一种均衡磨损的调压器及碳刷切换方法、切换判别方法与流程

本发明涉及电力工程技术领域，具体涉及一种具有均衡磨损的调压器及碳刷切换方法、切换判别方法。

背景技术：

调压器和变压器的功能相似，都是进行电压的变换。与变压器不同的是调压器的输出端输出的电压可以调整。在农村供配电系统中，由于长距离输电的原因，电压损耗严重，供电末端往往达不到预定电压，因此采用调压器进行稳压。在电气试验过程中，配电所内具有不同电压等级的设备，因此需要不同电压的电源给设备供电，调压器就可以发挥重要的作用。

在上述的应用过程中，虽然调压器的输出是从0到最大值，但是实际过程中应用到的电压输出值只是在某一个特定的小范围内。因此长期使用的情况下，经常使用的那一部分就会出现磨损严重，造成的后果就是设备被烧坏。即使其他部分是完好的也无法再使用了。

申请号为201310191322.4的一种基于分段变截面绕组的碳刷接触式自耦型交流调压器，就是为了解决线圈磨损的问题。其解决方法为采用不同横截面的线缆绕设在线圈的不同位置，其存在的问题的就是电缆线芯的粗细不同会造成电流不均而发热的现象。

申请号为200620114970.5的一种改良式环形调压器，采用双绕组的形式设计的一种调压器，大的电压范围设定为一个内部绕组，小范围的调整电压设计为一个外部绕组用于和碳刷接触。其解决的问题就是依据选用的电压输出范围来弹性制作外部线圈绕组，节省了成本。但是仍然解决不了线圈的磨损不均问题。因此设计一种能够防止线圈过度磨损的均衡磨损的调压器成为一种迫切的要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：提供了一种均衡磨损的调压器及碳刷切换方法、切换判别方法，该调压器可以选择使用不同的碳刷使得线圈绕组能够均衡的磨损，以此来延长调压器的使用寿命。

本发明要解决的技术问题的技术方案是：

一种均衡磨损的调压器，包括，壳体、指针、刻度盘、碳刷、中心转轴、接线面板、环形铁芯以及均绕其表面的设有磨光面的线圈绕组，线圈绕组首尾两端的引出线之间设有限位挡块,其特征在于：所述中心转轴包括上转轴、下转轴和转轴连杆，所述上转轴包括上转轴部和上插接部，上转轴部在上插接部的上部，所述接线面板上设有控制器、电流互感器。所述下转轴包括下转轴部和下插接部两个部分，下插接部位于下转轴部的上部，所述下转轴部为圆管，下转轴部的下端安装在壳体底部的底座上，上转轴部和下插接部为与下转轴部外径相同的圆柱体。所述下插接部的中心设有插接槽，外部设有一个导电盘以及位于其上部的固定座，固定座至少有两个，每个固定座内部安装有支架。所述插接槽为在下插接部的上表面垂直向下开设的正多边形凹槽，插接槽的底部设有下轴连接孔，所述下轴连接孔贯通至下转轴部的管腔，下轴连接孔的内部设有螺纹。所述固定座为矩形长条，固定座的长度小于限位挡块到中心转轴的距离，固定座垂直于插接槽的侧面，固定座的上部设有支撑槽，支撑槽的底部设有放置槽，所述支撑槽和放置槽为连通插接槽与固定座远端侧面的两端开口的矩形槽，放置槽的宽度小于支撑槽的宽度。所述放置槽的底部设有导电孔和碳刷孔，所述导电孔靠近转轴中心，所述碳刷孔位于导电孔的外侧，每个放置槽上的导电孔位置距离下转轴的距离相同，每个放置槽上的碳刷孔距离下转轴的距离各不相同。所述导电盘为圆环形状，包括固定盘、绝缘盘、导电环和支柱，固定盘内侧面与下插接部外侧通过轴承连接，固定盘下部设有至少两个支柱，所述支柱垂直设置于固定盘和壳体的底部之间，支柱的上端与固定盘固定连接，下端与壳体的底部固定连接，绝缘盘采用绝缘材料制成，绝缘盘位于固定盘的上部且固定连接，绝缘盘的上部设有环形的凹槽，导电环嵌入在绝缘盘的凹槽内部，导电环略微凸出绝缘盘的上部平面。所述上转轴部的上表面中部设有垂直向下的圆形槽，圆形槽的底面设有上轴连接孔，所述上插接部为与插接槽匹配的正多边形柱体，上插接部其中一个侧面上设有压杆，其余侧面上设有支撑杆，压杆和支撑杆均为矩形条且垂直于上插接部的侧面。所述支撑杆的宽度小于支撑槽的宽度且大于放置槽的宽度，所有支撑杆位于同一水平面上。所述压杆的长度与放置槽的长度相同，宽度小于放置槽的宽度，压杆位于支撑杆所在水平面的下部,并且和固定在上转轴上部的指针处于同一竖直平面上。所述支架为矩形条，其长度大于限位挡块到下转轴的距离，支架的上表面与支撑槽的底部平齐，支架的下部设有导电连杆、碳刷连杆以及套设于导电连杆、碳刷连杆上的压缩弹簧，压缩弹簧上端与支架固定连接。所述导电连杆为截面形状与导电孔匹配的柱体，导电连杆与支架下表面垂直且固定连接，导电连杆的底部设有垂直于底面向上的凹槽，凹槽用以安装碳刷。所述碳刷连杆为截面形状与碳刷孔匹配的柱体，碳刷连杆与支架下表面垂直且固定连接，碳刷连杆的底部设有垂直于底面向上的凹槽，凹槽用以安装碳刷。上、下转轴未连接时，碳刷的下表面到线圈绕组上表面的垂直距离大于支架下表面到限位挡块上表面的垂直距离。上、下转轴连接后，压杆将其中一个支架下压，该支架的碳刷连杆上的碳刷与磨光面电气连接，导电连杆上的碳刷与导电环电气连接，导电连杆和碳刷连杆上的两个碳刷电气连接，导电环与电源输出端电气连接，连接导电环和电源输出端的导线穿过电流互感器的中心，电流互感器的输出端与控制器电气连接，控制器用以根据输出电流的大小判断碳刷的磨损程度。所述转轴连杆长度大于上轴连接孔上端到下轴连接孔下端的距离，转轴连杆上设有挡块，下部设有螺纹，转轴连杆上部穿过上轴连接孔，下部与下轴连接孔螺接。

