触头。实际的负载转换本身通过分别具有格列茨电路中的四个二极管的两个IGBT实现。

混合式开关的这个已知设计在机械方面很复杂且要求高，以确保必需的负载转换正好在负载电流过零时。

WO97/05536公开了另一IGBT开关装置，其中电力变压器的调整线圈的分接头经由两个IGBT的串联电路而与公共的负载引线连接。

这种已知的开关装置根据脉宽调制的原理工作；其中，对回路电流的限制通过抽头线圈的暂态无功电抗(transiente reactiveReaktanz：TER)来实现。

这种已知的电路结构以及所基于的电路原理要求分接开关对各自的应当连接的可调式变压器的特定匹配。也就是说，可调式变压器和分接开关相互协调并且电气地共同作用。这种已知的开关装置因此不能生产作为单独的能通用的装置。

最后，GB-A-2424766公开了用于分接开关的不同电路结构，这些电路结构包含不同连接的压敏电阻。在一种实施方式中，压敏电阻与各自的开关元件并联连接，并且用于分压。

发明内容

本发明的目的是提供开头所提到的类型的一种分接开关，其构造简单、运行安全性高，并且不需要必须只有正好在负载电流过零时开关。此外，本发明的另一目的是提供这样的一种分接开关，其不必专门适配于要连接的可调式变压器的相应额定负载电流和相应绕组，而是可以几乎“现成地”作为功能装置连接到完全不同的可调式变压器。

该任务通过具有权利要求1的特征的分接开关来实现。从属权利要求涉及本发明的特别有利的扩展方式。

本发明涉及两个开关单元，其中每个开关单元分别由两个配套的反向并联的IGBT构成。为每个单个IGBT分配与其并联连接的压敏电阻。其中，压敏电阻被参数设计为使得压敏电压低于各自并联的IGBT的最大阻断电压，但比级电压(Stufenspannung)的最大瞬时值大。

特别有利地，一个反向并联的开关单元的两个配套的IGBT以紧凑堆叠的形式紧密结合。

此外，特别有利是，为了实现尽可能感应低的并行路径，直接在每个IGBT的旁边定位相应的压敏电阻并将其集成到堆叠中。以这种方式可以实现IGBT和并联的压敏电阻之间特别短的导线连接。该结构使得即使在负载电流的完全的瞬时值的情况下也能够实现在IGBT上流动的负载电流的非常快的“硬”切断，其中在0.1到1μs之内转换到感应特别低地连接的压敏电阻，该压敏电阻本身只具有ns级的非常小的响应延迟。

IGBT的“硬切换”显著地减小了在IGBT中转换的切换损耗能量，并且如后面还要详细介绍的那样使得能够在每个任意瞬时负载电流值的情况下实现分接开关(OLTC)换接的这里提供的开关设计，而没有OLTC中附加的转换阻抗、不需要了解抽头线圈的漏电抗、不需要OLTC对相应额定负载电流或者级电压的适配、并且不需要进行切断和进行接管的IGBT接线组的精确到μs的在时间上的校准。

虽然从DE 10118743A1和许多其他公开文献中已经公开了结合IGBT的压敏电阻。但是，它们在现有技术中只用于针对过电压保护半导体，因此只具有限压功能。

相反，在本发明中，与每个IGBT并行设置压敏电阻的功能是另一功能：在附带的、由电网电压驱动的负载电流从进行切断的IGBT转换到并联的压敏电阻(小的转换回路)之后，负载电流所流过的压敏电阻根据其I-U特性曲线而产生一个电压，该电压对电流瞬时值的依赖性相对很小并且在OLTC转换过程期间实际上保持恒定。

其中尤其有利地，压敏电阻被参数设计为使得在加载以最大电流峰值时所产生的压敏电压还具有对于IGBT最大截止电压足够的安全距离。