具有改進驅動系統的抽頭變換器的制造方法
【專利摘要】提供了一種有載抽頭變換器，其具有多個模塊，每個模塊可操作以改變變壓器繞組中的抽頭。傳輸軸連接至該模塊并且在旋轉時可操作以實施繞組中的抽頭變換。伺服電機旋轉傳輸軸。該伺服電機包括可操作以生成包含與電機軸的位置相關的信息的反饋信號的反饋設備。伺服驅動連接至該伺服電機以接收該反饋信號。該伺服驅動使用該反饋信號以確定并存儲電機軸的總角位移。該伺服驅動使用該反饋信號和電機軸的總角位移來控制該伺服電機的操作。
【專利說明】具有改進驅動系統的抽頭變換器
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種抽頭變換器，尤其涉及一種有載抽頭變換器。
【背景技術】
[0002]如眾所周知的，變壓器將處于一個電壓的電力轉換為處于為較高或較低數值的另一電壓的電力。變壓器使用初級繞組和次級繞組實現該電壓轉換，該初級繞組和次級繞組均纏繞在鐵磁芯上并且包括多匝電導體。初級繞組連接至電壓源而次級繞組則連接至負載。通過改變次級匝數與初級匝數之比，能夠改變輸出與輸入電壓之比，因此控制或調整變壓器的輸出電壓。該比率能夠通過有效改變初級繞組中的匝數和/或次級繞組中的匝數而改變。這是通過在(多個)繞組內的不同連接點或“抽頭”之間形成連接來完成的。能夠對抽頭形成這樣的選擇性連接的設備被稱作“抽頭變換器”。
[0003]總體上存在兩種類型的抽頭變換器:帶負載抽頭變換器和無勵磁或“無載”抽頭變換器。無載抽頭變換器使用電路斷路器將變壓器與電壓源隔離開來并且因此從一個抽頭切換至另一個抽頭。帶負載抽頭變換器(或簡單地“有載抽頭變換器”)在變壓器連接至電壓源的同時在抽頭之間切換連接。對于每個相位繞組而言，有載抽頭變換器包括選擇器開關組件、旁通開關組件和真空中斷器組件。選擇器開關組件形成到變壓器抽頭的連接，而旁通開關組件則通過兩個分支電路將抽頭連接至主電源電路。在抽頭變換期間，真空中斷器組件安全地隔離分支電路。驅動系統移動該選擇器開關組件、旁通開關組件和真空中斷器組件。本發明針對這樣的驅動系統。

【發明內容】

[0004]依據本發明，提供了一種在變壓器繞組中進行抽頭變換的有載抽頭變換器。該抽頭變換器包括連接至變壓器繞組的抽頭變換模塊。該抽頭變換模塊包括旁通開關組件、真空中斷器組件和選擇器開關組件。提供了伺服電機并且其包括電機軸和反饋設備。該電機軸連接至抽頭變換模塊并且可在旋轉時進行操作以使得該抽頭變換模塊執行實施抽頭變換的操作序列。該反饋設備可操作以生成包含與該電機軸的位置相關的信息的反饋信號。伺服驅動連接至該伺服電機以接收該反饋信號。該伺服驅動使用該反饋信號來確定并存儲該電機軸的總角位移。該伺服驅動使用該反饋信號和該電機軸的總角位移來控制該伺服電機的操作。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]通過以下描述、所附權利要求和附圖，本發明的特征、方面和優勢將被更好地理解，其中:
[0006]圖1示出了本發明的抽頭變換器的前正視圖；
[0007]圖2示出了抽頭變換器的示意圖；
[0008]圖3示出了處于線性、加減和粗精配置的抽頭變換器的電路圖；[0009]圖4示出了抽頭變換器的電路的示意圖；
[0010]圖5示出了通過抽頭變換的電路處理；
[0011]圖6示出了抽頭變換器的箱內部的前部視圖；
[0012]圖7示出了抽頭變換器的前部支撐結構的后部視圖；
[0013]圖8示出了抽頭變換器的驅動系統和監視系統的示意圖；
[0014]圖9示出了驅動系統的殼的搖擺面板的前部視圖；
[0015]圖10示出了驅動系統和監視系統的部件之間的電力和通信連接的示意圖；
[0016]圖11示出了驅動系統的伺服電機的示意性截面圖；
[0017]圖12示出了驅動系統的伺服驅動的示意圖；
[0018]圖13示出了包含驅動系統和監視系統的殼內部的透視圖；
[0019]圖14示出了驅動系統的手動曲軸組件和其它部件的特寫視圖；
[0020]圖15示出了驅動系統的凸輪和槽輪機構(Geneva gear)的近視圖；
[0021]圖16示出了凸輪的透視圖；
[0022]圖17示出了真空中斷器監視系統的示意圖；
[0023]圖18示出了監視系統的存儲器中所存儲的抽頭變換映射的圖形表示形式；
[0024]圖19示出了由監視系統所執行的電力恢復例程的流程圖；
[0025]圖20示出了可以由監視系統執行的第一監視例程的流程圖；以及
[0026]圖21示出了可以由監視系統執行的第二監視例程的流程圖。
【具體實施方式】
[0027]應當注意的是，在以下的詳細描述中，同樣的組件具有相同的附圖標記，而無論它們是否在本發明的不同實施例中所示出。還應當注意的是，為了清楚且簡明地公開本發明，附圖可以不必依比例進行繪制并且本發明的某些特征可以以略顯示意性的形式而被示出。
[0028]現在參考圖1和2，示出了依據本發明而實現的有載抽頭變換器(LTC) 10。LTClO適于在箱上安裝于變壓器。通常，LTClO包括抽頭變換組件12、驅動系統14和監視系統16。抽頭變換組件12封閉在箱18中，而驅動系統14和監視系統16則封閉在外殼20中，該外殼20可以安裝在箱18下方。箱18限定了抽頭變換組件12安裝于其中的內部腔室。該內部腔室保持足夠浸沒抽頭變換組件12的一定量的電介質流體。通過可在開啟和閉合位置之間樞軸旋轉的門24提供對抽頭變換組件12的訪問。
[0029]抽頭變換組件12包括三個電路30，每一個電路可進行操作以改變變壓器的一個相位的調節繞組32上的抽頭。每個電路30可以以線性配置、加減配置或粗精配置被加以利用，分別如圖3a、3b、3c所示。在線性配置中，跨調節繞組32的電壓與跨主(低電壓)繞組34的電壓相加。在加減配置中，調節繞組32通過切換開關36連接至主繞組34，這允許跨調節繞組32的電壓與跨主繞組34的電壓相加或者從中被減去。在粗精配置中，除了(精細)調節繞組32之外還存在粗糙調節繞組38。切換開關40將(精細)調節繞組32直接或者與粗糙調節繞組38串聯地連接至主繞組34。
[0030]現在參考圖4，示出了在加減配置中連接至調節繞組32的抽頭變換組件12的電路30中的一個電路的示意圖。電路30被部署到第一和第二分支電路44、46之中，并且通常包括選擇器開關組件48、旁通開關組件50以及包括真空中斷器54的真空中斷器組件52。[0031]選擇器開關組件48包括可移動的第一和第二觸頭臂58、60以及分別連接至繞組32的抽頭的多個靜止觸頭56。第一和第二觸頭臂58、60分別連接至電抗器62、64，它們在選擇器開關組件48橋接兩個抽頭時減小循環電流的振幅。第一觸頭臂58位于第一分支電路44中且第二觸頭臂60位于第二分支電路46中。旁通開關組件50包括第一和第二旁通開關66、68，其中第一旁通開關66位于第一分支電路44中而第二旁通開關68位于第二分支電路46中。第一和第二旁通開關66、68中的每一個旁通開關連接在其相關聯的電抗器和主電源電路之間。真空中斷器54連接在第一和第二分支電路44、46之間并且包括封閉在其中具有真空的瓶體和外殼中的固定觸頭和可移動觸頭。
[0032]選擇器開關組件48的第一和第二觸頭臂58、60能夠位于非橋接位置或橋接位置。在非橋接位置中，第一和第二觸頭臂58、60連接至變壓器的繞組32上的多個抽頭中單獨的一個抽頭。在橋接位置，第一觸頭臂58連接至抽頭之一而第二觸頭臂60則連接至抽頭中的另一個相鄰的抽頭。
[0033]在圖4中，第一和第二觸頭臂58、60均連接至繞組32的抽頭4，即第一和第二觸頭臂58、60處于非橋接位置。在穩定狀態條件下，真空中斷器54的觸頭164、166閉合,并且第一和第二旁通開關66、68的每一個旁通開關中的觸頭閉合。負載電流流過第一和第二觸頭臂58、60以及第一和第二旁通開關66、68。實質上沒有電流流過真空中斷器54并且電抗器電路中沒有循環電流。
[0034]現在將參考圖5a_5e對其中第一和第二觸頭臂58、60移動至橋接位置的抽頭變換進行描述。第一旁通開關66首先被斷開(如圖5a所示)，這使得電流從第一觸頭臂58和電抗器62流過真空中斷器54。真空中斷器54隨后被斷開以隔離第一分支電路44 (如圖5b所示)。這允許第一觸頭臂58隨后被移動至抽頭5而無電弧(如圖5c中所示)。在該移動之后，真空中斷器54首先被閉合(如圖5d所示)并且隨后第一旁通開關66被閉合(如圖5e所示)。這完成了抽頭變換。此時，第一觸頭臂58連接至抽頭5而第二觸頭臂60連接至抽頭4，即第一和第二觸頭臂58、60處于橋接位置。在穩定狀態條件下，真空中斷器54的觸頭閉合并且第一和第二旁通開關66、68的每一個旁通開關中的觸頭閉合。電抗器62、64現在串行連接并且其中點處的電壓是每個抽頭選擇的電壓的一半。循環電流目前在電抗器電路中流動。
