CN103563032A - 具有改进驱动系统的抽头变换器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种有载抽头变换器，其具有多个模块，每个模块可操作以改变变压器绕组中的抽头。传输轴连接至该模块并且在旋转时可操作以实施绕组中的抽头变换。伺服电机旋转传输轴。该伺服电机包括可操作以生成包含与电机轴的位置相关的信息的反馈信号的反馈设备。伺服驱动连接至该伺服电机以接收该反馈信号。该伺服驱动使用该反馈信号以确定并存储电机轴的总角位移。该伺服驱动使用该反馈信号和电机轴的总角位移来控制该伺服电机的操作。

Description

具有改进驱动系统的抽头变换器
技术领域
本发明涉及一种抽头变换器，尤其涉及一种有载抽头变换器。
背景技术
如众所周知的，变压器将处于一个电压的电力转换为处于为较高或较低数值的另一电压的电力。变压器使用初级绕组和次级绕组实现该电压转换，该初级绕组和次级绕组均缠绕在铁磁芯上并且包括多匝电导体。初级绕组连接至电压源而次级绕组则连接至负载。通过改变次级匝数与初级匝数之比，能够改变输出与输入电压之比，因此控制或调整变压器的输出电压。该比率能够通过有效改变初级绕组中的匝数和/或次级绕组中的匝数而改变。这是通过在（多个）绕组内的不同连接点或“抽头”之间形成连接来完成的。能够对抽头形成这样的选择性连接的设备被称作“抽头变换器”。
总体上存在两种类型的抽头变换器：带负载抽头变换器和无励磁或“无载”抽头变换器。无载抽头变换器使用电路断路器将变压器与电压源隔离开来并且因此从一个抽头切换至另一个抽头。带负载抽头变换器（或简单地“有载抽头变换器”）在变压器连接至电压源的同时在抽头之间切换连接。对于每个相位绕组而言，有载抽头变换器包括选择器开关组件、旁通开关组件和真空中断器组件。选择器开关组件形成到变压器抽头的连接，而旁通开关组件则通过两个分支电路将抽头连接至主电源电路。在抽头变换期间，真空中断器组件安全地隔离分支电路。驱动系统移动该选择器开关组件、旁通开关组件和真空中断器组件。本发明针对这样的驱动系统。
发明内容
依据本发明，提供了一种在变压器绕组中进行抽头变换的有载抽头变换器。该抽头变换器包括连接至变压器绕组的抽头变换模块。该抽头变换模块包括旁通开关组件、真空中断器组件和选择器开关组件。提供了伺服电机并且其包括电机轴和反馈设备。该电机轴连接至抽头变换模块并且可在旋转时进行操作以使得该抽头变换模块执行实施抽头变换的操作序列。该反馈设备可操作以生成包含与该电机轴的位置相关的信息的反馈信号。伺服驱动连接至该伺服电机以接收该反馈信号。该伺服驱动使用该反馈信号来确定并存储该电机轴的总角位移。该伺服驱动使用该反馈信号和该电机轴的总角位移来控制该伺服电机的操作。
附图说明
通过以下描述、所附权利要求和附图，本发明的特征、方面和优势将被更好地理解，其中：
图1示出了本发明的抽头变换器的前正视图；
图2示出了抽头变换器的示意图；
图3示出了处于线性、加减和粗精配置的抽头变换器的电路图；
图4示出了抽头变换器的电路的示意图；
图5示出了通过抽头变换的电路处理；
图6示出了抽头变换器的箱内部的前部视图；
图7示出了抽头变换器的前部支撑结构的后部视图；
图8示出了抽头变换器的驱动系统和监视系统的示意图；
图9示出了驱动系统的壳的摇摆面板的前部视图；
图10示出了驱动系统和监视系统的部件之间的电力和通信连接的示意图；
图11示出了驱动系统的伺服电机的示意性截面图；
图12示出了驱动系统的伺服驱动的示意图；
图13示出了包含驱动系统和监视系统的壳内部的透视图；
图14示出了驱动系统的手动曲轴组件和其它部件的特写视图；
图15示出了驱动系统的凸轮和槽轮机构（Geneva gear）的近视图；
图16示出了凸轮的透视图；
