专利名称：带负荷自动调压的配电变压器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及杆上安装的配电变压器，特别涉及一种带负荷调整输出电压的配 电变压器。
背景技术：
杆上安装的配电变压器是将IOKV的电压转换成0. 4KV的电压，受电网电压变化和 负荷高峰与低谷的影响，配电变压器输出电压变化特别大。有时往往偏离电压合格范围。有 些受电设备和重要部门不得不另行安装稳压电源设备来满足需要，这就给用电增加了不必 要的费用，同时也增加了电损。虽然部分杆上配电变压器安装了无激磁分接开关，但是在调压操作时必需把变压 器电源全部断开后，由电工蹬杆操作来完成调节档位的工作，改变配电变压器输出电压，操 作十分不便，且受环境、白昼、雨雪的影响。
实用新型内容为了克服现有的杆上10KV\0.4KV配电变压器不能带负荷随时调整输出电压的不 足，本实用新型的目的是提供一种带负荷自动调压的配电变压器，在不断开负载电源的情 况下，能够根据电网电压的波动，随时调整输出电压，使配电变压器的输出电压总是保持稳 定合格，主要用于380V、220V的工矿企业用电、居民用电、农村用电。为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案一种带负荷自动调压的配电变压器，包括三相绕组，每相绕组的原边设置有多个 分接抽头，其特征是该配电变压器还包括步进电机、监控装置和三相有载分接开关，每相 有载分接开关由动触头、静触头、机械臂以及切换电路组成，所述静触头有多个，这些静触 头呈弧形布置，动触头固定在机械臂上，三相有载分接开关中的机械臂都固定在步进电机 的转子上，三相有载分接开关中的静触头分别与三相绕组原边上的各个分接抽头对应连 接，动触头与星点连接，每个切换电路由双向可控硅和限流电阻串联构成，所述每相绕组原 边上设置的分接抽头都通过有载分接开关中的切换电路与星点连接，监控装置由电压互感 器、电流互感器、电压采样电路、电流采样电路、单片机、步进电机驱动电路、可控硅触发电 路组成，电压互感器的输入端与配电变压器的副边连接，电压互感器的输出端经过电压采 样电路与单片机的模拟量端口连接，电流互感器的输入端与配电变压器的副边连接，电流 互感器的输出端经过电流采样电路与单片机的模拟量端口连接，步进电机驱动电路以及可 控硅触发电路都与单片机的通用输入/输出端口连接。由于采用上述技术方案本实用新型有以下积极有益效果本实用新型的创新之处在于为杆上配电变压器设计了配套的机械电子混合型有 载分接开关和监控装置，有载分接开关利用步进电机来带动机械臂上的动触头，实现变压 器档位的切换，由双向可控硅实现辅助切换，体积小、工作可靠，使用寿命长，监控装置通过 互感器实时检测(配电变压器副边)的电压和电流，并将检测到的信号传输给单片机，单片机按照程序的设定，发出可控硅触发脉冲，接通切换电路，然后发出步进电机控制脉冲，使 步进电机转动相应的角度，完成配电变压器档位的切换，使配电变压器输出电压总是保持 稳定合格。监控装置的核心是单片机，单片机可以通过串行通信接口与上位机连接，通过上 位机实现远程控制。本实用新型可使低压受电设备，在不增加任何稳压设备的情况下，获得 稳定合格的电压。对某些重要用户尤其重要，使受电设备能够充分发挥其效能。而且能够 实现电网智能化调压和稳压功能，为电网智能化做贡献。
图1是本实用新型配电变压器的电路原理图。图2是本实用新型步进电机的原理图。图3是本实用新型监控装置的原理图。
具体实施方式