[0035]可以進行另一抽頭變換以將第二觸頭臂60移動至抽頭5而使得第一和第二觸頭臂58、60處于相同抽頭(抽頭5)上，即處于非橋接位置。為此，針對第二分支電路46執行以上所描述的例程，即第二旁通開關68首先被斷開，隨后真空中斷器54被斷開，第二觸頭臂60移動至抽頭5，真空中斷器54首先閉合并且隨后第二旁通開關67閉合。
[0036]在以上所描述的抽頭變換中，電流在抽頭變換期間持續流動，而第一和第二觸頭臂58、60在沒有電流的情況下進行移動。
[0037]如圖4中最佳示出的，選擇器開關組件48可以具有連接至繞組32上的八個抽頭的八個靜止觸頭56以及連接至繞組32的中性(中間范圍)抽頭。因此，利用B端子(如所示出的)上的切換開關36，選擇器開關組件48看在中性位置和十六個離散上升(增加)位置之間進行移動(即，八個非橋接位置和八個橋接位置)。利用A端子上的切換開關36，選擇器開關組件48看在中性位置和十六個離散降低(減小)位置之間進行移動(即，八個非橋接位置和八個橋接位置)。因此，選擇器開關組件48可在總共33個位置(一個中性位置、16個上升(R)位置和16個降低(L)位置)之間進行移動。
[0038]現在參考圖6，三個支撐結構80安裝在箱18之內，一個支撐結構用于每個相應電路30。支撐結構80由剛性電介質材料所構成，諸如纖維強化電介質塑料。對于每個電路30而言，旁通開關組件50和真空中斷器組件52安裝在支撐結構80的第一(或前)側上，而選擇器開關組件48安裝在支撐結構80之后。
[0039]現在參考圖7，示出了支撐結構80中的一個支撐結構的第二側。旁通齒輪82和真空中斷器(VI)齒輪92被安裝至第二側。絕緣軸83被示出為連接至旁通齒輪82。軸83通過傳輸系統120 (在圖8中示出)連接至驅動系統14的主傳輸軸122 (在圖8中示出)。旁通齒輪82被固定至通過支撐結構80進行延伸并且延伸至支撐結構80的第一側之中的旁通軸。旁通齒輪82通過鏈條90連接至固定到VI軸94的VI齒輪92。VI軸94也通過支撐結構80進行延伸并且延伸至支撐結構80的第一側之中。當驅動系統14被激活以實施抽頭變換時，傳輸系統120和軸83將主傳輸軸122的旋轉傳遞至旁通齒輪82，由此使得旁通齒輪82和旁通軸發生旋轉。旁通齒輪82的旋轉進而由鏈條90傳遞至VI齒輪92，這使得VI齒輪92和VI軸94發生旋轉。
[0040]傳輸系統120的細節在于2011年3月25日提交的題為“Selector SwitchAssembly for Load Tap Changer”的美國臨時專利申請號61/467，455以及于2011年3月25日提交的題為“An Improved Tap Changer”的美國臨時專利申請號61/467，822中有所公開，它們均通過弓I用結合于此。
[0041]在支撐結構80的第一側，旁通軸固定至旁通凸輪，而VI軸94則固定至VI凸輪。旁通凸輪隨旁通軸的旋轉進行旋轉，而VI凸輪隨VI軸94的旋轉進行旋轉。旁通凸輪的旋轉致動第一和第二旁通開關66、68，而VI凸輪的旋轉斷開和閉合真空中斷器54的觸頭。旁通和VI齒輪82、92被進行尺寸設置并且被部署為針對每個抽頭變換而旋轉旁通凸輪180度并且針對每個抽頭變換而旋轉VI凸輪360°。
[0042]現在參考圖8，傳輸系統120還將每個選擇器開關組件48連接至驅動系統14的主傳輸軸122。更具體地，傳輸系統120將主傳輸軸122的旋轉轉換為第一和第二觸頭臂58、60的旋轉移動。該旋轉移動被編索引并且處于靜止觸頭56的圓形配置的中心的共用軸線周圍。第一和第二觸頭臂58、60當它們連接至相同的靜止觸頭56時(處于非橋接位置)與部署在第一觸頭臂58上方的第二觸頭臂60對齊。靜止觸頭56以圓形排列，其中中性靜止觸頭N位于頂端并且最大降低觸頭16L和最大升高觸頭16R朝著底部進行定位。在逆時針(CCff)方向與中性觸頭N相鄰的靜止觸頭56隨后被稱作IL觸頭。第一觸頭臂58在中性觸頭N和IL觸頭之間的旋轉致動切換開關36。更具體地，第一觸頭臂58從中性觸頭N到IL觸頭的CCW旋轉將切換開關36移動至A端子，而第一觸頭臂58從IL觸頭到中性觸頭N的順時針(CW)旋轉將切換開關36移動至B端子。在以上所描述的具有16R位置、16L位置以及中性位置(中性靜止觸頭N)的實施例中，一旦第一和第二觸頭臂58、60已經CCW移動并且處于16L位置(都在16L觸頭上),則第一和第二觸頭臂58、60在第一和第二觸頭臂58、60能夠移動至任意的1-16R位置之前必須CW移動回到中性位置。類似地，一旦第一和第二觸頭臂58、60已經CW移動并且處于16R位置(都在16R觸頭上)，則第一和第二觸頭臂58、60在第一和第二觸頭臂58、60能夠移動至任意的1-16L位置之前必須CCW移動回到中性位置。在中性、1L-16L和1R-16R位置之間移動每個電路30的第一和第二觸頭臂58、60(以及每個旁通開關組件50和每個真空中斷器組件52的相關聯操作)可以被稱作在抽頭之間移動抽頭變換組件12。
[0043]現在還參考圖9和10，驅動系統14 一般包括伺服電機124、伺服驅動126、齒輪頭128和手動曲軸組件130。驅動系統14與監視系統134對接并且由監視系統134進行控制。如以上所給出的，驅動系統14和監視系統134安裝在外殼20之內，該外殼具有可通過其對驅動系統14和監視系統134進行訪問的前方開口。如圖1所示，外門136樞軸安裝至外殼20并且可操作以閉合該前方開口。現在特別參考圖9，在外門136以內，擺動板138樞軸安裝至外殼20。擺動板138具有在其處于閉合位置時可通過其對外殼20內的接口設備進行訪問的多個開口。例如，模式開關140、插槽142、機械抽頭位置指示器144和人機接口(HMI) 146在擺動板138閉合時全部通過擺動板138中的開口進行延伸和/或可通過該開口進行訪問。除了提供對上述接口設備的訪問之外，擺動板138具有直接裝配到擺動板的多個接口設備。例如，返回中性開關150和降低/上升開關152直接安裝至擺動板138。擺動板138用作對外殼20內的設備進行保護的第二道門，同時提供對接口設備的訪問。
[0044]特別參考圖10，一個或多個加熱器158、一個或多個風扇159、一個或多個溫度傳感器以及一個或多個濕度傳感器被安裝在外殼20之內。這些設備電連接至監視系統134并且由監視系統134進行控制從而保持適于伺服驅動126、監視系統134和外殼20內的其它設備的環境。
[0045]外殼20內還安裝有24VDC電源160、第一 5VDC電源162和冗余的第二 5VDC電源164。從主電源165向伺服驅動126、加熱器158、風扇159、24VDC電源160和第一 5VDC電源162提供120VAC至240VAC電力。第二 5VDC電源164可以連接至備用電源166。監視系統134從第一 5VDC電源162被提供以電力，或者在主電源165故障的情況下，從第二 5VDC電源164被提供以電力。
[0046]現在參考圖11，示出了伺服電機124的實施例的截面圖。在該實施例中，伺服電機124是具有固定定子170和固定至軸174的旋轉轉子172的無刷AC感應電機。當電壓被施加于定子170時，電流在定子170中流動并且引起電流通過磁性感應而在轉子172中流動。定子170和轉子172中的磁場的交互作用使得轉子172旋轉并且因此使得軸174旋轉。定子170從轉子172向外徑向定位并且可以由電導體的層疊和匝所組成。轉子172可以具有“鼠籠”構造，該構造由以填充以諸如銅或鋁的傳導材料的縫隙所間隔的鋼質層疊的棧所組成的。
[0047]伺服電機124可以包括制動器176，該制動器在供給至伺服驅動126并且因此至伺服電機124的電力被切斷時保持軸174的位置。制動器176可以是彈簧類型的制動器或永磁體型制動器。
[0048]伺服電機124具有反饋設備180，其可以是分解器或多匝絕對編碼器。分解器緊接著在隨后的段落中進行描述，而多匝絕對編碼器則在以下進一步描述。
