磁感应式非接触型有载开关档位回读装置的制作方法

本实用新型涉及电力设备技术领域，特别是一种应用于有载开关上的辅助装置。

背景技术：

有载开关又称有载分接开关，是指一种适合在变压器励磁或负载下进行操作的、用来改变变压器绕组分接连接位置的调压装置，其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的。

目前，市场上真空有载开关保有量较多，产品功能大同小异，工作原理一致，都是通过步进电机驱动动触头动作，通过与不同的静触头连接实现档位的变换。当有载开关的档位发生变化时，需要回读给控制器，由控制器来判断目前的档位是否合适，是否需要继续切换，因此有载开关档位回读的是否准确至关重要。

控制器获取的有载开关档位信号，通常是由真空有载开关上设置的回读盘进行档位的回读。传统真空有载开关的回读盘采用的是滑动触点式结构，这种回读盘存在以下缺陷：1）在有载开关长时间使用过程中，容易出现触点脱落，接触不良等现象，从而使控制器回读信息错误或消失，造成有载开关故障；2）由于滑动式的回读盘是机械运动，所以存在摩擦与摩损，各个触点需要加润滑剂，但是时间一长很容易产生灰尘等杂物，造成触点粘连容易产生误动作；为克服此问题，就需要对回读盘进行周期性的维护，维护工作量大；3）滑动触点式回读盘的工作电压是交流220V电源，维护过程中存在触电的安全隐患。

为解决上述问题，中国专利CN205090923U公开了一种有载分接开关档位传感器，其是在有载分接开关的中轴上设置了带磁铁的支架，对应磁铁的上方或下方设置了匀布有多个干簧管的线路板，干簧管的数量与有载分接开关的档位数量一致，磁铁随中轴转动，通过磁铁磁化不同位置的干簧管，来感知有载分接开关的档位信号。尽管该专利实现了非接触式的档位信号回读，但是仍然存在一定的局限性，例如：受干簧管灵敏度的影响，只适合应用于档位数量较少的有载开关上。然而，随着电力设备对档位的调节要求越来越精细，此种干簧管式的档位回读方式已经无法满足使用需求。

技术实现要素：

本实用新型需要解决的技术问题是提供一种工作稳定可靠、准确性高的磁感应式非接触型有载开关档位回读装置，用于实现多档位的有载开关信号回读，进一步满足精细档位调节的需求。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案如下。

磁感应式非接触型有载开关档位回读装置，包括随有载开关中轴同步旋转的旋转磁盘、用于感应旋转磁盘上磁场变化的档位回读盘以及为档位回读盘提供工作电源并将回读的档位信号进行处理后传输出来的信号处理模块；所述档位回读盘与旋转磁盘上下相对且平行设置，档位回读盘固定设置在有载开关的机壳上；所述旋转磁盘上嵌装有与档位位置相对应、按照BCD码设置、并随档位升高顺时针布设的若干强磁体组，档位回读盘上对应BCD码权位的位置设置有感应强磁体磁场的霍尔传感器。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中旋转磁盘的具体结构为，所述旋转磁盘的本体为圆形或圆环形结构，旋转磁盘本体按照有载开关档位数量等分为若干扇形区域，按照BCD码设置的某一档位的强磁体组位于与该档位相对应的扇形区域内的同一条半径上；同一权位上的强磁体位于半径相同的同一圆环上。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中强磁体的具体结构为，所述强磁体为N\S极方向与旋转磁盘相垂直、且极性靠近档位回读盘的磁柱。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中强磁体的另一种结构为，位于同一圆环上、相邻的强磁体连接成一弧形磁体片。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置改进在于，所述旋转磁盘通过紧固件固设在有载开关中轴上的调档齿轮上，档位回读盘与旋转磁盘之间的间距满足霍尔传感器的感应距离要求。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置改进在于，所述的BCD码采用8421BCD码。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中所述档位回读盘的具体结构为，所述档位回读盘上设置有档位信号采集电路，档位信号采集电路包括第一端子排和与霍尔传感器数量相应的限流电阻，所述限流电阻串接在第一端子排的电源正极和霍尔传感器的电源正极端之间，第一端子排的接地端与霍尔传感器的接地端连接。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中所述档位回读盘的改进在于，所述档位信号采集电路中还设置有监测霍尔传感器工作状态并显示当前档位信息的发光二极管，发光二极管串接在第一端子排的信号端和霍尔传感器的信号输出端之间。