请参照图1，本实用新型是一种带负荷自动调压的配电变压器，包括三相绕组，每 相绕组的原边设置有多个分接抽头，其特征是该配电变压器还包括步进电机、监控装置和 三相有载分接开关，每相有载分接开关由动触头、静触头、机械臂以及切换电路组成，静触 头有多个，这些静触头围绕步进电机的转子呈弧形布置，动触头固定在机械臂上，三相有载 分接开关中的机械臂都固定在步进电机的转子上，三相有载分接开关中的静触头分别与三 相绕组原边上的各个分接抽头对应连接。下面以A相绕组为例说明，本实施例中，静触头有五个，分别为Si、S2、S3、S4、S5， 这些静触头呈弧形布置，动触头V固定在机械臂X上，机械臂X固定在步进电机M的转子上， 各个静触头Si、S2、S3、S4、S5分别与A相绕组上的五个分接抽头ΚΙ、K2、K3、K4、K5对应连 接，动触头V与星点N连接，切换电路有五个第一个切换电路由双向可控硅SCRl和限流电阻Rl串联构成。第二个切换电路由双向可控硅SCR2和限流电阻R2串联构成。第三个切换电路由双向可控硅SCR3和限流电阻R3串联构成。第四个切换电路由双向可控硅SCR4和限流电阻R4串联构成。第五个切换电路由双向可控硅SCR5和限流电阻R5串联构成。A相绕组原边上的五个分接抽头K1、K2、K3、K4、K5分别通过上述第一、第二、第三、 第四、第五切换电路与星点N连接。请参照图3，监控装置由电压互感器ΥΗ、电流互感器LH、单片机MCU、步进电机驱动 电路、可控硅触发电路组成。电压互感器YH是四端元件，有两个电压输入端，两个电压输出端，两个电压输入 端取配电变压器副边(低压侧)的线电压，两个电压输出端经过电压采样电路与单片机 MCU (型号为PIC16F873)的模拟量端口 RAl连接。电流互感器LH是四端元件，有两个电流输入端，两个电流输出端，两个电流输入 端取配电变压器副边(低压侧)的线电流，两个电流输出端经过电流采样电路与单片机 MCU (型号为PIC16F873)模拟量端口 RA2连接。步进电机驱动电路与单片机MCU(型号为PIC16F873)的通用输入/输出端口连接，可控硅触发电路与单片机MCU(型号为PIC16F873)的通用输入/输出端口连接。请参照图2，本实施例的步进电机M为四相步进电机，它有四个绕组，分别为Li、 L2、L3、L4，步进电机驱动电路有四组，如图3所示。第一组步进电机驱动电路由晶体三极管Qll、Q12和光电耦合器VTl组成，晶体三 极管Qll与单片机MCU的通用输入/输出端口 RBl连接，晶体三极管Q12与步进电机的线 圈Ll连接，晶体三极管Qll、Q12之间通过光电耦合器VTl连接。第二组步进电机驱动电路由晶体三极管Q21、Q22和光电耦合器VT2组成，晶体三 极管Q21与单片机MCU的通用输入/输出端口 RB2连接，晶体三极管Q22与步进电机的线 圈L2连接，晶体三极管Q21、Q22之间通过光电耦合器VT2连接。第三组步进电机驱动电路由晶体三极管Q31、Q32和光电耦合器VT3组成，晶体三 极管Q31与单片机MCU的通用输入/输出端口 RB3连接，晶体三极管Q32与步进电机的线 圈L3连接，晶体三极管Q31、Q32之间通过光电耦合器VT3连接。第四组步进电机驱动电路由晶体三极管Q41、Q42和光电耦合器VT4组成，晶体三 极管Q41与单片机MCU的通用输入/输出端口 RB4连接，晶体三极管Q42与步进电机的线 圈L4连接，晶体三极管Q41、Q42之间通过光电耦合器VT4连接。步进电机驱动电路原理如图3所示单片机MCU将控制脉冲从输入/输出端口 RB1-RB4输出，经晶体三极管Q11、Q21、 Q3UQ41放大后，由光电耦合器隔离，再经晶体三极管Q12、Q22、Q32、Q42放大后，按时序依 次送给步进电机的各个线圈L1、L2、L3、L4，使步进电机随着不同的脉冲信号作正转、反转和
停止动作。图3中步进电机驱动电路的接线端la、lb与图2中步进电机M的线圈Ll连接。图3中步进电机驱动电路的接线端2a、2b与图2中步进电机M的线圈L2连接。图3中步进电机驱动电路的接线端3a、3b与图2中步进电机M的线圈L3连接。图3中步进电机驱动电路的接线端4a、4b与图2中步进电机M的线圈L4连接。只要对步进电机的各个线圈按合适的时序通电，就能使步进电机M转动特定的角 度。例如，开始时，单片机MCU的输入/输出端口 RBl输出高电平信号，输入/输出端口 RB2、 RB3、RB4输出低电平信号，此时，晶体三极管Qll导通，晶体三极管Q21、Q31、Q41截止。