[0049]在一個實施例中，反饋設備180是單速分解器發送器(resolver transmitter),如圖11所示。該分解器實質上是旋轉變壓器，其具有可旋轉地部署在分開90度定位的SIN和COS定子繞組184的靜態配對之內的轉子繞組182。轉子繞組182以某種方式連接至電機軸174以便隨之旋轉。轉子繞組182被稱作基準電壓(Vr)的AC電壓所激勵。在SIN和COS定子繞組184、186中所感應的電壓等于基準電壓與電機軸174距固定零點的角度的SIN或COS相乘的數值。因此，分解器提供了兩個電壓，它們的比率表示軸的絕對位置。(SIN0/COS Θ =TAN Θ，其中0=軸角度)。在SIN和COS定子繞組184、186中所感應的電壓被提供至該分解器的微控制器，微控制器對該信號進行分析并且生成包含與電機軸174的速度和角位置相關的信息的反饋信號。該微控制器隨后將該反饋信號輸出至伺服驅動126。在本發明的一個實施例中，該反饋信號包括系列脈沖或計數，其中例如電機軸174的每個360°旋轉生成16384個計數。因此，針對電機軸174的大約每個0.02度的移動生成一個計數。該計數在伺服電機124以諸如使得抽頭從IR變為2R的第一方向運轉時為正，并且在伺服電機124以諸如使得抽頭從IL變為2L的第二方向運轉時為負。當從諸如圖13中的頂部前方透視觀看時，第一方向為CW而第二方向為CCW。
[0050]以上所描述的分解器被認為是單速分解器發送器，這是因為在電機軸174旋轉360°時，輸出信號僅是通過一個正弦波(以及一個余弦波)。
[0051]應當意識到的是，作為單速分解器發送器的替代，反饋設備180可以是多速分解器發送器，諸如其中輸出信號在電機軸174旋轉360°時通過四個正弦波的4速分解器發送器。另外，反饋設備180可以是分解器控制變壓器，其具有兩個定子繞組和兩個轉子繞組。兩個轉子繞組被提供以激勵信號并且從來自定子繞組的信號得出位置信息。再另外地，反饋設備180可以是同步機，該同步機除了具有間隔120°的三個定子繞組之外，與分解器相似。分解器發送器(單速或多速)和分解器控制變壓器通常被稱作“分解器”。
[0052]現在參考圖12，伺服驅動126通過對提供至伺服電機124的功率進行控制來控制伺服電機124的操作。伺服驅動126總體上包括低壓部分187和高壓部分194。低壓部分187包括控制器188和多個相關聯寄存器，這些寄存器包括速度寄存器189、正停止寄存器190、負停止寄存器191和反饋寄存器192。控制器188基于微處理器并且接收來自監視系統134或諸如降低/升高開關152的本地設備的命令信號。此外，控制器188從反饋設備180接收反饋信號并且從反饋信號得出反饋信息(例如，角位置、速度)。控制器188將命令和反饋信息進行比較以生成控制器能夠隨后對其作用以便消除的誤差。控制器188使用諸如比例和積分(PI)算法或比例、積分和導數(PID)算法之類的算法作用于誤差。該算法的輸出是低功率電平的控制信號，其被提供至高壓部分194。使用來自主電源165的電力，高壓部分194將該低功率水平的控制信號放大至較高功率水平，其隨后被提供至伺服電機124。高壓部分194可以在整流器196中將AC電力轉換為DC電力并且使用脈沖寬度調制逆變器198向伺服電機124生成輸出。通常注意到，需要較高電壓水平以便以適當的較高速度旋轉伺服電機124并且需要較高電流水平以提供移動較重負載的扭矩。
[0053]如以上所闡述的，存在多個與控制器188相關聯的寄存器。這些寄存器存儲控制器188用來控制伺服電機124的操作的信息。速度寄存器189存儲伺服電機124在進行抽頭變換時操作的速度。正停止寄存器190存儲來自反饋設備180的與電機軸174的第一旋轉方向中的停止位置相對應的正反饋單位(例如，計數)數目。類似地，負停止寄存器191存儲來自反饋設備180的與電機軸174的第二旋轉方向中的停止位置相對應的負反饋單位(例如，計數)數目。反饋寄存器192存儲從反饋信號所獲得的電機軸174的位置信息。在以上所描述的反饋信號包括系列計數的實施例中，反饋寄存器192存儲所接收計數的累加值。由于電機軸174針對每個抽頭變換旋轉二十次并且針對每次旋轉生成16384個計數，所以該寄存器將針對每個抽頭變換存儲327680個計數。如果去往伺服驅動126的電力被切斷，則速度寄存器189、正停止寄存器190、負停止寄存器191和反饋寄存器192中所存儲的所有信息都丟失，并且在電力恢復時，寄存器中的數值被設置為零。
[0054]正停止寄存器190中所存儲的反饋單位的數目被控制器188用來在伺服電機124的軸174已經將抽頭變換組件12移動至抽頭位置16R或稍微超出的位置之后自動停止其在第一方向的旋轉。在以上所描述的反饋信號包括系列計數的實施例中，正停止寄存器190中所存儲的計數數量可以是+5242880個計數或稍多于此。負停止寄存器191所存儲的反饋單位的數量被控制器188用來在伺服電機124的軸174已經將抽頭變換組件12移動至抽頭位置16L或稍微超出的位置之后自動停止其在第二方向的旋轉。在以上所描述的反饋信號包括系列計數的實施例中，負停止寄存器191中所存儲的計數數量可以是-5242880個計數或稍多于此(負計數)。從上文應當意識到的是，控制器188使用正停止寄存器190和負停止寄存器191中所存儲的反饋單位(例如，計數)執行“電子硬性停止”，這防止抽頭變換組件12從16R位置通過中性位置并隨后到達IR位置，并且防止抽頭變換組件12從16L位置通過中性位置并隨后到達IL位置。
[0055]伺服驅動126的操作由控制器188從監視系統134所接收的信號進行控制。這些信號中的兩個信號是:硬件(H/W)使能和正常模式軟件(匪S)使能。當接收到H/W使能信號時，控制器188僅允許監視系統134中的控制算法對抽頭變換組件12進行控制。當接收到匪S使能信號時，控制器188進一步允許伺服驅動126被來自本地設備(例如，降低/升高開關152)、HMI146和遠程設備的命令信號所控制。如果既沒有接收到H/W使能信號也沒有接收到匪S使能信號，則伺服驅動126被“鎖定”。伺服驅動126僅能夠在導致該鎖定狀態的問題已經修正之后由操作人員制動HMI146上的清除按鈕才能退出該鎖定狀態。通過CAN總線200在伺服驅動126和監視系統134之間存在著雙向通信。此外，監視系統134通過驅動接口 202 (圖8所示)向伺服驅動126發送數字命令信號。也可以通過該驅動接口202從伺服驅動126向監視系統134發送數字信號。
[0056]可以提供動態制動電阻器206以快速停止電機軸174的旋轉。在接通時，動態制動電阻器206從伺服電機124抽取電壓。動態制動電阻器206可以處于伺服驅動126內部或外部并且可以由晶體管接通。動態制動電阻器206可操作以利用比電機軸174的進一步旋轉的一半更小的回轉(revolution) (〈180° )來停止電機軸174的旋轉。就此而言，應當注意到伺服驅動126的控制器188使用存儲在伺服驅動126的非易失性存儲器(例如，EEPROM)中的加速和減速數值來分別控制電機軸174啟動和停止的速率。這些數值可以在抽頭轉換開關10停機維護時由授權維護人員進行更改。
[0057]返回參考圖8，伺服電機124連接至齒輪頭128，該齒輪頭可操作以倍增伺服電機124的扭矩并且增加其扭轉剛度。這允許伺服電機124的大小有所減小并且在其最優范圍操作。此外，齒輪頭128使得最大加速度所反映的慣性最小化。齒輪頭128包括輸出軸和行星齒輪并且通過自行定位輸入小齒輪夾具而接合至伺服電機124的軸。在一個實施例中，齒輪頭128可操作以針對電機軸174的每10次回轉而產生其輸出軸的一次旋轉。
[0058]現在還參考圖13，齒輪頭128的輸出軸連接至主傳輸軸122，該主傳輸軸122通過固定在兩個內側壁之間的架208中的開口向上延伸。在架208上方，主傳輸軸122通過外殼20中的開口向上延伸并且延伸至箱18之中。主傳輸軸122通過固定在箱18底部壁中的開口之內的饋通組件210進入箱18。饋通組件210包括用于密封箱18中的開口的墊圈。在箱18之內，主傳輸軸122經由傳輸系統120連接至選擇器開關組件48、旁通開關組件50和真空中斷器組件52。如以上所描述的，主傳輸軸122的旋轉導致抽頭變換。更具體地，主傳輸軸122的720°旋轉導致一次完整的抽頭變換。由于電機軸174的十次回轉產生主傳輸軸122的一次旋轉，所以伺服電機124針對每次抽頭變換旋轉20次。驅動系統14所提供的緊密控制允許主傳輸軸122的旋轉在抽頭變換結束時以主傳輸軸122小于15°的進一步旋轉而停止。
