专利名称：使用mems技术的变压器带载抽头变换器的制作方法
技术领域：
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
背景技术：
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。
发明内容
根据本发明的一个方面，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。根据本发明的另一个方面，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。根据本发明仍有的另一方面，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。
在说明书的结论部分的权利要求中特别指出视为本发明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，明白本发明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发明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，其利用能够在少于一个微秒内进行开关的MEMS 开关，并且包括嵌入式方法以消除在开关被打开时的燃弧。当在本文中使用时，术语“关”、“开”、“打开”、“关闭”、“串联”和“并联”具有其在
电子领域中普遍的含义。图1示出根据一个示范实施例的带载抽头变换器10的简化示意图，带载抽头变换 器10耦合到具有内线圈和芯组装件(未示出)变压器单元(未示出)的变压器绕组12。 虽然未详细示出变压器单元的组件，但是应该理解如本文描述的变压器绕组12能够是任 何常规变压器单元的部分并且不应限制于任何一种类型的变压器配置。变压器绕组12在 一端具有线路端子14而在另一端具有中性或地端子16。带载抽头变换器10包括多个MEMS开关模块18A-18H，它们分别与多个抽头 20A-20H串联直接电耦合，其中这些抽头如所示连接不同变压器绕组。每个抽头允许为变压 器绕组选择预定的匝数，从而向变压器绕组提供可变匝数比并实现跨变压器绕组的AC输 出的电压调整。一般来说，例如当MEMS开关模块18B关闭以构成与抽头20B的抽头连接，而 其他MEMS开关模块打开时，变压器绕组12将获得第一预定匝数比。在此相同的示例中，当 MEMS开关模块18C关闭以构成与抽头20C的抽头连接，而其他MEMS开关模块(包括MEMS 开关模块18A)打开时，变压器绕组12将获得与第一预定匝数比不同的第二预定匝数比。因 此，能够相应地将变压器绕组12的电压输出“降压”或增加(例如，从抽头20B移动到抽头 20A)或“升压”或减少(例如，从抽头20B移动到抽头20C)。根据一个实施例，在正常变压 器操作期间只可以关闭一个MEMS开关模块。带载抽头变换器10可以包括比图1中所示的更多或更少的MEMS开关模块和抽 头，这取决于应用。但是，仅为了简明的目的，图1中示出8个模块。为了便于讨论，将更详 细地讨论MEMS开关模块18B和MEMS开关模块18C连同它们各自的抽头(抽头20B和20C)， 以通过举例方式来说明根据一个示范实施例的利用MEMS开关技术的带载抽头变换器10的 开关操作。带载抽头变换器10还包括控制电路21，其电耦合在多个MEMS开关模块与中性端 子16之间，如图所示。控制电路21根据一个实施例配置成在抽头开关操作期间阻止绕组 之间的大循环电流。换言之，控制电路控制开关操作并在抽头开关操作期间以可操作方式从变压器绕组分流非期望的能量，下文对此将更详细地予以讨论。控制电路21包括第一分流器(diverter)开关模块22、第二分流器开关模块24、 第三分流器开关模块26、第四分流器开关模块28。控制电路21还包括用于在抽头开关操 作期间从变压器绕组分散非期望的能量的第一和第二分流器阻抗30、32。仅参考MEMS开 关模块18B和18C对这些组件的讨论作为其操作的示例来提供；但是，它们可以结合本文描 述的任何MEMS开关模块来使用。第一分流器开关模块22电耦合在MEMS开关模块18B与 中性端子16之间。第一分流器开关模块22还电耦合在MEMS开关模块18C与中性端子16 之间。第一分流器开关模块22配置成根据用于变压器绕组的期望匝数比在第一操作位置 和第二操作位置之间转换。第二分流器开关模块24电耦合在MEMS开关模块18B与第一分 流器开关模块22之间。第一分流器阻抗并联地与第二分流器开关模块24电耦合，并电耦 合到MEMS开关模块18B，如图所示。第三分流器开关模块26电耦合在MEMS开关模块18C 与第一分流器开关模块22之间。第二分流器阻抗32并联地与第三分流器开关模块26电 耦合。