图17示出了真空中断器监视系统的示意图；
图18示出了监视系统的存储器中所存储的抽头变换映射的图形表示形式；
图19示出了由监视系统所执行的电力恢复例程的流程图；
图20示出了可以由监视系统执行的第一监视例程的流程图；以及
图21示出了可以由监视系统执行的第二监视例程的流程图。
具体实施方式
应当注意的是，在以下的详细描述中，同样的组件具有相同的附图标记，而无论它们是否在本发明的不同实施例中所示出。还应当注意的是，为了清楚且简明地公开本发明，附图可以不必依比例进行绘制并且本发明的某些特征可以以略显示意性的形式而被示出。
现在参考图1和2，示出了依据本发明而实现的有载抽头变换器（LTC）10。LTC10适于在箱上安装于变压器。通常，LTC10包括抽头变换组件12、驱动系统14和监视系统16。抽头变换组件12封闭在箱18中，而驱动系统14和监视系统16则封闭在外壳20中，该外壳20可以安装在箱18下方。箱18限定了抽头变换组件12安装于其中的内部腔室。该内部腔室保持足够浸没抽头变换组件12的一定量的电介质流体。通过可在开启和闭合位置之间枢轴旋转的门24提供对抽头变换组件12的访问。
抽头变换组件12包括三个电路30，每一个电路可进行操作以改变变压器的一个相位的调节绕组32上的抽头。每个电路30可以以线性配置、加减配置或粗精配置被加以利用，分别如图3a、3b、3c所示。在线性配置中，跨调节绕组32的电压与跨主（低电压）绕组34的电压相加。在加减配置中，调节绕组32通过切换开关36连接至主绕组34，这允许跨调节绕组32的电压与跨主绕组34的电压相加或者从中被减去。在粗精配置中，除了（精细）调节绕组32之外还存在粗糙调节绕组38。切换开关40将（精细）调节绕组32直接或者与粗糙调节绕组38串联地连接至主绕组34。
现在参考图4，示出了在加减配置中连接至调节绕组32的抽头变换组件12的电路30中的一个电路的示意图。电路30被部署到第一和第二分支电路44、46之中，并且通常包括选择器开关组件48、旁通开关组件50以及包括真空中断器54的真空中断器组件52。
选择器开关组件48包括可移动的第一和第二触头臂58、60以及分别连接至绕组32的抽头的多个静止触头56。第一和第二触头臂58、60分别连接至电抗器62、64，它们在选择器开关组件48桥接两个抽头时减小循环电流的振幅。第一触头臂58位于第一分支电路44中且第二触头臂60位于第二分支电路46中。旁通开关组件50包括第一和第二旁通开关66、68，其中第一旁通开关66位于第一分支电路44中而第二旁通开关68位于第二分支电路46中。第一和第二旁通开关66、68中的每一个旁通开关连接在其相关联的电抗器和主电源电路之间。真空中断器54连接在第一和第二分支电路44、46之间并且包括封闭在其中具有真空的瓶体和外壳中的固定触头和可移动触头。
选择器开关组件48的第一和第二触头臂58、60能够位于非桥接位置或桥接位置。在非桥接位置中，第一和第二触头臂58、60连接至变压器的绕组32上的多个抽头中单独的一个抽头。在桥接位置，第一触头臂58连接至抽头之一而第二触头臂60则连接至抽头中的另一个相邻的抽头。
在图4中，第一和第二触头臂58、60均连接至绕组32的抽头4，即第一和第二触头臂58、60处于非桥接位置。在稳定状态条件下，真空中断器54的触头164、166闭合，并且第一和第二旁通开关66、68的每一个旁通开关中的触头闭合。负载电流流过第一和第二触头臂58、60以及第一和第二旁通开关66、68。实质上没有电流流过真空中断器54并且电抗器电路中没有循环电流。