[0059]現在還參考圖14和15，手動曲軸組件130包括放大的手動曲軸齒輪214和起動設備216。手動曲軸齒輪214在架208上方固定至主傳輸軸122。塊218被固定至手動曲軸齒輪214的下側。起動設備216與手動曲軸齒輪214相接近地安裝至架208。起動設備216包括接合手動曲軸齒輪214的齒輪以及將手柄220 (圖13所示)的旋轉轉換為齒輪旋轉并且因此轉換為手動曲軸齒輪214和主傳輸軸122的旋轉的內部機制。手柄220通常收藏起來并且僅在需要主傳輸軸122的人工移動時才會被使用。手柄220具有帶空腔的末端，該空腔適于穩固接納該內部機制的外廓軸222。軸222部署在起動設備216的外殼中的插槽142內。如所示出的，軸222可以具有六邊形的橫截面。當手柄220的末端插入插槽142并且與軸222相接合時，手柄220可以被手工旋轉以使得主傳輸軸122發生旋轉，諸如進行完整或部分的手工抽頭變換。
[0060]模式開關140臨近起動設備216進行安裝。(應當注意的是，雖然圖13中并未示出模式開關140，但是應當認為其是存在的。)模式開關140連接至伺服驅動126和監視系統134并且包括四個位置:手動曲柄、斷開、本地和遠程。在本地模式中，模式開關140與來自本地控制設備(諸如，降低/升高開關152)的信號互鎖以對伺服驅動126進行控制并且因此對伺服電機124進行控制。在遠程模式中，模式開關140與來自遠程位置的信號互鎖以對伺服驅動126進行控制并且因此對伺服電機124進行控制。在手動曲柄模式中，模式開關140斷開到伺服驅動126的電力并且以信號通知監視系統134使得針對伺服驅動126的H/W使能信號無效，因此使得伺服電機124無法操作。模式開關140具有用于在四個位置之間進行移動的可旋轉手柄223。具有放大開口的不規則形狀的板224連接至手柄223以便隨之旋轉。板224在非阻擋位與阻擋位置之間可旋轉，在非阻擋位置中開口與外殼中的插槽142對準，并且在阻擋位置中板224阻擋外殼中的插槽142。板224僅在手柄223處于將模式開關140置于手動曲柄模式的位置時才處于非阻擋位置。因此，手柄220僅能夠在模式開關140處于手動曲柄模式時才能夠插入插槽142并與軸222相接合。以這種方式，起動設備216僅能夠在斷開到伺服電機124的電力時才能夠被用來對主傳輸軸122進行手工移動。
[0061]在手動齒輪214之下，第一齒輪226 (在圖8中示意性示出)被固定至主傳輸軸122。第一齒輪226與固定至第一側軸232的放大的第二齒輪230驅動接合。第一和第二齒輪226、230的大小被設置為使得主傳輸軸122的兩次旋轉導致第一側軸232進行一次旋轉，即存在著二比一的降低。以這種方式，第一側軸232將針對每次抽頭變換旋轉360°。在第二齒輪230的上表面上提供位置標記。這些標記關于基準點234提供了抽頭變換組件12的抽頭變換位于何處的視覺指示。該標記和基準點234可被使用起動設備216手工移動主傳輸軸122的操作人員所看到，因此有助于操作人員將抽頭變換組件12適當移動至所期望的位置。[0062]小齒輪236 (圖8中示意性示出)被固定至第二齒輪230并且從其向上延伸。小齒輪236朝向第二齒輪230的中心進行定位并且與槽輪機構238的齒驅動咬合，該槽輪機構238被設置大小并構造為針對第二齒輪230的每次完整旋轉即針對每次抽頭變換而旋轉10度。槽輪機構238被固定至驅動連接至機械抽頭位置指示器242的第二側軸240，該機械抽頭位置指示器242與鐘面相類似地示出了以圓形配置進行布置的抽頭變換器的位置N、1-16L和1-16R。第二側軸240還連接至通過多個電路板244進行延伸的延長軸。導電刷臂4被固定至該延長軸并且在該延長軸旋轉的期間與安裝至電路板244的觸頭，由此生成表示主傳輸軸122的位置(以及抽頭變換組件的當前抽頭位置)的信號。這些信號被提供至外部設備。
[0063]現在還參考圖16，凸輪248被固定至槽輪機構238以便隨之旋轉。凸輪248的中心區域的側表面有助于定義環狀凹槽250。該中心區域除了缺口 252之外實質上是圓形的。因此，凹槽250具有徑向外部(在缺口 252之外)和徑向內部(在缺口之內)。凸輪從動件254(圖13中示出)部署在凹槽250中并且被固定至樞軸安裝在架208第一端的臂256。具有從其突出的塊260的結構被固定至臂256的第二端。塊260可在接合位置和非接合位置之間進行移動。在接合位置，塊260在手動齒輪214下方延伸，在那里其可被塊218所接觸。在非接合位置，塊260并不在手動齒輪214下方延伸，并且因此無法被塊218所接觸。塊260可通過臂256的移動而在接合和非接合位置之間移動，該臂256的移動由凹槽250相對于凸輪從動件254的移動所控制。當凸輪從動件254處于凹槽的徑向外部時，臂256靜止并且將塊260保持在非接合位置。當凸輪從動件254移動至凹槽250的徑向內部時(相對而言)，凸輪從動件254向內徑向移動，這使得臂256向內樞軸轉動并且將塊260移動至接合位置。當塊260移動至接合位置時，其將在手動曲柄齒輪214完成其在當前方向的回轉并且試圖繼續在相同方向進行移動的情況下被手動齒輪214上的塊218所接觸。塊218、260之間的接觸阻止了手動曲柄齒輪214在其當前方向的進一步移動并且被認為是“機械硬性停止”。
[0064]實施該機械硬性停止以防止抽頭變換組件12從16R位置通過中性位置并隨后去往IR位置，并且防止抽頭變換組件12從16L位置通過中性位置并隨后去往IL位置。換句話說，該機械硬性停止防止了第一和第二觸頭臂58、60在一個方向的360°或更大的旋轉。由于塊218、260的接觸位置，該機械硬性停止并不必恰好在16L和16R處實施。相反，主傳輸軸122可以被允許經過16L和經過16R另外旋轉大約90°。電子硬性停止和機械硬性停止可以被配置為大約同時實施。可替換地，電子硬性停止和機械硬性停止可以被配置為使得一者在另一者之前實施。例如，電子硬性停止和機械硬性停止可以被配置為使得電子硬性停止得以被首先實施。
[0065]由于凸輪248針對每次抽頭變換旋轉10度，所以從中性位置到16L以及從中性位置到16R的移動對應于凸輪248大約160°的旋轉。因此，凸輪248被構造并定位以使得凸輪從動件254將處于凹槽250的徑向外部以便凸輪248以CW或CCW方向從中性位置進行160°旋轉并且隨后將進入徑向內部(相對而言)以將塊260移動至接合位置。因此，凹槽的徑向內部包括凹槽250的大約40°并且當抽頭變換組件12處于中性位置時，缺口 252的中心與凸輪從動件254反向部署。
[0066]具體參考圖8，多匝絕對編碼器(“MTAE”)264的盤262連接至第一側軸232以便隨之旋轉。盤262由玻璃或塑料所構成并且具有諸如通過影像沉積而形成于其上的圖案。該圖案包括一系列徑向延伸的軌跡。每條軌跡由不同光學屬性的區域所組成，諸如透明和不透明的區域。MTAE264的檢測器單元266在盤262旋轉時讀取這些軌跡并且輸出表示第一側軸232的角位置的位置信號。檢測器單元266包括紅外發射器和接收器。該紅外發射器安裝在盤262的一側并且該紅外接收器則安裝在盤262的另一側。當盤262旋轉時，紅外接收器所接收的每條軌跡的光圖案產生表示第一側軸232在360°上的絕對位置的唯一代碼。
[0067]MTAE264的多個代碼載體267也連接至第一側軸232以便隨之旋轉，但是是以依次減速的方式進行轉動。代碼載體267中的每個代碼載體由交替的北極和南極的磁體所構成。代碼載體267的旋轉所生成的磁場被檢測器單元266所檢測以提供對第一側軸264的
旋轉數量的測量。
[0068]由于盤262和代碼載體267的位置并不在電力故障時發生變化，所以MTAE264有效地具有在電力故障情況下得以保存的內置存儲器。在本發明的一個實施例中，MTAE264能夠確定并存儲第一側軸232的多達4096個旋轉。而且，在該實施例中，MTAE264具有第一側軸232的每回轉的33554432個位置。第一側軸232在360°上的絕對位置以及第一側軸232的旋轉數量的測量提供了第一側軸232的“多匝位置”(或簡單地“位置”)。通過這里所描述的關系，第一側軸232的位置被用來確定主傳輸軸122的位置、抽頭變換內的抽頭變換組件12的位置以及抽頭變換組件12在抽頭之間的位置，即抽頭位置。