经 过光电耦合器VTl的耦合作用，晶体三极管Q12导通，线圈Ll得电，线圈L2、L3、L4失电， 线圈Ll的磁极与转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和线圈L2、L3的磁极产生错 齿，转子的2、5号齿就和线圈L3、L4的磁极产生错齿。同理，当单片机MCU的输入/输出端口 RB2输出高电平信号，输入/输出端口 RBl、 RB3、RB4输出低电平信号，此时，线圈L2得电，线圈Li、L3、L4失电，由于线圈L2的磁力线 与1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，转子的1、4号齿与线圈L2的磁极对齐，而0、3 号齿与线圈L1、L4的磁极产生错齿，2、5号齿就与线圈L3、L4的磁极产生错齿。依次类推， 线圈Ll、L2、L3、L4轮流通电，则转子会沿着逆时针方向转动。可控硅触发电路有五个第一个可控硅触发电路由晶体三极管Q13、分压电阻R13、脉冲隔离变压器Tl、正 脉冲保证二极管Dl构成，晶体三极管Q13的基极与单片机MCU的输入/输出端口 RCO连接， 分压电阻R13与晶体三极管Q13的发射极连接，脉冲隔离变压器Tl的原边跨接在分压电阻R13的两端上，脉冲隔离变压器Tl的副边经过正脉冲保证二极管Dl与双向可控硅SCRl的 门极连接。第二个可控硅触发电路由晶体三极管Q23、分压电阻R23、脉冲隔离变压器T2、正 脉冲保证二极管D2构成，晶体三极管Q23的基极与单片机MCU的输入/输出端口 RCl连接， 分压电阻R23与晶体三极管Q23的发射极连接，脉冲隔离变压器T2的原边跨接在分压电阻 R23的两端上，脉冲隔离变压器T2的副边经过正脉冲保证二极管D2与双向可控硅SCR2的 门极连接。第三个可控硅触发电路由晶体三极管Q33、分压电阻R33、脉冲隔离变压器T3、正 脉冲保证二极管D3构成，晶体三极管Q33的基极与单片机MCU的输入/输出端口 RC2连接， 分压电阻R33与晶体三极管Q33的发射极连接，脉冲隔离变压器T3的原边跨接在分压电阻 R33的两端上，脉冲隔离变压器T3的副边经过正脉冲保证二极管D3与双向可控硅SCR3的 门极连接。第四个可控硅触发电路由晶体三极管Q43、分压电阻R43、脉冲隔离变压器T4、正 脉冲保证二极管D4构成，晶体三极管Q43的基极与单片机MCU的输入/输出端口 RC3连接， 分压电阻R43与晶体三极管Q43的发射极连接，脉冲隔离变压器T4的原边跨接在分压电阻 R43的两端上，脉冲隔离变压器T4的副边经过正脉冲保证二极管D4与双向可控硅SCR4的 门极连接。第五个可控硅触发电路由晶体三极管Q53、分压电阻R53、脉冲隔离变压器T5、正 脉冲保证二极管D5构成，晶体三极管Q53的基极与单片机MCU的输入/输出端口 RC4连接， 分压电阻R53与晶体三极管Q53的发射极连接，脉冲隔离变压器T5的原边跨接在分压电阻 R53的两端上，脉冲隔离变压器T5的副边经过正脉冲保证二极管D5与双向可控硅SCR5的 门极连接。电压互感器YH的输出端经过电压采样电路与单片机MCU的模拟量端口 RAl连接， 电压采样电路由滤波电容Cl、C2、C3、并联电阻R6、滤波电阻R7、整流二极管D6组成，电压 采样电路的作用是对当前输出电压的高低情况进行采集，并转换成符合单片机MCU的模拟 量端口 RAl要求的电压信号。电流互感器LH的输出端经过电流采样电路与单片机MCU的模拟量输入端口 RA2 连接，电流采样电路由滤波电容C4、C5、C6、并联电阻R8、滤波电阻R9、整流二极管D7组成， 电流采样电路的作用是对当前输出电流的大小情况进行采集，并转换成符合单片机MCU的 模拟量端口 RA2要求的直流电压信号。单片机MCU通过该直流电压信号判断配电变压器负 荷情况。单片机MCU利用电压互感器、电流互感器实时检测配电变压器副边的电压和电 流，然后与数据存储器中存储的基准电压以及额定电流做比较，若输出电压高或低需要调 节，且配电变压器电流不超负荷，就进行相应调节。增加或减少配电变压器原边绕组的匝数是通过调整动触头与静触头分接实现的， 动触头与原静触头分开之前，要先导通相应的切换电路，即先要利用可控硅触发电路将切 换电路中的双向可控硅导通。