本發(fā)明涉及調(diào)壓器領(lǐng)域，具體涉及一種正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置及調(diào)壓方法。

背景技術(shù)：

變壓器調(diào)壓是通過(guò)調(diào)壓開(kāi)關(guān)(分接開(kāi)關(guān))調(diào)接變壓器一側(cè)線圈(一般為高壓線圈，電流小，)的分接頭來(lái)改變線圈的匝數(shù)，達(dá)到改變輸出電壓的目的。變壓器調(diào)壓分為無(wú)載調(diào)壓和有載調(diào)壓兩種。無(wú)載調(diào)壓就是先把變壓器的電源斷開(kāi)，然后調(diào)分接開(kāi)關(guān)，再接上電源讓變壓器正常工作。有載調(diào)壓就是不斷開(kāi)電源，讓變壓器在正常工作狀態(tài)下，帶負(fù)載調(diào)節(jié)分接開(kāi)關(guān)。它的原理就是，在開(kāi)關(guān)的動(dòng)觸頭從一檔尚未完全離開(kāi)時(shí)，接通過(guò)渡電路(由過(guò)渡電阻限制兩檔之間的電流)，以保證變壓器不失電，當(dāng)動(dòng)觸頭到達(dá)另一檔后，再斷開(kāi)過(guò)渡電路，調(diào)節(jié)就完成了。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)除了有過(guò)度電路外，還必須有良好的滅弧性能。

傳統(tǒng)有載調(diào)壓方式存在以下缺點(diǎn)：通過(guò)改變?cè)褦?shù)變比調(diào)壓，電壓不能做到平滑連續(xù)調(diào)壓。倒換分接頭的方式，使得操作繁瑣且調(diào)壓響應(yīng)速度很慢。帶負(fù)荷調(diào)整電壓，不可避免的產(chǎn)生電弧，安全性得不到保證。因此設(shè)計(jì)一款有載電壓器并且能使得電壓平滑快速連續(xù)調(diào)整是很有必要的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決目前的有載調(diào)壓方式無(wú)法實(shí)現(xiàn)平滑連續(xù)調(diào)壓，且倒換分接頭的方式，使得操作繁瑣且調(diào)壓響應(yīng)速度很慢的問(wèn)題，提出一種正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置及調(diào)壓方法。

本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置，包括：調(diào)壓器、采樣模塊、a/d轉(zhuǎn)換器、cpu控制模塊、直流模塊、逆變模塊；

所述調(diào)壓器包括主磁路和輔助磁路，所述主磁路包括一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈、平衡線圈、中柱鐵芯、側(cè)柱鐵芯和負(fù)載zl；

所述輔助磁路包括輔助磁路鐵芯和輔助磁路線圈；

所述側(cè)柱鐵芯為一矩形線框，所述一次側(cè)線圈、二次側(cè)線圈分別纏繞在側(cè)柱鐵芯的左側(cè)豎直柱和右側(cè)豎直柱上；

所述中柱鐵芯為一棱柱，位于側(cè)柱鐵芯的左右兩側(cè)豎直柱中間且與側(cè)柱鐵芯的左右兩側(cè)豎直柱平行，所述平衡線圈纏繞在側(cè)柱鐵芯的左、右兩側(cè)豎直柱和中柱鐵芯上；側(cè)柱鐵芯的右側(cè)豎直柱和中柱鐵芯分別提供兩條磁分路；

所述輔助磁路鐵芯為一矩形線框，所述輔助磁路線圈纏繞在輔助磁路鐵芯一個(gè)豎直柱上；

所述調(diào)壓器工作時(shí)，輔助磁路鐵芯嵌套入側(cè)柱鐵芯套在輔助磁路鐵芯內(nèi)和中柱鐵芯外，輔助磁路鐵芯所表示的平面與側(cè)柱鐵芯表示的平面垂直。

所述調(diào)壓器的一次側(cè)接入電網(wǎng)，調(diào)壓器的二次側(cè)連接負(fù)載zl，所述負(fù)載zl的兩端接入采樣模塊的輸入端，所述采樣模塊的輸出端連接a/d轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述a/d轉(zhuǎn)換器的輸出端連接cpu控制模塊的輸入端，所述cpu控制模塊的輸出端連接逆變模塊的輸入端，所述逆變模塊的輸入端同時(shí)連接直流模塊的輸出端，所述逆變模塊的輸出端連接輔助磁路線圈；