上述磁感应式非接触型有载开关档位回读装置中所述信号处理模块的具体结构为，所述信号处理模块包括焊接有电源转换电路和信号解析电路的电路板，电路板上焊接有通过信号线连接档位回读盘上第一端子排的第二端子排以及通过信号线与外部控制器连接的第三端子排；所述电源转换电路的输入端连接第三端子排的电源端，用于将交流电整流为直流电并降压后输出给第二端子排和信号解析电路；所述信号解析电路的输入端连接第二端子排的档位信号端，信号解析电路的输出端连接第三端子排的信号输出端，用于将档位回读盘传输的档位信号放大后经第三端子排传输给外部控制器。

由于采用了以上技术方案，本实用新型所取得技术进步如下。

本实用新型应用于有载开关中，在实现无接触式档位信号采集的基础上，采用BCD码设置的强磁体组与霍尔传感器的配合，实现了多档位有载开关的信号回读，进一步满足了精细档位调节的需求；并且，霍尔传感器灵敏度高，具有较强的抗外磁场干扰能力，因此能够准确实现强磁体磁场的感应，从而有效保证了信号回读的准确可靠性。另外，本实用新型中信号回读盘采用24V直流电工作，为修护作业人员在维修过程中的安全提供了可靠保证。

附图说明

图1为本实用新型的原理框图；

图2为本实用新型实施例1中所述旋转磁盘的结构示意图；

图3为本实用新型实施例2中所述旋转磁盘的结构示意图；

图4为本实用新型所述档位回读盘的电路图；

图5为本实用新型所述信号处理模块的电路图；

图6为本实用新型在有载开关上的安装结构示意图。

其中：1.底座，2.中轴，3.机壳，4.调档齿轮，5.旋转磁盘，6.档位回读盘，7.信号处理模块，8.发光二极管，9.紧固件。

具体实施方式

本实用新型中有载开关的主体结构如图6所示，包括底座1以及固定在底座上方的机壳3，底座1内设置有电机，电机的输出轴通过联轴器连接中轴2，中轴上通过键连接有驱动有载开关动触头动作的调档齿轮4。

本实用新型提出的磁感应式非接触型有载开关档位回读装置安装在有载开关的机壳上部，具体包括旋转磁盘5、档位回读盘6以及信号处理模块7，各部件之间的电气连接关系如图1所示。具体为：旋转磁盘5随有载开关中轴2同步旋转，也即跟随有载开关档位的变化而变化，旋转磁盘5上嵌装有若干强磁体，强磁体的布设与档位位置相对应，强磁体的设置按照BCD码规则设置；档位回读盘6与旋转磁盘5上下相对且平行设置，并固定在有载开关的机壳上，档位回读盘6上对应BCD码权位的位置设置有霍尔传感器，用于感应旋转磁盘上磁场的变化，从而获知档位的变化；信号处理模块7用于为档位回读盘提供工作电源并将回读的档位信号进行处理后传输给外部的控制器。

下面将结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步详细说明。

实施例1

一种磁感应式非接触型有载开关档位回读装置，包括旋转磁盘5、档位回读盘6以及信号处理模块7。其中，旋转磁盘5通过紧固件9固设在有载开关中轴上的调档齿轮4上，紧固件9采用螺栓螺母组件；档位回读盘6位于旋转磁盘5的正上方。

本实施例中，旋转磁盘5设置为圆环形结构，旋转磁盘同轴套接在中轴上后，通过螺栓螺母组件固定在调档齿轮的上端面上；档位回读盘6固定在机壳的顶部边沿；信号处理模块7设置在机壳外，如图6所示。当然，本实用新型中的信号处理模块也可以设置在档位回读盘上或机壳内。

旋转磁盘的结构如图2所示，包括旋转磁盘本体，旋转磁盘本体采用环氧树脂板制作，上述的强磁体均嵌装在旋转磁盘本体上。本实施例中，强磁体采用磁柱，磁柱的N\S极方向与旋转磁盘相垂直，且极性靠近档位回读盘，便于档位回读盘感应。