优选的，所述下轴连接孔的内部的上端设有一段螺纹，对应的转轴连杆下部设有一段螺纹，所述转轴连杆上的一段螺纹长度与下轴连接孔内部的螺纹相同，其位置关系为：在上、下转轴连接时，转轴连杆上的螺纹的中间对应下轴连接孔的上部。

优选的，所述支撑杆一端的两侧设有弧形弹片，用以防止支撑杆在支撑槽内部晃动。

优选的，所述转轴连杆的顶端设有正六边形的柱体或正六边形凹槽，用以使用扳手或套筒进行操作。

优选的，所述支架设有两个碳刷连杆，两个碳刷连杆下端各安装一个碳刷，对应的，在放置槽的底部设有两个碳刷孔。

更好的，所述转轴连杆底部中心设有向上的螺孔，螺孔与端部变大为T形的螺杆螺接连接，用以防止转轴连杆抽出下轴连接孔。

更好的，所述支撑槽的底部设有弹性垫片。

一种均衡磨损的调压器的碳刷切换的方法包括以下步骤：

步骤1，将调压器的指针旋转到零刻度；步骤2，旋转转轴连杆，使其与下转轴脱离，步骤3，将上转轴从下转轴的插接槽内拉出，将上转轴旋转一定的角度，将压杆换至另一个放置槽内部，旋转的角度为360°除以支架的数量；步骤4，确定位置后将转轴连杆与下转轴螺接连接，使上、下转轴连接成一个整体。

一种均衡磨损的调压器的碳刷切换判别的方法包括以下步骤：

步骤1，控制器通过电流互感器采集流过碳刷的电流大小；步骤2，控制器根据流过碳刷的电流大小选着磨损系数；步骤3，控制器计算磨损度，其中H为磨损度，I为输出电流，Li为电流为I时的磨损系数，Tn为电流为I时的时间长度；步骤4，当磨损度达到设定值后，控制器启动切换指示灯发光，提示切换碳刷；步骤5，碳刷切换后磨损度归零，并重新计算。