请参照图1，例如，动触头V的起始位置是与定触头Sl接触，此时，配电变压器A相 绕组原边(高压侧)的电流路径是:A-抽头Kl-静触头Sl-动触头V-星点N。[0048]当配电变压器开始调压，由抽头1调节变换至抽头2时，单片机MCU的RCO端口输 出一个高电平脉冲信号，使晶体三极管Q13导通，该脉冲信号经过脉冲隔离变压器Tl加载 到双向可控硅SCRl的门极，双向可控硅SCRl导通，A相绕组原边的电流路径变换成A-抽 头Kl-双向可控硅SCRl-星点N。然后，单片机MCU通过步进电机驱动电路，按时序给步进电机的各个线圈Li、L2、 L3、L4通电。使步进电机随着脉冲信号反转，步进电机M的转子转动一个设定的角度，转子 带动机械臂X上的动触头V与静触头S2接触。双向可控硅SCRl在电流过零后由导通自行 转为截止，完成了一次调压过程，此时配电变压器在抽头2上运行。同理，当配电变压器由抽头2调节变换至抽3时。首先单片机MCU的输入/输出 端口 RCl输出一个高电平脉冲信号，使晶体三极管Q23导通，该脉冲信号经过脉冲隔离变压 器T2加载到双向可控硅SCR2的门极，双向可控硅SCR2导通，A相绕组原边的电流路径变 换成A-抽头K2-双向可控硅SCR2-星点N。然后，单片机MCU通过步进电机驱动电路，按时序给步进电机的各个线圈Li、L2、 L3、L4通电。使步进电机随着脉冲信号反转，步进电机M的转子转动一个设定的角度，转子 带动机械臂X上的动触头V与静触头S3接触。双向可控硅SCR2在电流过零后由导通自行 转为截止。完成了两次调压过程，此时配电变压器运行于抽头3。监控装置的核心是单片机MCU，单片机MCU还可以通过串行通信接口 RXD、TXD与 上位机连接，通过上位机实现远程控制。本实用新型的配电变压器B相绕组、C相绕组的电 路结构以及控制原理与上述的A相绕组相同。综上所述可知，本实用新型利用监控装置发出调节命令，在不用断开电源的情况 下调节配电变压器的输出电压，从而实现配电变压器自动调压和受控调压。
权利要求一种带负荷自动调压的配电变压器，包括三相绕组，每相绕组的原边设置有多个分接抽头，其特征是该配电变压器还包括步进电机、监控装置和三相有载分接开关，每相有载分接开关由动触头、静触头、机械臂以及切换电路组成，所述静触头有多个，这些静触头呈弧形布置，动触头固定在机械臂上，三相有载分接开关中的机械臂都固定在步进电机的转子上，三相有载分接开关中的静触头分别与三相绕组原边上的各个分接抽头对应连接，动触头与星点连接，每个切换电路由双向可控硅和限流电阻串联构成，所述每相绕组原边上设置的分接抽头都通过有载分接开关中的切换电路与星点连接，监控装置由电压互感器、电流互感器、电压采样电路、电流采样电路、单片机、步进电机驱动电路、可控硅触发电路组成，电压互感器的输入端与配电变压器的副边连接，电压互感器的输出端经过电压采样电路与单片机的模拟量端口连接，电流互感器的输入端与配电变压器的副边连接，电流互感器的输出端经过电流采样电路与单片机的模拟量端口连接，步进电机驱动电路以及可控硅触发电路都与单片机的通用输入/输出端口连接。
专利摘要一种带负荷自动调压的配电变压器，包括三相绕组、步进电机、监控装置和三相有载分接开关，每相有载分接开关由动触头、静触头、机械臂以及切换电路组成，动触头固定在机械臂上，机械臂固定在步进电机的转子上，三相有载分接开关中的静触头分别与三相绕组原边上的各个分接抽头对应连接，动触头与星点连接，每个切换电路由双向可控硅和限流电阻串联构成，每相绕组原边上设置的分接抽头都通过切换电路与星点连接，监控装置由电压互感器、电流互感器、电压采样电路、电流采样电路、单片机、步进电机驱动电路、可控硅触发电路组成，该配电变压器在不断开负载电源的情况下，能够根据电网电压的波动，随时调整输出电压，使配电变压器的输出电压总是保持稳定合格。
文档编号H02P13/00GK201663579SQ20102016489
公开日2010年12月1日 申请日期2010年4月21日 优先权日2010年4月21日
发明者杨义 申请人:杨义;李锁义