所述平衡線圈用于平衡調(diào)壓器主體中短路阻抗，所述采樣模塊用于采集調(diào)壓器二次側(cè)輸出的電壓和電流數(shù)據(jù)，所述a/d轉(zhuǎn)換器用于處電壓和電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給cpu控制模塊，所述cpu控制模塊用于發(fā)出信號(hào)，控制逆變模塊，所述直流模塊通過(guò)逆變裝置輸出特定的電流，控制輔助磁路與調(diào)壓器的正交部分磁阻的大小。

進(jìn)一步地，所述輔助磁路鐵芯與中柱鐵芯正交部分的截面積小于輔助磁路鐵芯其他部分的截面積。

進(jìn)一步地，所述平衡線圈包括第一繞組、第二繞組和第三繞組，第一繞組纏繞在側(cè)柱鐵芯的左側(cè)豎直柱上，所述第二繞組和纏繞在中柱鐵芯上，所述第三繞組纏繞在側(cè)柱鐵芯的右側(cè)豎直柱上，所述第二繞組下端引出線與第三繞組的上端引出線相連，所述第二繞組的上端引出線與第一繞組的下端引出線相連，所述第一繞組的上端引出線與第三繞組的下端引出線相連。

基于上述的正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法，包括以下步驟：

步驟a：采樣模塊采集到調(diào)壓器二次側(cè)輸出的電壓和電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器的處理后，輸出給cpu控制模塊；

步驟b：cpu控制模塊根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)逆變模塊發(fā)出相應(yīng)的指令；

步驟c：直流模塊通過(guò)逆變模塊向輔助磁路輸出大小能夠控制的電流i；

步驟d：電流i的變化，將會(huì)導(dǎo)致公共區(qū)域磁阻的變化，但在一個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)方向上疊加的磁場(chǎng)使得正交區(qū)域的磁阻相等，在不同周期內(nèi)改變電流i，正交部分將會(huì)從不飽和趨于飽和，正交輔助磁路中流過(guò)繞組的電流在預(yù)設(shè)變化范圍內(nèi)，電流越大正交部分的磁阻就變得越大，依據(jù)磁路定理，一次側(cè)流過(guò)中柱的磁通量減少，從而二次側(cè)流過(guò)的磁通量增加，即二次側(cè)的電壓升高從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

進(jìn)一步地，所述輔助磁路與主磁路正交部分的合成磁場(chǎng)為固定值。

有益效果：

第一，本發(fā)明調(diào)壓器主體相比較于傳統(tǒng)的二鐵芯柱結(jié)構(gòu)變壓器多出了中柱部分與輔助磁路，兩部分為正交結(jié)構(gòu)，中柱部分是為了給一次側(cè)提供的磁通多出一條磁分路，對(duì)輔助磁路的線圈施加可控電流i，電流越大正交部分的磁阻就變得越大，一次側(cè)流過(guò)中柱的磁通將會(huì)依據(jù)磁路定理減少，從而二次側(cè)流過(guò)的磁通增加，即二次側(cè)的電壓升高，從而達(dá)到調(diào)壓的目的，通過(guò)控制輔助磁路線圈中電流的大小，調(diào)節(jié)二次側(cè)電壓，這種調(diào)壓方式能夠?qū)崿F(xiàn)平滑連續(xù)調(diào)壓。

第二，裝置采用磁化方式調(diào)節(jié)磁阻，從而控制流經(jīng)二次側(cè)的磁通，故響應(yīng)速度快。

附圖說(shuō)明

圖1本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖；

圖2本發(fā)明的輔助磁路鐵芯與側(cè)柱柱鐵芯位置關(guān)系的主視圖；

圖3本發(fā)明的輔助磁路鐵芯與側(cè)柱鐵芯位置關(guān)系的左視圖；

圖4本發(fā)明的輔助磁路鐵芯與側(cè)柱鐵芯位置關(guān)系的俯視圖；

圖5本發(fā)明的采樣模塊的電路原理圖；

圖6本發(fā)明的a/d轉(zhuǎn)換器的電路原理圖；

圖7本發(fā)明的直流模塊和逆變模塊的電路圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式1：結(jié)合圖1～4說(shuō)明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括：調(diào)壓器、采樣模塊、a/d轉(zhuǎn)換器、cpu控制模塊、直流模塊、逆變模塊；