本发明的有益效果在于：

1，这种均衡磨损的调压器通过切换压杆的放置位置来选择不同的碳刷与磨光面接触，保证线圈绕组的某一部分不被过度磨损，具有延长了使用寿命有益效果；

2，这种均衡磨损的调压器根据负载选择具有多个碳刷的支架，使多个碳刷同时与磨光面接触，具有更好的适应大电流负载的有益效果；

3，切换简单，通过旋转既可以实现不同碳刷的切换。

附图说明

图1是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例上下转轴分离时的剖视图，

图2是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例上下转轴连接时的剖视图，

图3是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例下转轴局部的立体剖视图，

图4是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例上转轴仰视图，

图5是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例图2中A区域放大图,

图6是本发明一种均衡磨损的调压器的一种实施例碳刷切换判别方法的流程图。

图中

12.指针，17.线圈绕组，18.限位挡块，

2.上转轴，21.上转轴部，22.上插接部，23.压杆，24.支撑杆，25.上轴连接孔，

3.下转轴，31.下转轴部，32.下插接部，33.插接槽，34.固定座，35.下轴连接孔，

36.支撑槽，37.放置槽，38.导电盘，381.固定盘，382.绝缘盘，383.导电环，384.支柱

4.支架，41.导电连杆，42.碳刷连杆，43.压缩弹簧，

5.转轴连杆

6.控制器

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。

如图1、图2所示，一种均衡磨损的调压器,包括壳体、指针12、刻度盘、碳刷13、环形铁芯、接线面板、线圈绕组17、中心转轴。线圈绕组17均匀的环绕在环形铁芯上，为了防止碳刷13转到线圈绕组17首端或者末端时导致电源短路，在线圈绕组17两端的电源引线之间设置了限位挡块18。

本发明的原理是通过切换使用不同位置的碳刷13与磨光面的不同位置接触，来达到延长调压器使用寿命的目的。为了实现不同碳刷13之间的切换，对中心转轴做了升级改进。中心转轴包括上转轴2和下转轴3以及连接上、下转轴2、3的转轴连杆5。为了检测线圈绕组17和碳刷13的磨损程度，采用判别电流的方法，因此在接线面板上设置了具有中央处理器的控制器6和电流互感器。

下转轴3用以安装碳刷13，上转轴2用以选着要使用的碳刷13。上转轴2包括上转轴部21和上插接部22，上转轴部21在上插接部22的上部。下转轴3包括下转轴部31和下插接部32，下插接部32位于下转轴部31的上部。为了便于安装和转动将下转轴部31设计为圆管，上转轴部21和下插接部32设计为与下转轴部31外径相同的圆柱。上、下插接部22、32用以实现上、下转轴2、3的插接与碳刷13的切换。上、下转轴部21、31用以保证上、下转轴21、31的竖直和稳定。在现有技术中，在刻度盘中心安装一个轴承来固定中心转轴的上部，在壳体内部底部平面的中心安装固定轴承来固定中心转轴的下部。

如图3所示，下插接部32不仅具有与上转轴2提供连接插口的作用，还具有提供碳刷13安装位置的作用。因此下插接部32包括以下结构：插接槽33、导电盘38和固定座34，固定座34位于导电盘38的上部，固定座34的数量至少有两个，每个固定座34的内部安装有支架4。

顾名思义，插接槽33就是一个为上转轴2提供插接的插孔。因此插接槽33为垂直于下插接部32的上表面且向下的正多边形槽。插接槽33的中心和下插接部32的中心重合。将插接槽33设计为正多边形槽的好处在于不仅可以实现插接也可以实现上、下转轴2、3转动的传动作用，即上转轴2转动时可以带动下转轴3转动。由于上、下转轴2、3需要利用转轴连杆5进行连接，因此在插接槽33的底部设有贯通至下转轴部31管腔内部的下轴连接孔35。为了便于连接固定下轴连接孔35内壁设有螺纹。

本发明的原理为通过切换碳刷13与不同位置的磨光面接触达到防止线圈绕组17的过度磨损，因此安装碳刷13的支架4至少有两个，对应的安装支架4的固定座34至少有两个。在本实施例中固定座34为四个。为了例便于支架4的安装，将固定座34设计为矩形长条，在固定座34的上部开设了支撑槽36，在支撑槽36的底部开设了放置槽37。为了防止固定座34在转动时受到限位挡块18的阻挡，固定座34的长度小于限位挡块18距离下转轴3的长度。固定座34垂直于下插接部32的侧面，同时垂直于插接槽33的其中一个侧面。支撑槽36和放置槽37为两端开口的凹槽，即支撑槽36和放置槽37一端与插接槽33连通，另一端贯通至固定座34远端的侧面。支撑槽36和放置槽37与插接槽33连通的目的在于方便安装在上插接部22上的压杆23和支撑杆24进入放置槽37和支撑槽36。支撑槽36和放置槽37贯通至远端侧面的目的在于方便支架4伸出固定座34。为了起到支撑作用，支撑槽36的宽度大于放置槽37的宽度。