[0069]MTAE264通過通信線路連接至監視系統134，諸如EnDat2.2接口線纜，這是能夠從MATE264傳送第一側軸232的位置以及傳送或更新MATE264中所存儲的信息(諸如診斷數據)的數字雙向接口。除了連接至MTAE264之外，監視系統134連接至伺服驅動126、振動中斷器(VI)監視系統265以及各種其它輸入，諸如外殼20內的環境監視/控制設備。監視系統134封閉在安裝于外殼20內的外殼單元268 (圖13所示)之中。監視系統134包括HMI146、至少一個微處理器270以及諸如EEPROM的非易失性存儲器272、HMI146包括顯示和輸入設備，諸如薄膜鍵盤的按鈕鍵。
[0070]現在參考圖17，示出了 VI監視系統265的示意圖，該VI監視系統通常包括三個電流檢測器模塊276 (每個電路30—個電流檢測器模塊)、三個紅外發射器278 (每個電路30一個紅外發射器)、三個紅外接收器280 (每個電路30 —個紅外接收器)以及差分信號收發器282。在每個電路30中，電流檢測器模塊276與真空中斷器54串聯連接。當超過6安培的電流通過真空中斷器54時，電流檢測器模塊276對正弦電流進行整流以生成具有對應于該電流頻率的頻率的電脈沖，該頻率處于大約50Hz到大約60Hz的范圍內。正弦電流的整流可以是全波或半波整流。在本發明的一個實施例中，正弦電流的整流是半波的以便每個正弦波產生一個脈沖。紅外發射器278將該電脈沖轉換為光脈沖并且通過光纖鏈路284將它們傳送至紅外接收器280。紅外接收器280檢測光線脈沖并且作響應于光脈沖而生成脈沖電信號。作為單端信號的該信號隨后被傳送至差分信號收發器282。如所知的，單端信號通過兩條線進行傳送，其中一條呈現表示該信號的變化電壓，而另一條則連接至通常為接地端的基準電壓。差分信號收發器282將該單端信號轉換為數字差分信號，即在兩條分離線路上傳送的兩個互補信號。差分信號收發器282可以依據RS-422、RS-485或以太網協議進行構建。在一個實施例中，差分信號收發器282依據RS-485協議進行構建，該協議定義了用于在平衡的數字多點系統中使用的驅動器和接收器的電氣特性。單端信號到差分信號的轉換有助于將信號與出現在抽頭變換器10之中和周圍的環境噪聲隔離開來。
[0071]差分信號收發器282所生成的差分信號通過連線而被傳送至監視系統134。在監視系統134之內，差分信號接收器將該差分信號轉換回單端信號，該單端信號隨后被提供至微處理器270。微處理器270對該信號的時序以及三個信號之間的相位關系進行分析以監視和控制抽頭變換。更具體地，在抽頭變換的某些階段期間，電流不應當流過任何真空中斷器54，而在抽頭變換的其它階段，電流應當流過真空中斷器54并且應當在相位之間相隔120°。真空中斷器54的信號中出現脈沖為微處理器270提供了電流流過真空中斷器54的指示。相反，真空中斷器54的信號中沒有脈沖為微處理器270提供了電流并未流過真空中斷器54的指示。由于信號中的脈沖具有與通過真空中斷器54的電流的頻率相對應的頻率，所以三個信號之間的脈沖偏移量(當電流流過時)應當對應于相位之間的120°差值。
[0072]現在參考圖18，示出了存儲在監視系統134的存儲器272中并且被監視系統134用來控制和/或監視抽頭變換組件12在抽頭變換過程期間的操作的抽頭變換映射288的簡化圖形表示。映射288包括由虛線所界定的階段或操作A-Η。操作A-H分別對應于“接通位置”、“旁通開關斷開”、“真空中斷器(VI)斷開”、“選擇器開關斷開”、“選擇器開關閉合”、“VI閉合”、“旁通開關閉合”和“就位”。虛線處的陰影塊指示旋轉度數的土裕度。抽頭變換組件12在映射288內的位置是基于從MTAE264的位置信號所獲取的第一側軸232的位置。該位置在操作D(選擇器開關斷開)之前才被指定為未返回點(P0NR)。當其在抽頭變換期間向終止抽頭(終止靜止觸頭56)移動時，選擇器開關(第一觸頭臂58或第二觸頭臂60)在其移動離開起始抽頭(起始靜止觸頭56)時斷開。如果監視系統134在PONR處或其之后接收或生成警報，則監視系統134將使得抽頭變換組件12完成抽頭變換并且隨后將鎖定伺服驅動126。然而，如果監視系統134在PONR之前接收或生成警報，則監視系統134將使得抽頭變換組件12停止抽頭變換，返回至之前的抽頭位置并且隨后鎖定伺服驅動126。
[0073]監視系統134的存儲器272中所存儲的抽頭變換映射288比圖18中圖形示出的更為詳細。映射288包括用于從一個抽頭到另一個抽頭的抽頭變換的操作A-Η。此外，對于從IL到N以及N到IL的抽頭變換，映射288進一步包括用于切換開關36的數據，即開關斷開和閉合。對于每個操作，映射288包括第一側軸232在操作開始的旋轉度數、操作應當開始時所過去的時間(從抽頭變換開始算起)、應當在所過去的時間(時間增量)中發生的之前操作的變化，以及在該時間增量期間將要/應當從VI監視系統265所接收的脈沖數量，以指示電流是否流過相關的真空中斷器54。因此，該時間增量是監視系統134在其間(關于通過真空中斷器54的電流)判定抽頭變換是否正確進行的時間窗口。映射288中所存儲的經過時間數值可以以毫秒為單位。就此而言，注意到監視系統134被編程為控制伺服電機124以在兩個時間周期(即I秒和2秒)之一中執行抽頭變換。因此，映射288針對I秒抽頭變換或2秒抽頭變換而包括以上所描述操作的數據。然而，映射288的數值可以在制造抽頭變換器10的工廠中或者在抽頭變換器10停機維護時由授權維護人員在現場從針對I秒抽頭變換的那些數值而變化為針對2秒抽頭變換的那些數值，反之亦然。在本發明的另一個實施例中，映射288針對I秒抽頭變換和2秒抽頭變換二者包括以上所描述操作的數據，并且用戶可以通過HMI146或者從遠程位置選擇I秒抽頭變換或2秒抽頭變換。
[0074]應當注意的是，除了映射288之外，電機軸174針對I秒抽頭變換和/或2秒抽頭變換的旋轉速度也存儲在存儲器272中。此外，被用來實施電子硬性停止的正和負反饋單位被存儲在存儲器272中。如以下更為詳細描述的，所存儲的用于所編程/選擇的抽頭變換(I或2秒)的速度在斷開到伺服驅動126的電力的情況下被提供至伺服驅動126 (即，速度寄存器189)。類似地，同樣如以下更為詳細描述的，用于實施電子硬性停止的正和負反饋單位在斷開到伺服驅動126的電力的情況下被提供至伺服驅動126 (S卩，分別提供至正停止寄存器190和負停止寄存器191)。
[0075]監視系統134執行軟件實施的用于監視和控制抽頭變換組件12的操作的例程。這些例程的軟件代碼存儲在監視系統134的存儲器272中并且由微處理器270所執行。例程之一是電力恢復例程290 (圖19所示)，其在到監視系統134和/或伺服驅動126的電力被斷開并且隨后被恢復時實施。如以上所闡述的，當失去到伺服驅動126的電力時，速度寄存器189、正停止寄存器190、負停止寄存器191和反饋寄存器192中所存儲的所有數據都丟失，并且在電力恢復時寄存器中的數值被設置為零。當到監視系統134的電力在電力故障之后恢復時，在電力恢復例程290的步驟292中自動開始引導程序。該引導程序執行啟動過程，其包括:(i)從存儲器272讀取參數，(ii)建立與伺服驅動126的通信，(iii)建立與MTAE264的通信，(iv)基于來自MTAE264的信息確定抽頭變換組件12的當前抽頭位置，(V)設置事件日志，以及(vi)將表示當前抽頭位置的4-20mA信號輸出到用于變壓器的自動電壓調節器。雖然建立了與伺服驅動126的通信，但是監視系統134并不向伺服驅動126提供H/W使能信號或NMS使能信號。
[0076]一旦引導程序完成運行，步驟294進入上電狀態。該上電狀態具有由開關所確定的四個子狀態或模式:本地、手動曲柄、遠程和關閉。來自開關的三個輸入(本地、手動和遠程)彼此排斥。如果這三個輸入都未被聲明，則進入“關閉”子狀態。