所述調(diào)壓器包括主磁路和輔助磁路，所述主磁路包括一次側(cè)線圈1、二次側(cè)線圈2、平衡線圈3、中柱鐵芯4、側(cè)柱鐵芯5和負(fù)載zl；

所述輔助磁路包括輔助磁路鐵芯6和輔助磁路線圈7；

所述側(cè)柱鐵芯5為一矩形線框，所述一次側(cè)線圈1、二次側(cè)線圈2分別纏繞在側(cè)柱鐵芯5的左側(cè)豎直柱和右側(cè)豎直柱上。

所述中柱鐵芯4為一棱柱，位于側(cè)柱鐵芯5的左右兩側(cè)豎直柱中間且與側(cè)柱鐵芯5的左右兩側(cè)豎直柱平行，所述平衡線圈纏繞在側(cè)柱鐵芯5的左、右兩側(cè)豎直柱和中柱鐵芯4上；側(cè)柱鐵芯5的右側(cè)豎直柱和中柱鐵芯4分別提供兩條磁分路。

所述輔助磁路鐵芯6為一矩形線框，所述輔助磁路線圈7纏繞在輔助磁路鐵芯7一個(gè)豎直柱上。

所述調(diào)壓器工作時(shí)，輔助磁路鐵芯6嵌套入側(cè)柱鐵芯5套在輔助磁路鐵芯6內(nèi)和中柱鐵芯4外，輔助磁路鐵芯6所表示的平面與側(cè)柱鐵芯5表示的平面垂直，輔助磁路鐵芯6與側(cè)柱鐵芯5位置關(guān)系的主視圖如圖2所示；輔助磁路鐵芯6與側(cè)柱鐵芯5位置關(guān)系的左視圖如圖3所示；輔助磁路鐵芯6與側(cè)柱鐵芯5位置關(guān)系的俯視圖如圖4所示。

所述調(diào)壓器的一次側(cè)接入電網(wǎng)，調(diào)壓器的二次側(cè)連接負(fù)載zl，所述負(fù)載zl的兩端接入采樣模塊的輸入端，所述采樣模塊的輸出端連接a/d轉(zhuǎn)換器的輸入端，所述a/d轉(zhuǎn)換器的輸出端連接cpu控制模塊的輸入端，所述cpu控制模塊的輸出端連接逆變模塊的輸入端，所述逆變模塊的輸入端同時(shí)連接直流模塊的輸出端，所述逆變模塊的輸出端連接輔助磁路線圈7。

所述平衡線圈用于平衡調(diào)壓器主體中短路阻抗，所述采樣模塊用于采集調(diào)壓器二次側(cè)輸出的電壓和電流數(shù)據(jù)，所述a/d轉(zhuǎn)換器用于處電壓和電流的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將數(shù)字信號(hào)傳輸給cpu控制模塊，所述cpu控制模塊用于發(fā)出信號(hào)，控制逆變模塊，所述直流模塊通過(guò)逆變裝置輸出特定的電流，控制輔助磁路與主磁路的正交部分磁阻的大小。

所述采樣模塊的電路原理圖如圖5所示。

所述a/d轉(zhuǎn)換器的電路原理圖如圖6所示。

所述cpu控制模塊包括cpld復(fù)雜可編程邏輯器件、雙口ram和dsp，所述cpld復(fù)雜可編程邏輯器件采用芯片alteraepm1270t144c5-mo，所述雙口ram的型號(hào)為cy7c024av，所述dsp采用芯片tms320f28335。

需要采集的電壓和電流信號(hào)經(jīng)過(guò)采樣模塊轉(zhuǎn)變?yōu)樾⌒盘?hào)，其中調(diào)壓器電壓和電流由電磁互感器采集，測(cè)量得到的電壓和電流模擬信號(hào)通過(guò)運(yùn)算放大器電氣隔離和放大；模擬信號(hào)通過(guò)模擬-數(shù)字(a-d)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，由cpld控制讀取數(shù)據(jù)的順序，并分配到雙口ram，傳送到dsp；dsp經(jīng)過(guò)算法計(jì)算，再將數(shù)據(jù)傳回到cpld，cpld輸出pwm波型，然后控制逆變模塊的驅(qū)動(dòng)輸出所需要的電流。