现在将参考图5a-5e对其中第一和第二触头臂58、60移动至桥接位置的抽头变换进行描述。第一旁通开关66首先被断开（如图5a所示），这使得电流从第一触头臂58和电抗器62流过真空中断器54。真空中断器54随后被断开以隔离第一分支电路44（如图5b所示）。这允许第一触头臂58随后被移动至抽头5而无电弧（如图5c中所示）。在该移动之后，真空中断器54首先被闭合（如图5d所示）并且随后第一旁通开关66被闭合（如图5e所示）。这完成了抽头变换。此时，第一触头臂58连接至抽头5而第二触头臂60连接至抽头4，即第一和第二触头臂58、60处于桥接位置。在稳定状态条件下，真空中断器54的触头闭合并且第一和第二旁通开关66、68的每一个旁通开关中的触头闭合。电抗器62、64现在串行连接并且其中点处的电压是每个抽头选择的电压的一半。循环电流目前在电抗器电路中流动。
可以进行另一抽头变换以将第二触头臂60移动至抽头5而使得第一和第二触头臂58、60处于相同抽头（抽头5）上，即处于非桥接位置。为此，针对第二分支电路46执行以上所描述的例程，即第二旁通开关68首先被断开，随后真空中断器54被断开，第二触头臂60移动至抽头5，真空中断器54首先闭合并且随后第二旁通开关67闭合。
在以上所描述的抽头变换中，电流在抽头变换期间持续流动，而第一和第二触头臂58、60在没有电流的情况下进行移动。
如图4中最佳示出的，选择器开关组件48可以具有连接至绕组32上的八个抽头的八个静止触头56以及连接至绕组32的中性（中间范围）抽头。因此，利用B端子（如所示出的）上的切换开关36，选择器开关组件48看在中性位置和十六个离散上升（增加）位置之间进行移动（即，八个非桥接位置和八个桥接位置)。利用A端子上的切换开关36，选择器开关组件48看在中性位置和十六个离散降低（减小）位置之间进行移动（即，八个非桥接位置和八个桥接位置)。因此，选择器开关组件48可在总共33个位置（一个中性位置、16个上升（R）位置和16个降低（L）位置）之间进行移动。
现在参考图6，三个支撑结构80安装在箱18之内，一个支撑结构用于每个相应电路30。支撑结构80由刚性电介质材料所构成，诸如纤维强化电介质塑料。对于每个电路30而言，旁通开关组件50和真空中断器组件52安装在支撑结构80的第一（或前）侧上，而选择器开关组件48安装在支撑结构80之后。
现在参考图7，示出了支撑结构80中的一个支撑结构的第二侧。旁通齿轮82和真空中断器（VI）齿轮92被安装至第二侧。绝缘轴83被示出为连接至旁通齿轮82。轴83通过传输系统120（在图8中示出）连接至驱动系统14的主传输轴122（在图8中示出）。旁通齿轮82被固定至通过支撑结构80进行延伸并且延伸至支撑结构80的第一侧之中的旁通轴。旁通齿轮82通过链条90连接至固定到VI轴94的VI齿轮92。VI轴94也通过支撑结构80进行延伸并且延伸至支撑结构80的第一侧之中。当驱动系统14被激活以实施抽头变换时，传输系统120和轴83将主传输轴122的旋转传递至旁通齿轮82，由此使得旁通齿轮82和旁通轴发生旋转。旁通齿轮82的旋转进而由链条90传递至VI齿轮92，这使得VI齿轮92和VI轴94发生旋转。
传输系统120的细节在于2011年3月25日提交的题为“Selector Switch Assembly for Load Tap Changer”的美国临时专利申请号61/467,455以及于2011年3月25日提交的题为“An ImprovedTap Changer”的美国临时专利申请号61/467,822中有所公开，它们均通过引用结合于此。
在支撑结构80的第一侧，旁通轴固定至旁通凸轮，而VI轴94则固定至VI凸轮。旁通凸轮随旁通轴的旋转进行旋转，而VI凸轮随VI轴94的旋转进行旋转。旁通凸轮的旋转致动第一和第二旁通开关66、68，而VI凸轮的旋转断开和闭合真空中断器54的触头。旁通和VI齿轮82、92被进行尺寸设置并且被部署为针对每个抽头变换而旋转旁通凸轮180度并且针对每个抽头变换而旋转VI凸轮360°。