[0077]在監視系統134進入上電狀態之后，在步驟296確定監視系統134是否處于本地模式或遠程模式。如果監視系統134處于本地模式或遠程模式，則例程290進行至步驟298，其中H/W使能信號通過驅動接口 202而經由數字輸入被傳送至伺服驅動126。在步驟298之后，監視系統134進行至步驟300，其中MTAE264所測量的第一側軸232的位置(0-360°以及旋轉數量)被轉換為反饋設備180所測量的電機軸174的位置單位(例如，計數)，即電機軸174的位置單元根據MTAE264所輸出的位置進行計算。所計算的位置單位隨后在步驟302通過CAN總線200被傳送至伺服驅動126，并且被存儲在其中的反饋寄存器192中。同樣在步驟302中，電機軸174的旋轉速度的數值以及用于實施電子硬性停止的正和負反饋單位通過CAN總線200被傳送至伺服驅動126并且分別存儲在速度寄存器189、正停止寄存器190和負停止寄存器191中。接下來，監視系統134進行至步驟306，其中例程290使用來自MTAE264的信息確定抽頭變換組件12是否在抽頭之外，即處于抽頭之間。如果抽頭變換組件12并未在抽頭之外，則監視系統134進行至步驟308。然而如果抽頭變換組件12在抽頭之外，則監視系統134進入步驟310，在該步驟中，監視系統134確定抽頭變換組件12是否處于PONR之前或者處于PONR處或其之后。如果抽頭變換組件12處于PONR之前，則監視系統134在步驟312通過CAN總線200向伺服驅動126發送指令以控制伺服電機124將抽頭變換組件12移動回之前的抽頭。如果抽頭變換組件12處于PONR處或其之后，則監視系統134在步驟314通過CAN總線200向伺服驅動126發送指令以控制伺服電機124將抽頭變換組件12向前移動至下一個抽頭。在步驟312或314之后，監視系統134進行至步驟316，其中監視系統134對伺服驅動126進行輪詢以確定抽頭變換組件12的移動是否完成。如果是，則監視系統134進行至步驟308，其中通過驅動接口 202經由數字輸入將匪S使能信號傳送至伺服驅動126。此時，根據具體情況，抽頭變換組件12處于上電-遠程模式-正常操作或者上電-本地模式-正常操作。
[0078]如果僅有伺服驅動126丟失了電力，則引導程序并不開始并且電力恢復例程在步驟298開始。
[0079]還應當注意的是，當監視系統134處于手動曲柄模式或者關閉模式并且隨后變為本地模式或遠程模式時，監視系統134執行步驟298及后續步驟。無論是否存在電力故障都會如此進行。
[0080]除了執行電力恢復例程290之外，監視系統134還執行監督每個抽頭變換操作的監視例程320。監視系統134使用存儲器272中所存儲的抽頭變換映射288、來自MTAE264的第一側軸232的位置以及來自VI監視系統265的信息來執行監視例程320。當作出用于抽頭變換的命令時(例如，從降低/升高開關152發出升高命令)，監視系統134首先在步驟322確定是否從有效抽頭位置開始抽頭變換。如果抽頭變換組件12在抽頭之外，則監視系統134進行至步驟323，其中監視系統134使得去往伺服驅動126的匪S使能信號無效并且隨后回到例程290并執行步驟310和后續步驟。在步驟308完成時，監視系統134返回例程320并且隨后允許抽頭變換得以進行而在操作B中斷開旁通開關(66或68)。如果抽頭變換組件在步驟322中被確定處于抽頭上，則監視系統134允許抽頭變換直接得以進行而在操作B中斷開旁通開關(66或68)。監視系統134在步驟324中確定旁通開關(66或68)是否已經在從抽頭變換開始起的預定時間周期內斷開(如從第一側軸232的位置所確定的)。如果旁通開關已經及時打開，則監視系統134進行至步驟326，其中監視系統134確定電流是否流過所有真空中斷器54。如果電流流過所有真空中斷器54，則監視系統134允許抽頭變換得以進行以在操作C中斷開真空中斷器54的觸頭。監視系統134在操作328中確定真空中斷器54的觸頭是否已經在旁通開關(66或68)斷開起的預定時間段內被斷開(如從第一側軸232的位置所確定的)。如果真空中斷器54的觸頭已經及時斷開，則監視系統134進行至步驟330以確定是否沒有電流流過任何真空中斷器54。如果真空中斷器54的觸頭已經及時斷開并且沒有電流流過真空中斷器54，則監視系統134允許抽頭變換繼續將第一觸頭臂58或第二觸頭臂60移動至下一個抽頭并且閉合真空中斷器54的觸頭。在步驟332，監視系統134確定電流是否在從真空中斷器54的觸頭閉合起的預定時間周期內流過真空中斷器54 (如從第一側軸232的位置所確定的)。如果電流在從真空中斷器54的觸頭閉合起的預定時間周期內流過真空中斷器54，則監視系統134允許抽頭變換繼續閉合旁通開關(66或68)。在步驟334，監視系統134確定旁通開關(66或68)是否已經在從真空中斷器54的觸頭閉合起的預定時間周期內閉合(如從第一側軸232的位置所確定的)。如果旁通開關(66或68)已經及時閉合，則監視系統134在步驟336確定抽頭變換已經成功完成。
[0081]如果在上述監視例程320期間，有任何確定是否定的，則監視系統134將首先停止抽頭變換并且根據否定決定處于何處而回到起始抽頭或者完成抽頭變換，并且隨后將鎖定伺服驅動126。如果確定在步驟332或其之后是否定的，則監視系統134將在步驟338指示伺服驅動126完成抽頭變換，并且隨后在步驟340鎖定伺服驅動126。如果確定在步驟330或之前是否定的，則監視系統134將在步驟334指示伺服驅動126停止抽頭變換并且回到起始抽頭并隨后在步驟346鎖定伺服驅動126。
[0082]在監視例程320中的每次確定之后，監視系統134在描述確定結果的事件日志中形成條目。對于一些否定確定，監視系統134將在該條目中包括該問題的可能原因。例如，如果在步驟324中存在否定確定，則監視系統134將在事件日志條目中包括存在旁通開關故障。
[0083]在抽頭變換已經成功執行之后，監視系統134監視伺服驅動126以確保伺服驅動126將伺服電機124保持在適當位置以便保持當前的抽頭位置。如果監視系統134看到伺服驅動126的輸出在預定偏移量內移動，則監視系統134將把伺服驅動126的輸出移動回去。然而，如果伺服驅動126的輸出超出了預定偏移量，則監視系統134將發出警報并且鎖定伺服驅動126。
[0084]替代監視例程320，可以實施其它例程來監視抽頭變換操作。例如，在另一個實施例中，可以實施如圖21所示的監視例程420。當作出進行抽頭變換的命令時(例如，從降低/升高開關152發出了升高命令)，則監視系統134首先在步驟422確定抽頭變換是否從有效抽頭位置開始。如果抽頭變換組件12在抽頭之外，則監視系統134進行至步驟423，其中監視系統134使得去往伺服驅動126的匪S使能信號無效并且隨后回到例程290并執行步驟310和后續步驟。在步驟308完成時，監視系統134返回例程420并且隨后允許抽頭變換得以進行而斷開旁通開關(66或68)。如果抽頭變換組件在步驟422中被確定處于抽頭上，則監視系統134抽頭變換直接得以進行而在操作B中斷開旁通開關(66或68)。在步驟424，監視系統134確定是否在操作B和C之間的時段中的最小時間量內通過所有真空中斷器54檢測到電流。如果在最小時間量內通過所有真空中斷器54檢測到電流，則監視系統134允許抽頭變換得以進行以在操作C中斷開真空中斷器54的觸頭。在步驟426，監視系統134確定是否在操作C和D之間的時段未檢測到通過所有真空中斷器54的電流。如果沒有通過所有真空中斷器54檢測到電流，則監視系統134允許抽頭變換得以進行以在操作D中斷開第一觸頭臂58或第二觸頭臂60，即在抽頭變換中將第一觸頭臂58或第二觸頭臂60移動離開起始抽頭(起始靜止觸頭56)。在步驟428，監視系統134確定是否在操作D和E之間的時段中沒有通過所有真空中斷器54檢測到電流。如果沒有通過所有真空中斷器54檢測到電流，則監視系統134將允許抽頭變換得以進行以在操作E中閉合第一觸頭臂58或第二觸頭臂60，即在抽頭變換中移動第一觸頭臂58或第二觸頭臂60以與終止抽頭(終止靜止觸頭56)相接合。在操作430，監視系統134確定是否在操作E和F之間的時段中沒有通過所有真空中斷器54檢測到電流。如果沒有通過所有真空中斷器54檢測到電流，則監視系統134將允許抽頭變換得以進行以在操作F中閉合真空中斷器54的觸頭。在操作432，監視系統134確定是否在操作F和G之間的周期中的最小時間量內通過所有真空中斷器54檢測到電流。如果在最小時間量內通過所有真空中斷器54檢測到電流，則監視系統134允許抽頭變換得以進行以在操作G中閉合旁通開關(66或68)并且在操作H中完成抽頭變換。在步驟436，監視系統134確定整個抽頭變換是否在所要求的時間量內完成，該所要求的時間量對于I秒抽頭而言稍小于I秒并且對于2秒抽頭而言稍小于2秒。如果抽頭變換及時完成，則監視系統134在步驟438確定抽頭變換成功完成。如果抽頭變換并未及時完成，則監視系統134在步驟442確定存在問題并且鎖定伺服驅動126。[0085]如果在上述監視例程420期間，有任何確定是否定的，則監視系統134將首先停止抽頭變換并且根據否定決定處于何處而回到起始抽頭或者完成抽頭變換，并且隨后將鎖定伺服驅動126。如果確定在步驟428或其之后是否定的，則監視系統134將在步驟440指示伺服驅動126完成抽頭變換，并且隨后在步驟442鎖定伺服驅動126。如果確定在步驟426或之前是否定的，則監視系統134將在步驟444指示伺服驅動126停止抽頭變換并且回到起始抽頭并隨后在步驟446鎖定伺服驅動126。