所述直流模塊和逆變模塊的電路圖如圖7所示。

具體實(shí)施方式2：本實(shí)施方式在具體實(shí)施方式1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定，所述輔助磁路鐵芯與中柱鐵芯正交部分的截面積小于輔助磁路鐵芯其他部分的截面積，這樣正交部分將會(huì)優(yōu)先于磁路其他部分飽和，方便控制。

具體實(shí)施方式3：本實(shí)施方式在具體實(shí)施方式1的基礎(chǔ)上進(jìn)一步限定，所述平衡線圈包括第一繞組301、第二繞組302和第三繞組303，第一繞組301纏繞在側(cè)柱鐵芯5的左側(cè)豎直柱上，所述第二繞組302和纏繞在中柱鐵芯4上，所述第三繞組303纏繞在側(cè)柱鐵芯5的右側(cè)豎直柱上，所述第二繞組302下端引出線與第三繞組303的上端引出線相連，所述第二繞組302的上端引出線與第一繞組301的下端引出線相連，所述第一繞組301的上端引出線與第三繞組303的下端引出線相連，當(dāng)中柱與二次側(cè)流過(guò)的磁通量少于一次側(cè)流過(guò)的磁通量時(shí)，平衡線圈將會(huì)強(qiáng)制兩部分流過(guò)相等的磁通，以此來(lái)保證二次側(cè)感應(yīng)電勢(shì)的可靠性。

工作原理：

采樣模塊采集到調(diào)壓器二次側(cè)輸出的電壓和電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器的處理后，輸出給cpu控制模塊；cpu控制模塊根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)逆變模塊發(fā)出相應(yīng)的指令；直流模塊通過(guò)逆變模塊向輔助磁路輸出大小能夠控制的電流i；電流i的變化，將會(huì)導(dǎo)致公共區(qū)域磁阻的變化，但在一個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)方向上疊加的磁場(chǎng)使得正交區(qū)域的磁阻相等，在不同周期內(nèi)改變電流i，正交部分將會(huì)從不飽和趨于飽和，正交輔助磁路中流過(guò)繞組的電流在預(yù)設(shè)變化范圍內(nèi)，電流越大正交部分的磁阻就變得越大，依據(jù)磁路定理，一次側(cè)流過(guò)中柱鐵芯的磁通量減少，從而二次側(cè)流過(guò)的磁通量增加，即二次側(cè)的電壓升高從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

具體實(shí)施方式4：本實(shí)施方式的基于所述的正交磁場(chǎng)調(diào)壓裝置的調(diào)壓方法，包括以下步驟：

步驟a：采樣模塊采集到調(diào)壓器二次側(cè)輸出的電壓和電流數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)a/d轉(zhuǎn)換器的處理后，輸出給cpu控制模塊；

步驟b：cpu控制模塊根據(jù)a/d轉(zhuǎn)換器傳來(lái)的數(shù)據(jù)，對(duì)逆變模塊發(fā)出相應(yīng)的指令；

步驟c：直流模塊通過(guò)逆變模塊向輔助磁路輸出大小能夠控制的電流i；

步驟d：電流i的變化，將會(huì)導(dǎo)致公共區(qū)域磁阻的變化，但在一個(gè)周期內(nèi)兩個(gè)方向上疊加的磁場(chǎng)使得正交區(qū)域的磁阻相等，在不同周期內(nèi)改變電流i，正交部分將會(huì)從不飽和趨于飽和，正交輔助磁路中流過(guò)繞組的電流在預(yù)設(shè)變化范圍內(nèi)，電流越大正交部分的磁阻就變得越大，依據(jù)磁路定理，一次側(cè)流過(guò)中柱鐵芯的磁通量減少，從而二次側(cè)流過(guò)的磁通量增加，即二次側(cè)的電壓升高從而實(shí)現(xiàn)調(diào)壓。

進(jìn)一步地，所述輔助磁路與主磁路正交部分的合成磁場(chǎng)為固定值，因此直流電流源經(jīng)逆變模塊輸出對(duì)應(yīng)的波形。