最后，第四分流器开关模块28串联与第一分流器阻抗30和第二分流器阻抗32电耦 合，并与第一分流器开关模块22并联。根据一个示范实施例，控制器40与MEMS开关模块18A-18H和分流器开关模块22、 24,26和28进行信号通信。根据一个示范实施例，控制器40配置成通过生成信号并将其 发送到MEMS开关模块和分流器开关模块以引起这些开关模块在预定的时间打开或关闭， 协调分流器开关模块和MEMS开关模块的开关操作以便创建(例如关闭)抽头连接、切断抽 头连接(例如打开)、阻止抽头连接以及在抽头之间开关(例如，打开和关闭序列)以有效 地改变和调整变压器绕组处可用的对中性端子的电压电平。控制器40根据预定开关序列 向MEMS开关模块和分流器开关模块发送信号以形成抽头连接、切断抽头连接、阻止抽头连 接和在抽头之间开关。根据一个实施例，控制器40配置成接收来自每个MEMS开关模块的 反馈(例如，开关位置)。根据一个示范实施例，控制器40能够是带载抽头变换器10的集成组件。在一备 选实施例中，控制器40是将变压器单元与带载抽头变换器10结合的子系统或系统的组件。 根据一个示范实施例，控制器40包括处理器，处理器具有硬件和/或软件/固件与计算机 程序的组合，当加载并执行该计算机程序时，允许控制器的处理器操作以使得它执行本文 描述的方法/操作。现在将参考图1中所示的以及上文描述的带载抽头变换器配置通过举例来讨论 控制器40执行的开关序列。更确切地来说，将通过举例来描述控制器40执行的抽头开关 操作和正常变压器操作。这将说明带载抽头变换器10能够利用MEMS开关技术在释放另一 个抽头连接之前创建一个抽头连接的操作，在此示例中这在抽头20B至20C之间进行。现在参考图2，将参考图1中所示的OLTC通过举例来讨论一种根据一个示范实施 例用于操作利用MEMS开关技术来改变变压器绕组上的匝数比的OLTC的方法。在操作框200，以适当的初始状况来开始抽头开关操作。适当的初始状况包括， MEMS开关模块18B是关闭的，从而形成与抽头20B的连接，而MEMS开关模块18C是打开的 (以及所有其他抽头开关18A、18D-18H均是打开的)，第一分流器开关模块22置于第一操 作位置(位置A)中，第二分流器开关模块24关闭，以及第三和第四分流器开关模块26、28 是打开的。以这些初始状况，变压器绕组12正在正常操作模式中操作，以及为变压器绕组12获得第一预定匝数比。在这些初始状况期间，负载电流穿过第二分流器开关模块24到中 性端子16。根据一个示范实施例，控制器40使得这些初始状况能够通过生成信号并在预 定的序列中将其发送到开关组件来满足。当然，适当设置的初始状况能够是MEMS开关模块 18C是关闭的以及MEMS开关模块18B是打开的或MEMS开关模块中任何一个是关闭的而其 余的是打开的。但是，为了讨论的缘故在本示例中将仅使用上文描述的初始状况。在操作框202，将MEMS开关模块18C关闭以创建与抽头20C的抽头连接。根据一 个示范实施例，MEMS开关模块18C通过从控制器40接收引起MEMS开关模块18C关闭的信 号来关闭。在此点，根据一个实施例，抽头开关操作已经由控制器40发起。在操作框204，将第二分流器开关模块24打开以使变压器绕组上的负载电流能够 穿过第一分流器阻抗30。这使得MEMS开关模块18B处的能量能通过第一分流器阻抗30分 散。根据一个示范实施例，控制器40向第二分流器开关模块24发送信号以引起第二分流 器开关模块24打开。在操作框206，将第四分流器开关模块28关闭以使变压器绕组上的负载电流能够 穿过第一分流器阻抗30和第二分流器阻抗32。根据一个示范实施例，使用第一分流器阻抗 30和第二分流器阻抗32来分流MEMS开关模块20B与MEMS开关模块20C之间的绕组中存 储的能量。根据一个示范实施例，第四分流器开关模块28通过从控制器40接收引起第四 分流器开关模块28关闭的信号来关闭。在操作框208，将第一分流器开关模块22置于第二操作位置(位置B)中。这将使 得负载电流能够在第二 MEMS开关模块18C和中性端子16之间行进并使得变压器绕组能够 获得第二预定匝数比。在操作框210，打开第四分流器开关模块28以使负载电流能够通过第二分流器阻 抗32。这使得MEMS开关模块18C处的能量能够通过第二分流器阻抗32来分散。根据一个 示范实施例，第四分流器开关模块28通过从控制器40接收引起第四分流器开关模块28打 开的信号来打开。在操作框212，将第三分流器开关模块26关闭以使负载电流能够旁路第二分流器 阻抗32并穿过第三分流器开关模块26到中性端子16，从而为变压器绕组12获得第二预定 匝数比。根据一个示范实施例，第三分流器开关模块26通过从控制器40接收引起第三分 流器开关模块26关闭的信号来关闭。