[0086]不同于監視例程320，監視例程420并不在抽頭變換的執行期間檢查操作時序。例程420僅在其結束時在步驟436檢查抽頭變換的總時序。應當意識到的是，例程420可以進行修改以進一步包括抽頭變換執行期間的一個或多個時序檢查。例如，可以在PONR之前進行時序確定，諸如真空中斷器54的觸頭是否在操作C中在操作A中的抽頭變換開始的預定時間量內被斷開。如果真空中斷器54的觸頭并未在預定時間量內斷開，則監視系統134將進行至步驟444并且隨后在步驟446鎖定伺服驅動126。除此之外或可替換地，可以在PONR之后進行時序確定。例如，可以確定真空中斷器54的觸頭是否在操作E中第一觸頭臂58或第二觸頭臂60閉合的預定時間量內在操作F中被閉合。如果真空中斷器54的觸頭并未在預定時間量內閉合，則監視系統134將進行至步驟440并且隨后在步驟442鎖定伺服驅動126。
[0087]在例程320、420的上述描述中，所提到的監視系統134允許抽頭變換在確認之后繼續進行并不應當被理解為表示抽頭變換過程在抽頭變換過程繼續進行之前等待監視系統134進行其決定。抽頭變換以持續方式進行并且監視系統134在各個操作之間的時間增量內進行其確定。抽頭變換僅在檢測到錯誤的情況下才會停止。
[0088]除了監視例程320或420之外，監視系統134還執行其它監視活動。例如，監視例程134持續監視由MTAE264所測量的第一側軸232的位置以及由反饋設備180所測量的電機軸174的位置。如果兩個測量并不匹配(在轉換之后)，則監視系統134將生成警報并鎖定伺服驅動126 (在允許抽頭變換繼續進行或者移動回起始抽頭之后，視情況而定)。監視系統134還監視來自VI監視系統265的三個信號以確保這三個信號之間的脈沖偏移量(在電流流動時)對應于相位之間的120°差值。如果它們并非如此，則監視系統134將生成警報。除了生成警報之外，如以上所描述的，監視系統134還可以鎖定伺服驅動126。
[0089]監視系統134所執行的另一操作是返回中性操作。能夠在監視系統134處于本地模式或遠程模式時執行返回中性操作。當開始該操作時，監視系統134使得伺服驅動126將抽頭變換組件12移動中中性位置，而無論抽頭變換組件12當前是否就位。返回中性操作可以由操作人員致動擺動板138上的返回中性開關150而發起，或者通過激活位于諸如控制室或附近控制柜的遠程位置的返回中性開關而發起。
[0090]監視系統134所執行的另外的操作是點動(jog)操作，其僅在監視系統134處于本地模式時執行。點動操作結合降低/升高操作一起執行，其將被首先進行描述。降低/升高操作可以以連續方式執行(該連續模式為默認)或者以逐步方式執行。當監視系統134處于本地模式時，降低/升高操作可以使用擺動板138上的降低/升高開關152來執行，或者在監視系統134處于遠程模式時使用遠程位置的降低/升高開關來執行。當降低/升高開關以連續方式被致動時，只要該開關被保持在致動位置，抽頭變換組件12就持續進行抽頭變換(以根據開關被致動至降低或升高而降低或升高跨初級繞組34的電壓)。當降低/升高開關以逐步方式被致動時，無論該開關被保持在致動位置多久，抽頭變換組件12也進進行一次抽頭變換(以根據開關被致動至降低或升高而降低或升高跨初級繞組34的電壓)。為了進行另一次抽頭變換，開關必須被移動至其關閉狀態并且再次被致動至升高或降低。點動操作由操作人員首先在HMI146中致動點動按鈕并且隨后致動擺動板138上的降低/升高開關152而被發起。當發起點動操作時，監視系統134使得伺服電機126以比執行正常升高/降低操作時明顯更慢的速率移動伺服電機124。作為比較，電機軸174的速度在I秒抽頭變換期間為1300RPM并且在2秒抽頭變換期間為650RPM。在點動操作期間，電機軸174的速度大約為150RPM。因此，電機軸174的速度在點動操作期間大約比I秒抽頭變換慢8.6倍。
[0091]監視系統134所執行的又另一中操作是變壓器匝數比(TTR)操作。TTR操作能夠在監視系統134處于本地模式或遠程模式時執行。當發起TTR操作時，監視系統134使得伺服電機126出于測試的目的通過預定順序的抽頭變換來移動抽頭變換組件。預定順序可以是從中性到16R，隨后返回中性接著為1-16L，或者僅從中性到16R，或者僅從中性到16L，或者其它一些順序。如點動操作一樣，TTR操作結合降低/升高操作一起執行。更具體地，首先致動HMI146中的TTR按鈕或遠程位置的TTR按鈕。隨后擺動板138上的降低/升高開關或遠程降低/升高開關被致動。無論降低/升高開關是否被致動以升高或降低，監視系統134都使得伺服電機126通過預定順序的抽頭變換來移動抽頭變換組件12。
[0092]所要理解的是，以上(多個)示例性實施例的描述僅是意在作為本發明的說明而非窮舉。本領域技術人員能夠對所公開主題的(多個)實施例進行增加、刪除和/或修改而并不背離如所附權利要求所限定的本發明的精神及其范圍。
【權利要求】
1.一種用于在變壓器繞組中進行抽頭變換的有載抽頭變換器，所述有載抽頭變換器包括: 抽頭變換模塊，連接至所述變壓器繞組并且包括旁通開關組件、真空中斷器組件和選擇器開關組件； 伺服電機，所述伺服電機包括: 電機軸，連接至所述抽頭變換模塊并且在旋轉時可操作以使得所述抽頭變換模塊執行實施抽頭變換的操作序列； 反饋設備，可操作以生成包含與所述電機軸的位置相關的信息的反饋信號；以及 伺服驅動，連接至所述伺服電機以接收所述反饋信號，所述伺服驅動使用所述反饋信號來確定并存儲所述電機軸的總角位移，所述伺服驅動使用所述反饋信號和所述電機軸的所述總角位移來控制所述伺服電機的操作。
2.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，其中所述伺服驅動存儲最大角位移并且其中所述伺服驅動在所述電機軸的所述總角位移達到最大角位移時自動停止所述電機軸的旋轉。
3.根據權利要求2所述的有載抽頭變換器，其中所述最大角位移是第一最大角位移并且針對所述電機軸的第一旋轉方向； 其中所述伺服驅動存儲針對所述電機軸的第二旋轉方向的第二最大角位移； 其中所述伺服驅動在所述電機軸在所述第一方向上的總角位移達到所述第一最大角位移時自動停止所述電機軸的旋轉；并且 其中所述伺服驅動在所述電機軸`在第二方向上的總角位移達到所述第二最大角位移時自動停止所述電機軸的旋轉。
4.根據權利要求3所述的有載抽頭變換器，其中所述變壓器繞組是通過切換開關連接至主繞組的調節繞組，所述切換開關允許在跨所述主繞組的電壓上加上或者從跨所述主繞組的電壓中減去跨所述調節繞組的電壓以生成跨所述調節繞組和所述主繞組的總電壓。
5.根據權利要求4所述的有載抽頭變換器，其中所述電機軸在所述第一方向上的旋轉將所述切換開關移動至上升位置，這使得所述電機軸在所述第一方向上的后續旋轉實現升高跨所述調節繞組和所述主繞組的總電壓的抽頭變換，而所述電機軸在所述第二方向上的旋轉將所述切換開關移動至降低位置，這使得所述電機軸在所述第二方向上的后續旋轉實現降低跨所述調節繞組和所述主繞組的總電壓的抽頭變換。