现在参考图8，传输系统120还将每个选择器开关组件48连接至驱动系统14的主传输轴122。更具体地，传输系统120将主传输轴122的旋转转换为第一和第二触头臂58、60的旋转移动。该旋转移动被编索引并且处于静止触头56的圆形配置的中心的共用轴线周围。第一和第二触头臂58、60当它们连接至相同的静止触头56时（处于非桥接位置）与部署在第一触头臂58上方的第二触头臂60对齐。静止触头56以圆形排列，其中中性静止触头N位于顶端并且最大降低触头16L和最大升高触头16R朝着底部进行定位。在逆时针（CCW）方向与中性触头N相邻的静止触头56随后被称作1L触头。第一触头臂58在中性触头N和1L触头之间的旋转致动切换开关36。更具体地，第一触头臂58从中性触头N到1L触头的CCW旋转将切换开关36移动至A端子，而第一触头臂58从1L触头到中性触头N的顺时针（CW）旋转将切换开关36移动至B端子。在以上所描述的具有16R位置、16L位置以及中性位置（中性静止触头N）的实施例中，一旦第一和第二触头臂58、60已经CCW移动并且处于16L位置（都在16L触头上），则第一和第二触头臂58、60在第一和第二触头臂58、60能够移动至任意的1-16R位置之前必须CW移动回到中性位置。类似地，一旦第一和第二触头臂58、60已经CW移动并且处于16R位置（都在16R触头上），则第一和第二触头臂58、60在第一和第二触头臂58、60能够移动至任意的1-16L位置之前必须CCW移动回到中性位置。在中性、1L-16L和1R-16R位置之间移动每个电路30的第一和第二触头臂58、60（以及每个旁通开关组件50和每个真空中断器组件52的相关联操作）可以被称作在抽头之间移动抽头变换组件12。
现在还参考图9和10，驱动系统14一般包括伺服电机124、伺服驱动126、齿轮头128和手动曲轴组件130。驱动系统14与监视系统134对接并且由监视系统134进行控制。如以上所给出的，驱动系统14和监视系统134安装在外壳20之内，该外壳具有可通过其对驱动系统14和监视系统134进行访问的前方开口。如图1所示，外门136枢轴安装至外壳20并且可操作以闭合该前方开口。现在特别参考图9，在外门136以内，摆动板138枢轴安装至外壳20。摆动板138具有在其处于闭合位置时可通过其对外壳20内的接口设备进行访问的多个开口。例如，模式开关140、插槽142、机械抽头位置指示器144和人机接口（HMI）146在摆动板138闭合时全部通过摆动板138中的开口进行延伸和/或可通过该开口进行访问。除了提供对上述接口设备的访问之外，摆动板138具有直接装配到摆动板的多个接口设备。例如，返回中性开关150和降低/上升开关152直接安装至摆动板138。摆动板138用作对外壳20内的设备进行保护的第二道门，同时提供对接口设备的访问。
特别参考图10，一个或多个加热器158、一个或多个风扇159、一个或多个温度传感器以及一个或多个湿度传感器被安装在外壳20之内。这些设备电连接至监视系统134并且由监视系统134进行控制从而保持适于伺服驱动126、监视系统134和外壳20内的其它设备的环境。
外壳20内还安装有24VDC电源160、第一5VDC电源162和冗余的第二5VDC电源164。从主电源165向伺服驱动126、加热器158、风扇159、24VDC电源160和第一5VDC电源162提供120VAC至240VAC电力。第二5VDC电源164可以连接至备用电源166。监视系统134从第一5VDC电源162被提供以电力，或者在主电源165故障的情况下，从第二5VDC电源164被提供以电力。