为了便于安装碳刷13，并将通过碳刷13将线圈绕组17上的电源引到导电环383，在放置槽37的底部设置了导电孔371和碳刷孔372。导电孔371和碳刷孔372用以给支架4下部的导电连杆41和碳刷连杆42提供通过的空间。导电孔371位于放置槽37底部靠近下转轴3中心的位置，碳刷孔372位于导电孔371的外侧。每个放置槽37内的导电孔371距离下转轴3中心的距离相同。本发明的原理是通过不同的碳刷13与磨光面的不同位置接触来实现使用寿命的延长，因此每个放置槽37内部的碳刷孔372距离下转轴3的轴心的距离各不相同。

更好的，为了防止在连接转轴连杆5的时用力过大导致支撑杆24发生形变，在支撑槽36的底部设有弹性垫片。

在现有技术中，由于碳刷13与电源输出端的电气连接同样需要滑动连接，为了解决这个问题在下插接部32的下部设置了导电盘38。导电盘38为圆环形状，如图5所示，为了解决导电盘38的固定、电气连接和绝缘的问题将导电盘38分为四个部分：固定盘381、绝缘盘382、导电环383和支柱384。固定盘381的内侧面与下插接部32的外侧通过轴承连接。固定盘381的下部设有至少了两个支柱384。支柱384垂直放置，上端与固定盘381的底部固定连接，下端与壳体的底部固定连接。顾名思义，绝缘盘382采用绝缘材料制成，绝缘盘382位于固定盘381的上部且固定连接。为了便于导电环383的安装，在绝缘盘382的上部开设了环形的凹槽，导电环383嵌在绝缘盘382的凹槽内部。导电环383为导电材料制成的环形片，导电环383略微凸出绝缘盘382的上部平面。由于固定盘381通过支柱384固定在壳体的底部并且固定盘381具有一定的高度，因此固定盘381还具有固定下转轴3的作用。

下转轴3设有下轴连接孔35，因此上转轴2对应的设有上轴连接孔25。在上转轴部21的上部的中心设有垂直于上表面向下的圆形槽，在圆形槽的底部中心位置开设了上轴连接孔25。上轴连接孔25用来实现与下转轴3的连接和固定。要实现与下转轴3良好的接触和传动将上转轴2做了以下改进。为了实现与下插接部32的插接，上插接部22为截面与插接槽33截面相匹配的正多边形。该实施例中截面轮廓为正方形。为了实现不同碳刷13的选择，在上插接部2的其中一个侧面上设置了压杆23，其余的侧面上设置了支撑杆24。压杆23和支撑杆24均为矩形条，且长度方向垂直于上插接部22的侧面。

支撑杆24用来将上转轴2架在下转轴3的上部以防止压杆23对支架4过度挤压。因此支撑杆24的宽度应该小于支撑槽36的宽度并且大于放置槽37的宽度。压杆23用来插入放置槽37内部用以按压安装有碳刷13的支架4，因此压杆23的宽度小于放置槽37的宽度。由于支架4的具有一定的长度，因此为了保证支架4整体的下移，压杆23的长度与固定座34的长度相同。由于碳刷13位置的需要与指针12的位置对应才能保证指针12正确的显示电压值，因此压杆23和指针12位于同一竖直面上，并且位于支撑杆24所在平面的下部。指针12位于上转轴2的上部并且与上转轴2固定连接。此时，碳刷13、压杆23、指针12便处于同一个竖直平面上。

更好的，为了防止支撑杆24在支撑槽36的内部晃动，在支撑杆24的远端端部的竖直方向的两侧设有弧形弹片。

支架4不仅用来安装碳刷13还需要限定碳刷13的运行轨迹，因此支架4的长度大于限位挡块18的内侧距离下转轴3的长度。为了方便插入放置槽37并且与压杆23稳定的接触，将支架4设计为矩形条。为了安装碳刷13并且将碳刷13的电源引到导电盘38上，在支架4的下部设置了导电连杆41、碳刷连杆42、以及压缩弹簧43。

为了便于导电连杆41穿过导电孔371，导电连杆41为横截面与导电孔371的形状相匹配的柱体。导电连杆41垂直于支架4的下表面和放置槽37的底部平面，导电连杆41的上端与支架4固定连接，下端穿过导电孔371与碳刷13连接。为了便于碳刷13的安装，在导电连杆41的底部设有垂直于底部平面向上的凹槽，碳刷13安装在凹槽中。与导电连杆41连接的碳刷13用以与导电环383实现滑动的电气连接。

为了便于碳刷连杆42穿过碳刷孔372，碳刷连杆42为横截面与碳刷孔372的形状相匹配的柱体。碳刷连杆42垂直于支架4的下表面和放置槽37的底部平面，碳刷连杆42的上端与支架4固定连接，下端穿过碳刷孔372与碳刷13连接。为了便于碳刷13的安装，在碳刷连杆42的底部设有垂直于底部平面向上的凹槽，碳刷13安装在凹槽中。与碳刷连杆42连接的碳刷13用以与磨光面实现滑动的电气连接。