在操作框214，在检测到的交流的零交叉处打开MEMS开关模块18B。这完成抽头 开关操作。根据一个实施例，MEMS开关模块18B响应从控制器接收到引起MEMS开关模块 18B打开的信号在检测到的交流的零交叉处打开。本文示出的流程图仅是示例。在不背离本发明的精神的情况下，可存在对本文描 述的步骤(或操作)或此图的许多变化。例如，操作步骤可以在不同的次序中执行，或可以 添加、删除或修改步骤。所有这些变化被视为要求权利的本发明的一部分。应该理解，能够 采取相似的操作步骤来形成沿着变压器绕组的不同抽头连接。根据一个示范实施例，每个MEMS开关模块包括一个或多个基于MEMS的开关，其配 置成在检测到的交流的零交叉期间打开或通过旁路方法来旁路非对称电流。根据一个实施 例，本文描述的基于MEMS的开关包括集成的电流传感器，该电流传感器能够检测交流的零 交叉。而且，根据一个实施例，本文描述的基于MEMS的开关配置成在打开位置中具有零泄
9露。根据一个示范实施例，每个分流器开关模块包括与上文描述的那些相似的一个或 多个基于MEMS的开关。根据一个示范实施例，每个MEMS开关模块包括具有串联配置、并联配置或二者组 合的基于MEMS的开关的阵列。可设想，此OLTC应用中单独或与其他基于MEMS的开关组合 使用的此类基于MEMS的开关能够耐受高电压/高电流变压器而不会发生故障。现在参考图3，其示出能在本文描述的示范实施例中使用的MEMS开关300及其 基本组件的一个示例。MEMS开关300包括开关可移动元件308、支承结构310和开关电极 (驱动部件)312。MEMS开关300在电介质衬底304上连同两个RF微带线(分布式恒定线 (distributed constant line)) 302a和 302b —起形成。地(GND)板 306 安置在电介质衬底 304的下表面上。微带线302a和302b紧密地安置，彼此以间隙G分隔。每个微带线(302a 和302b)的宽度是W。开关电极312安置在电介质衬底304上的微带线2a和2b之间。开关电极312形 成为具有比每个微带线302a和302b的高度低的高度。在电信号的基础上选择性地将驱动 电压应用到开关电极312。开关可移动元件308布置在开关电极312上方。开关可移动元 件308由传导构件制成。因此电容器结构由彼此相对的开关电极312和开关可移动元件 308形成。用于支承开关可移动元件308的支承结构310包括桩部分310a和臂部分310b。 桩部分310a固定在电介质衬底304上，按选定的距离与微带线302a与302b之间的间隙G 分隔。臂部分310b从桩部分310a的上表面的一端延伸到间隙G。支承结构310由电介质、 半导体或导体制成。开关可移动元件308固定在支承结构310的臂部分310b的远端上。如图4中所示，开关可移动元件308具有长度L，该长度大于间隙G。利用此结构， 开关可移动元件308的远端部分308a和308b分别与微带线302a和302b的远端部分302a 和302b的部分相对。开关可移动元件308的远端部分308a和308b定义为各从开关可移 动元件308的两个端的对应一端延伸长度(L-G)/2的部分。微带线302a和302b的远端部 分302a和302b定义为各从微带线302a和302b的相对端的对应一端延伸长度(L-G)/2的 部分。开关可移动元件308的宽度比微带线302a和302b的每个微带线的宽度W小。因 此开关可移动元件308的远端部分308a和308b的每一个的面积小于微带线302a和302b 的远端部分302a和302b的每一个的面积。图5A和5B示出沿图4中所示的MEMS开关300的剖面5_5截取的截面图，MEMS开 关300处于(a)关态(图5A)以及处于(b)开态(图5B)。如图5A中所示，开关可移动元 件308 —般定位在与微带线302a和302b分离高度h的位置。在本例中，高度(h)约为几 个微米(μπι)。因此，如果不对开关电极312应用驱动电压，则开关可移动元件308不与微 带线302a和302b接触。然而，开关可移动元件308具有与微带线302a和302b相对的部分。因为电容器结 构由开关可移动元件308和微带线302a和302b的这些部分形成，所以微带线302a和302b 通过开关可移动元件308与彼此电容耦合。开关可移动元件308与微带线302a和302b之 间的电容与开关可移动元件308与微带线302a和302b之间的相对面积成比例。