现在参考图11，示出了伺服电机124的实施例的截面图。在该实施例中，伺服电机124是具有固定定子170和固定至轴174的旋转转子172的无刷AC感应电机。当电压被施加于定子170时，电流在定子170中流动并且引起电流通过磁性感应而在转子172中流动。定子170和转子172中的磁场的交互作用使得转子172旋转并且因此使得轴174旋转。定子170从转子172向外径向定位并且可以由电导体的层叠和匝所组成。转子172可以具有“鼠笼”构造，该构造由以填充以诸如铜或铝的传导材料的缝隙所间隔的钢质层叠的栈所组成的。
伺服电机124可以包括制动器176，该制动器在供给至伺服驱动126并且因此至伺服电机124的电力被切断时保持轴174的位置。制动器176可以是弹簧类型的制动器或永磁体型制动器。
伺服电机124具有反馈设备180，其可以是分解器或多匝绝对编码器。分解器紧接着在随后的段落中进行描述，而多匝绝对编码器则在以下进一步描述。
在一个实施例中，反馈设备180是单速分解器发送器（resolvertransmitter），如图11所示。该分解器实质上是旋转变压器，其具有可旋转地部署在分开90度定位的SIN和COS定子绕组184的静态配对之内的转子绕组182。转子绕组182以某种方式连接至电机轴174以便随之旋转。转子绕组182被称作基准电压（Vr）的AC电压所激励。在SIN和COS定子绕组184、186中所感应的电压等于基准电压与电机轴174距固定零点的角度的SIN或COS相乘的数值。因此，分解器提供了两个电压，它们的比率表示轴的绝对位置。（SINθ/COSθ=TANθ，其中θ=轴角度）。在SIN和COS定子绕组184、186中所感应的电压被提供至该分解器的微控制器，微控制器对该信号进行分析并且生成包含与电机轴174的速度和角位置相关的信息的反馈信号。该微控制器随后将该反馈信号输出至伺服驱动126。在本发明的一个实施例中，该反馈信号包括系列脉冲或计数，其中例如电机轴174的每个360°旋转生成16384个计数。因此，针对电机轴174的大约每个0.02度的移动生成一个计数。该计数在伺服电机124以诸如使得抽头从1R变为2R的第一方向运转时为正，并且在伺服电机124以诸如使得抽头从1L变为2L的第二方向运转时为负。当从诸如图13中的顶部前方透视观看时，第一方向为CW而第二方向为CCW。
以上所描述的分解器被认为是单速分解器发送器，这是因为在电机轴174旋转360°时，输出信号仅是通过一个正弦波（以及一个余弦波）。
应当意识到的是，作为单速分解器发送器的替代，反馈设备180可以是多速分解器发送器，诸如其中输出信号在电机轴174旋转360°时通过四个正弦波的4速分解器发送器。另外，反馈设备180可以是分解器控制变压器，其具有两个定子绕组和两个转子绕组。两个转子绕组被提供以激励信号并且从来自定子绕组的信号得出位置信息。再另外地，反馈设备180可以是同步机，该同步机除了具有间隔120°的三个定子绕组之外，与分解器相似。分解器发送器（单速或多速）和分解器控制变压器通常被称作“分解器”。
现在参考图12，伺服驱动126通过对提供至伺服电机124的功率进行控制来控制伺服电机124的操作。伺服驱动126总体上包括低压部分187和高压部分194。低压部分187包括控制器188和多个相关联寄存器，这些寄存器包括速度寄存器189、正停止寄存器190、负停止寄存器191和反馈寄存器192。控制器188基于微处理器并且接收来自监视系统134或诸如降低/升高开关152的本地设备的命令信号。此外，控制器188从反馈设备180接收反馈信号并且从反馈信号得出反馈信息（例如，角位置、速度）。控制器188将命令和反馈信息进行比较以生成控制器能够随后对其作用以便消除的误差。控制器188使用诸如比例和积分（PI）算法或比例、积分和导数（PID）算法之类的算法作用于误差。该算法的输出是低功率电平的控制信号，其被提供至高压部分194。使用来自主电源165的电力，高压部分194将该低功率水平的控制信号放大至较高功率水平，其随后被提供至伺服电机124。高压部分194可以在整流器196中将AC电力转换为DC电力并且使用脉冲宽度调制逆变器198向伺服电机124生成输出。通常注意到，需要较高电压水平以便以适当的较高速度旋转伺服电机124并且需要较高电流水平以提供移动较重负载的扭矩。