压缩弹簧43用以支撑支架4，以保证支架4在未被选择时碳刷13不与磨光面接触并且保证支架4与支撑槽36的底部平齐。为了便于安装将压缩弹簧43套设在导电连杆41和碳刷连杆42上，并且压缩弹簧43的上端与支架4固定连接，下端与放置槽37的底部抵接。

更好的，为了适应大电流的要求，在其中一个支架4的下部设置了两个碳刷连杆42，两个碳刷连杆42的下端各安装一个碳刷13。当负载较大时可以将压杆23调整到安装两个碳刷13的支架4的放置槽37内以增加调压器带负载的能力。对应的，在放置槽37的底部设有两个碳刷槽372。

在上、下转轴2、3未连接时，即未选择任何一个碳刷13的时候，为了实现限位挡块18的限定碳刷13运行轨迹的作用，碳刷13的下表面到线圈绕组17的上表面的垂直距离大于支架4的下表面到限位挡块18上表面的垂直距离。

上、下转轴2、3连接之后，压杆23将其中一个支架4向下按压，支架4碳刷连杆42上安装的碳刷13与磨光面接触，实现了碳刷13与线圈绕组17的电气连接。同时导电连杆41上的碳刷13与导电盘38电气连接。导电连杆41和碳刷连杆42上的碳刷13通过导线电气连接。导电盘38上的导电环383通过导线引至电源输出端，连接导电环383和电源输出端的导线穿过电流互感器的中心。电流互感器的引线端与控制器6电气连接。

为了实现上、下转轴2、3的牢固的连接，转轴连杆5的长度大于上轴连接孔25的上端到下轴连接孔35的下端的距离。为了防止转轴连杆5的滑脱，在转轴连杆5的上端设置了挡块。为了能使连接牢靠在转轴连杆5的下部设有与下轴连接孔35内匹配的螺纹。转轴连杆5上部穿过上轴连接孔25和插接槽33，下部与下轴连接孔35螺接。

更好的，为了便于在转换压杆23时更好的拔出转轴连杆5并且能够灵活的转动，在下轴连接孔35的内部的上端设有一段螺纹。对应的在转轴连杆5的下部设有一段螺纹。转轴连杆5上的螺纹满足一下要求：当上、下转轴2、3连接时，转轴连杆5下部的螺纹的中间位于下轴连接孔35的上部的出口处。

优选的，为了方便转轴连杆5与下轴连接孔35的螺接连接，在转轴连杆5的上部设有正六边形的柱体或者凹槽。以便在旋转转轴连杆5的时候可以使用套筒或者六角工具。

更好的，为了防止转轴连杆5脱出下轴连接孔35，同时不干扰转轴连杆5的安装，在转轴连杆5的底部中心设置了垂直于底面向上的螺孔，螺孔的内部安装了螺杆。为了达到防止转轴连杆5脱出下轴连接孔35，螺杆的端部的外径大于下轴连接孔35的孔径。

一种均衡磨损的调压器的碳刷切换的方法包括以下步骤：

步骤1，将调压器的指针12旋转到零刻度。该操作用以给固定座34进行定位以方便上转轴2进行选择固定座34内的支架4；

步骤2，旋转转轴连杆5，使其与下转轴3脱离。旋转转轴连杆5使其与下转轴3解除螺接连接，方便上转轴2的拔出；

步骤3，将上转轴2从下转轴3中拉出，在上转轴2的上插接部22拔出插接槽33后上转轴2既可以脱离下转轴3独自转动，此时将上转轴2旋转一定的角度即可将压杆23换至另一个放置槽37内部，旋转的角度由支架4的个数决定，具体为360°除以支架4的个数；

步骤4，确定位置后将转轴连杆5与下转轴3螺接连接使上、下转轴2、3连接成一个整体。

如图6所示，一种均衡磨损的调压器的碳刷切换判别方法包括以下步骤：

步骤1，控制器6通过电流互感器采集流过碳刷13的电流大小；

步骤2，控制器6根据流过碳刷13的电流大小选择磨损系数；

步骤3，控制器6计算磨损度，其中H为磨损度，I为输出电流，Li为电流为I时的磨损系数，Tn为电流为I时的时间长度；

步骤4，当磨损度达到设定值后，控制器6启动切换指示灯发光，提示切换碳刷13；

步骤5，碳刷13切换后磨损度归零，并重新计算。即磨损度归零后重复以上步骤。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。