开关可移动元件308形成为具有比每个微带线302a和302b的宽度W小的宽度， 从而减少了开关可移动元件308与微带线302a和302b的相对部分之间形成的电容和相对 面积。因为这减弱了微带线302a和302b之间的电容耦合，所以能在MEMS开关300的关态 中抑制能量泄漏。上文描述图3-5B中的MEMS开关300仅是能根据本发明的示范实施例在MEMS开 关模块和分流器开关模块中采用的MEMS开关的构造的示范实施例。本领域技术人员将认 识到，可以在多种其他配置中构造如本文描述的MEMS开关。例如，支承结构310可包括膜 片(membrane)、悬臂、可偏离膜片、隔板(diaphragm)、弯曲构件、空洞、表面微机械结构、梳 形结构、桥或诸如此类。在其中使用膜片的示范实施例中，膜片的其余部分可对应于关/开 态，以及膜片经受的任何偏离可以导致开关翻转到相反态。用作OLTC中的开关组件的MEMS开关的尺寸和可伸缩性有利地有助于封装的便 利。而且，使用MEMS开关有利地消除对于像常规OLTC开关通常所做的那样将带载抽头变 换器浸入具有绝缘媒体(例如油或SF6气体)的封壳中的需要。可设想，具有MEMS开关技 术的OLTC能容放在与变压器单元分开的空气填充的封壳中，从而使得OLTC更容易地可用 于维护。本文使用的MEMS开关为设计者提供简易性，因为MEMS开关是真正的机械开关，但 没有通常与当前在常规带载抽头变换器中使用的常规机械开关相关的问题。虽然本发明已经结合仅有限数量的实施例来详细描述，但是应容易地理解，本发 明并不限于这些公开的实施例。相反，能将本发明修改为结合前文未描述但是与本发明的 精神和范围相符的任何数量的变化、改变、替换或等效布置。此外，虽然描述了本发明的多 种实施例，但是要理解，本发明的多个方面可能只包含描述的实施例中的一些。因此，本发 明不应视为由前文描述来限制，而是仅由所附权利要求的范围来限制。部件列表
10带载抽头变换器
12变压器绕组
14线路端子
16中性端子
18A--18HMEMS开关模块
20A--20H抽头
21控制电路
22分流器开关模块
24分流器开关模块
26分流器开关模块
28分流器开关模块
30第一分流器阻抗
32第二分流器阻抗
40控制器
200操作框
202操作框
204操作框
11
206操作框
210操作框
212操作框
214操作框
300MEMS开关
302a微带线
302b微带线
304电介质衬底
306地板
308开关可移动元件
308a和308b 远端部分
310支承结构
310a桩部分
310b臂部分
312开关电极
说明书
8/8页
1权利要求
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。
2.如权利要求1所述的带载抽头变换器(10)，其中所述控制器(40)配置成生成要 分别由所述第一和第二 MEMS开关模块(18)接收的所述第一和第二信号，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)转换到打开位置以在第一时间获得所述变压器绕组(12)上的第一预定匝数比，所 述控制器(40)还配置成生成到所述第二 MEMS开关模块(18)的第三信号以引起所述第二 MEMS开关模块(18)在所述第一时间之后的第二时间转换到关闭位置，所述控制器(40)还 配置成生成要在所述第二时间之后的第三时间由所述第一MEMS开关模块(18)接收的第四 信号，所述第一 MEMS开关模块(18)配置成响应所述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所述变压器绕组(12)上的第二预定匝数比。
3.如权利要求2所述的带载抽头变换器(10)，还包括耦合到所述第一MEMS开关模 块(18)和所述第二 MEMS开关模块(18)的控制电路(21)，所述控制电路(21)配置成在所 述第一 MEMS开关模块(18)和所述第二 MEMS开关模块(18)各处于关闭位置中时阻止变 压器绕组(12)之间的高循环电流的创建；所述控制电路(21)包括第一分流器开关模块 (22-28)，耦合在所述第一 MEMS开关模块(18)与所述中性端子(16)之间并且还耦合在所 述第二 MEMS开关模块(18)与所述中性端子(16)之间，所述第一分流器开关模块(22-28) 配置成在所述第一时间转换到第一操作位置以使负载电流能够经过所述第一 MEMS开关模 块(18)与所述中性端子(16)之间并为所述变压器绕组(12)获得所述第一预定匝数比；第 二分流器开关模块(22-28)，耦合在所述第一 MEMS开关模块(18)与所述第一分流器开关 模块(22-28)之间，所述第二分流器开关模块(22-28)并联地与第一分流器阻抗耦合，所述 第二分流器开关模块(22-28)配置成响应所述控制器(40)生成的第五信号在所述第二时 间之后的第四时间转换到打开位置以在抽头开关操作期间使负载电流能够通过所述第一 分流器阻抗，所述第二分流器开关模块(22-28)在所述第一时间处于关闭位置中；第三分 流器开关模块(22-28)，耦合在所述第二 