6.根據權利要求5所述的有載抽頭變換器，其中所述選擇器開關組件包括一對選擇器開關和多個連接至所述調節繞組的抽頭的固定觸頭，所述固定觸頭以圓形布置并且包括中性觸頭、最大升高觸頭和最大降低觸頭，所述選擇器開關均能夠繞所述圓形的中心軸線旋轉從而移動以與不同的所述固定觸頭相接合； 其中在所述電機軸在所述第一方向上的旋轉將所述切換開關移動至所述上升位置之后，所述電機軸在所述第一方向上的后續旋轉使得所述選擇器開關在第一開關方向上從與所述中性固定觸頭相接合旋轉至與所述固定觸頭的其它固定觸頭相接合，由此執行升高跨所述調節繞組和所述主繞組的總電壓的抽頭變換；并且 其中在所述電機軸在所述第二方向上的旋轉將所述切換開關移動至所述降低位置之后，所述電機軸在所述第二方向上的后續旋轉使得所述選擇器開關在第二開關方向上從與所述中性固定觸頭相接合旋轉至與所述固定觸頭的其它固定觸頭相接合，由此執行降低跨所述調節繞組和所述主繞組的所述總電壓的抽頭變換。
7.根據權利要求5所述的有載抽頭變換器，其中當所述選擇器開關在所述第一開關方向上的旋轉之后與所述最大升高觸頭相接合時，所述調節繞組向跨所述主繞組的電壓增加最大電壓量； 其中當所述選擇器開關在所述第二開關方向上的旋轉之后與所述最大降低觸頭相接合時，對應的調節繞組從跨所述主繞組的電壓減去最大電壓量； 其中當所述伺服驅動在所述電機軸在所述第一方向上的所述總角位移達到所述第一最大角位移而停止所述電機軸的旋轉時，所述伺服驅動防止所述選擇器開關在所述第一開關方向上被移動實質上超出所述最大升聞觸頭；并且 其中當所述伺服驅動在所述電機軸在所述第二方向上的所述總角位移達到所述第二最大角位移而停止所述電機軸的旋轉時，所述伺服驅動防止所述選擇器開關在所述第二開關方向上被移動實質上超出所述最大降低觸頭。
8.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，進一步包括: 傳輸軸，將所述電機軸連接至所述抽頭變換模塊； 手動曲柄齒輪，固定至所述傳輸軸；以及 起動設備，與所述手動曲柄齒輪相接合，所述起動設備具有插槽，所述插槽具有設置于其中的連接器，所述連接器被適配為與曲柄手柄末端相接合；并且 其中所述連接器的旋轉 使得所述起動設備旋轉所述手動曲柄齒輪并且因此旋轉所述傳輸軸。
9.根據權利要求8所述的有載抽頭變換器，進一步包括接近于所述起動設備安裝的開關，所述開關連接至所述伺服驅動并且具有開關手柄，其中所述開關手柄在至少第一位置和第二位置之間可移動，在所述第一位置中，所述開關手柄使得所述開關斷開到所述伺服驅動的電力，并且在所述第二位置中，所述開關手柄使得所述開關將電力連接至所述伺服驅動；以及 阻擋結構，連接至所述開關手柄從而可隨之移動，所述阻擋結構在所述開關手柄處于所述第二位置時阻止對所述插槽的訪問，并且在所述開關手柄處于所述第一位置時允許對所述插槽進行訪問。
10.根據權利要求9所述的有載抽頭變換器，其中所述阻擋結構是具有通過其延伸的孔的板，所述孔在所述開關手柄處于所述第一位置時與所述插槽對準，并且所述孔在所述開關手柄處于所述第二位置時不與所述插槽對準。
11.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，進一步包括: 傳輸軸，將所述電機軸連接至所述抽頭變換模塊； 第一阻擋結構，連接至所述傳輸軸以便隨之旋轉； 第一齒輪，連接至所述傳輸軸以便在所述傳輸軸旋轉時進行旋轉； 第二阻擋結構，在接合位置和非接合位置之間可移動，在所述接合位置中，所述第二阻擋結構處于其能夠被所述第一阻擋結構所接觸的位置，在所述非接合位置中，所述第二阻擋結構不能夠被所述第一阻擋結構所接觸； 硬性停止致動器，連接至所述第一齒輪和所述第二阻擋結構，所述硬性停止致動器可操作以在所述傳輸軸旋轉預定數量之后，將所述第二阻擋結構從所述非接合位置移動至所述接合位置；并且 其中所述傳輸軸在所述預定數量之后的繼續旋轉導致所述第一阻擋結構與所述第二阻擋結構相接觸，由此防止所述傳輸軸的進一步旋轉。
12.根據權利要求11所述的有載抽頭變換器，其中所述硬性停止致動器包括: 凸輪，固定至所述第一齒輪以便隨之旋轉，所述凸輪限定了具有徑向內部和徑向外部的環狀凹槽； 臂，具有樞軸安裝至支撐件的第一末端部分和固定至所述第二阻擋結構的第二末端部分，所述臂可樞軸旋轉以在所述非接合位置和所述接合位置之間移動所述第二阻擋結構；凸輪從動件，固定至所述臂并且設置在所述凸輪的所述環狀凹槽中；并且其中所述凸輪從動件在所述環狀凹槽的所述徑向內部和所述徑向外部之間的相對移動使得所述臂在所述接合位置和所述非接合位置之間移動所述第二阻擋結構。
13.根據權利要求11所述的有載抽頭變換器，其中所述變壓器繞組是通過切換開關連接至主繞組的調節繞組，所述切換開關允許在跨所述主繞組的電壓上加上或者從跨所述主繞組的電壓中減去跨所述調節繞組的電壓以生成跨所述調節繞組和所述主繞組的總電壓； 其中所述第一阻擋結構和所述第二阻擋結構在已經進行了預定數量的抽頭變換以增加跨所述調節繞組和所述主繞組的電壓之后彼此接觸；并且 其中所述第一阻擋結構和所述第二阻擋結構在已經進行了預定數量的的抽頭變換以減小跨所述調節繞組和所述主繞組的電壓之后彼此接觸。
14.根據權利要求13所述的有載抽頭變換器，其中所述伺服驅動存儲第一最大角位移和第二最大角位移； 其中所述伺服驅動在所述電機軸在第一方向上的所述總角位移達到所述第一最大角位移時自動停止所述電機軸的旋轉； 其中所述伺服驅動在所述電機軸在第二方向上的所述總角位移達到所述第二最大角位移時自動停止所述電機軸的所述旋轉； 其中所述電機軸在所述第一方向上的所述總角位移在已經進行了預定數量的抽頭變換以增加跨所述調節繞組和所述主繞組的電壓之后達到所述第一最大角位移；并且 其中所述電機軸在所述第二方向上的所述總角位移在已經進行了預定數量的抽頭變換以減小跨所述調節繞組和所述主繞組的電壓之后達到所述第二最大角位移。
15.根據權利要求14所述的有載抽頭變換器，其中所述電機軸在所述第一方向上的所述總角位移在所述第一阻擋結構和所述第二阻擋結構彼此接觸之前達到所述第一最大角位移；并且 其中所述電機軸在所述第二方向上的所述總角位移在所述第一阻擋結構和所述第二阻擋結構彼此接觸之前達到所述第二最大角位移。
16.根據權利要求11所述的有載抽頭變換器，進一步包括: 手動曲柄齒輪，固定至所述傳輸軸并且與所述第一齒輪相接合，所述第一阻擋結構固定至所述手動曲柄齒輪的下側； 起動設備，與所述手動曲柄齒輪相接合，所述起動設備具有插槽，所述插槽具有設置于其中的連接器，所述連接器被適配為與曲柄手柄的末端相接合；并且 其中所述連接器的旋轉使得所述起動設備旋轉所述手動曲柄齒輪并且因此旋轉所述傳輸軸。
17.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，其中所述反饋設備是分解器。
18.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，其中所述反饋設備是多匝絕對編碼器。
19.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，其中所述伺服驅動存儲在預定時間段內執行抽頭變換所需的所述電機軸的旋轉速度。
20.根據權利要求19所述的有載抽頭變換器，其中所述預定時間段為一秒。
21.根據權利要求19所述的有載抽頭變換器，其中所述預定時間段為兩秒。
22.根據權利要求19所述的有載抽頭變換器，其中所述預定時時段可以由用戶通過連接至所述伺服驅動的人機接口來改變。
23.根據權利要求1所述的有載抽頭變換器，進一步包括可操作以確定所述電機軸的所述總角位移的反饋系統；并且 其中所述反饋系統在所述伺服驅動中所存儲的所述電機軸的所述總角位移的數值丟失的情況下，將所述電機軸的所述總角位移傳送至所述伺服驅動。
24.根據權利要求23所述的有載抽頭變換器，其中所述反饋設備是分解器并且其中所述反饋系統包括多匝絕對編碼器。
【文檔編號】H01H9/00GK103563032SQ201280025647
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2012年3月27日 優先權日:2011年3月27日
【發明者】W·J·泰辛, D·M·蓋貝爾, R·A·埃利克, J·T·艾爾德 申請人:Abb技術有限公司