本实施例中，有载开关的档位数量为25档，故旋转磁盘本体按照有载开关档位数量等分为了25个扇形区域，每个扇形区域的夹角为14.4°。按照BCD码设置的某一档位的强磁体组位于与该档位相对应的扇形区域内的同一条半径上，并且对应1-25档的各档位强磁体组随档位升高按照顺时针设置在旋转磁盘本体上，如图2所示。

本实用新型中，BCD码采用8421BCD码，25档位的强磁体根据8421BCD码设置了16、8、4、2、1共五个权位，也即旋转磁盘本体上对应五个权位等距设置了五个圆环，同一权位上的强磁体位于半径相同的同一圆环上，对应每个档位的强磁体组合布设在圆环与扇形边沿半径的交接处，如图2所示。例如：1档的8421BCD码为00001，对应的强磁体数量为1，该强磁体设置在最内部圆环与对应1档扇形边沿半径的交接处；16档的8421BCD码为10000，对应的强磁体数量也为1，但该强磁体设置在最外部圆环与对应16档扇形边沿半径的交接处；25档的8421BCD码为11001，对应的强磁体数量为3，分别设置在自内向外的第一圆环、第四圆环及第五圆环与对应25档扇形边沿半径的交接处。

档位回读盘上设置有档位信号采集电路，档位信号采集电路的电路图如图4收拾，包括第一端子排DZJ1、五个霍尔传感器（U16、U8、U4、U2、U1）44e以及五个限流电阻（RD16、RD8、RD4、RD2、RD1）。其中，限流电阻串接在第一端子排的电源正极和霍尔传感器电源正极端之间，第一端子排的接地端与霍尔传感器的接地端连接。

五个霍尔传感器分别对应旋转磁盘上的五个权位，并位于旋转磁盘上圆环与半径交接点的正上方设置。为保证霍尔传感器能够精确感应到强磁体，本实用新型中，档位回读盘与旋转磁盘之间的间距必须满足霍尔传感器的感应距离要求，通常设置为2-5mm。

本实用新型为监测霍尔传感器的工作状态，并显示有载开关的当前档位信息，档位信号采集电路中还设置了发光二极管（D16、D8、D4、D2、D1）。发光二极管串接在第一端子排的信号端和霍尔传感器的信号输出端之间。

信号处理模块的主体为电路板，电路板上焊接有电源转换电路、信号解析电路、第二端子排DZJ2以及第三端子排DZJ3，第二端子排DZJ2通过信号线连接档位回读盘上的第一端子排，第三端子排DZJ3通过信号线与外部控制器连接。

所述电源转换电路的输入端连接第三端子排的电源端，用于将220V交流电整流降压为24V直流电后输出给第二端子排和信号解析电路；具体电路图如图5所示。电源转换电路包括整流器ZQ1以及二级降压电路；整流器ZQ1的输入端连接第三端子排的电源端，整流器ZQ1的输出端连接二级降压电路的输入端，用于将交流电整流为直流电；二级降压电路的输出端连接第二端子排的电源端，用于将高直流电转换为24V直流电输出。

所述信号解析电路的输入端连接第二端子排的档位信号端，信号解析电路的输出端连接第三端子排的信号输出端，用于将档位回读盘传输的档位信号放大后经第三端子排传输给外部控制器；其电路图如图5所示。本实施例中，信号解析电路对应五个霍尔传感器共设置并列的五条支路，对应第一权位的霍尔传感器的信号解析电路包括串联连接的稳压管WD1和三极管QC1；其中，稳压管WD1的正极与第二端子排的第一权位信号端连接，同时经电阻R1连接电源转换电路的输出端；稳压管WD1的负极连接三极管QC1的基极，三极管QC1的集电极与第三端子排的第一权位信号端连接。五条支路中的五个三极管共发射极，并接电源地。

本实用新型中工作时，电机转动，带动中轴及其上的调档齿轮以及旋转磁盘同时旋转，达到某一档位时，档位回读盘上的霍尔传感器便可感应各权位上的强磁体，以此获得磁场信号；档位回读盘采集的信号传输给信号解析电路处理后输出给外部的控制器，控制器便可准确得知有载开关的当前档位。

实施例2

本实施例与实施例1的区别仅在于：旋转磁盘上强磁体的形态不同。本实施例中，旋转磁盘同一圆环上、相邻的强磁体连接成一弧形磁体片，如图3所示，方便了强磁体的安装，同时也提高了强磁体在旋转磁盘上的牢固性。