MEMS开关模块(18)与所述第一分流器开关模块 (22-28)之间，所述第三分流器开关模块(22-28)并联地与第一分流器阻抗(32)耦合，所述 第三分流器开关模块(22-28)在所述时间处于打开位置中；第四分流器开关模块(22-28)， 耦合在所述第一分流器阻抗与所述第一分流器阻抗(30)之间，以及还并联地与所述第一 分流器开关模块(22-28)耦合，所述第四分流器开关模块(22-28)配置成响应所述控制器 (40)生成的第六信号在所述第四时间之后的第五时间转换到关闭位置以使负载电流能够 通过所述第一分流器阻抗和所述第一分流器阻抗(32)，从而阻止抽头开关操作期间变压器绕组(12)之间高循环电流的创建，所述第四分流器开关模块(22-28)在所述第一时间处于 打开位置中；其中所述第一分流器开关模块(22-28)配置成响应所述控制器(40)生成的 第七信号在所述第五时间之后的第六时间从所述第一操作位置转换到第二操作位置以使 负载电流能够经过所述第二 MEMS开关模块(18)与所述中性端子(16)之间并为所述变压 器绕组(12)获得所述第二预定匝数比；所述第四分流器开关模块(22-28)配置成响应所 述控制器(40)生成的第八信号在所述第六时间之后的第七时间转换到打开位置以在抽头 开关操作期间使负载电流能够通过所述第一分流器阻抗(32)；所述第三分流器开关模块 (22-28)配置成响应所述控制器(40)生成的第九信号在所述第七时间之后的第八时间转 换到关闭位置以使负载电流能够经过所述第二 MEMS开关模块(18)与所述中性端子(16) 之间并为所述变压器绕组(12)提供所述第二预定匝数比；所述第一MEMS开关模块(18)响 应所述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在所述第八时 间之后的所述第三时间获得所述变压器绕组(12)上的所述第二预定匝数比。
4.如权利要求1所述的带载抽头变换器(10)，其中所述第一和第二MEMS开关模块 (18)各包括在处于打开位置中时可操作地具有零泄露的至少一个MEMS开关。
5.如权利要求2所述的带载抽头变换器(10)，其中所述第一和第二MEMS开关模块 (18)各包括用于检测交流的零交叉的至少一个电流传感器。
6.一种用于变压器绕组(12)的带载抽头变换器(10)，包括第一微机电系统(MEMS)开关模块，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；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 并且引起所述第二 MEMS开关模块(18)转换到打开位置以在第一时间获得所述变压器绕组 (12)上的第一预定匝数比，所述控制器(40)还配置成生成到所述第二 MEMS开关模块(18) 的第三信号，所述第三信号引起所述第二 MEMS开关模块(18)在所述第一时间之后的第二 时间转换到关闭位置，以及控制电路(21)，耦合到所述第一 MEMS开关模块(18)和所述第二 MEMS开关模块(18)， 所述控制电路(21)配置成在所述第一 MEMS开关模块(18)所述和第二 MEMS开关模块(18) 各处于关闭位置中时阻止变压器绕组(12)之间的高循环电流的创建。
7.如权利要求6所述的带载抽头变换器(10)，其中所述控制器(40)还配置成生成要 在所述第二时间之后的第三时间由所述第一 MEMS开关模块(18)接收的第四信号，所述第 一MEMS开关模块(18)配置成响应所述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所述变压器绕组(12)上的第二预定匝数比，以及其中所述第一 MEMS 开关模块(18)包括用于检测交流的零交叉的第一电流传感器。
8.如权利要求7所述的带载抽头变换器(10)，其中所述第二MEMS开关模块(18)包括 用于检测交流的零交叉的第二电流传感器。
9.如权利要求6所述的带载抽头变换器(10)，其中所述第一和第二MEMS开关模块(18)各包括在打开位置中可操作地具有零泄露的至少一个MEMS开关。
10.如权利要求6所述的带载抽头变换器(10)，其中所述第一和第二 MEMS开关模块 (18)各具有小于一微秒的开关速度。
全文摘要
本发明名称为“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。
文档编号H02M5/10GK101958651SQ20101023126
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月9日 优先权日2009年7月9日
发明者K·苏布拉马尼安, L·M·富吉塔 申请人:通用电气公司