如以上所阐述的，存在多个与控制器188相关联的寄存器。这些寄存器存储控制器188用来控制伺服电机124的操作的信息。速度寄存器189存储伺服电机124在进行抽头变换时操作的速度。正停止寄存器190存储来自反馈设备180的与电机轴174的第一旋转方向中的停止位置相对应的正反馈单位（例如，计数）数目。类似地，负停止寄存器191存储来自反馈设备180的与电机轴174的第二旋转方向中的停止位置相对应的负反馈单位（例如，计数）数目。反馈寄存器192存储从反馈信号所获得的电机轴174的位置信息。在以上所描述的反馈信号包括系列计数的实施例中，反馈寄存器192存储所接收计数的累加值。由于电机轴174针对每个抽头变换旋转二十次并且针对每次旋转生成16384个计数，所以该寄存器将针对每个抽头变换存储327680个计数。如果去往伺服驱动126的电力被切断，则速度寄存器189、正停止寄存器190、负停止寄存器191和反馈寄存器192中所存储的所有信息都丢失，并且在电力恢复时，寄存器中的数值被设置为零。
正停止寄存器190中所存储的反馈单位的数目被控制器188用来在伺服电机124的轴174已经将抽头变换组件12移动至抽头位置16R或稍微超出的位置之后自动停止其在第一方向的旋转。在以上所描述的反馈信号包括系列计数的实施例中，正停止寄存器190中所存储的计数数量可以是+5242880个计数或稍多于此。负停止寄存器191所存储的反馈单位的数量被控制器188用来在伺服电机124的轴174已经将抽头变换组件12移动至抽头位置16L或稍微超出的位置之后自动停止其在第二方向的旋转。在以上所描述的反馈信号包括系列计数的实施例中，负停止寄存器191中所存储的计数数量可以是-5242880个计数或稍多于此（负计数）。从上文应当意识到的是，控制器188使用正停止寄存器190和负停止寄存器191中所存储的反馈单位（例如，计数）执行“电子硬性停止”，这防止抽头变换组件12从16R位置通过中性位置并随后到达1R位置，并且防止抽头变换组件12从16L位置通过中性位置并随后到达1L位置。
伺服驱动126的操作由控制器188从监视系统134所接收的信号进行控制。这些信号中的两个信号是：硬件（H/W）使能和正常模式软件（NMS）使能。当接收到H/W使能信号时，控制器188仅允许监视系统134中的控制算法对抽头变换组件12进行控制。当接收到NMS使能信号时，控制器188进一步允许伺服驱动126被来自本地设备（例如，降低/升高开关152）、HMI146和远程设备的命令信号所控制。如果既没有接收到H/W使能信号也没有接收到NMS使能信号，则伺服驱动126被“锁定”。伺服驱动126仅能够在导致该锁定状态的问题已经修正之后由操作人员制动HMI146上的清除按钮才能退出该锁定状态。通过CAN总线200在伺服驱动126和监视系统134之间存在着双向通信。此外，监视系统134通过驱动接口202（图8所示）向伺服驱动126发送数字命令信号。也可以通过该驱动接口202从伺服驱动126向监视系统134发送数字信号。
可以提供动态制动电阻器206以快速停止电机轴174的旋转。在接通时，动态制动电阻器206从伺服电机124抽取电压。动态制动电阻器206可以处于伺服驱动126内部或外部并且可以由晶体管接通。动态制动电阻器206可操作以利用比电机轴174的进一步旋转的一半更小的回转（revolution）（<180°）来停止电机轴174的旋转。就此而言，应当注意到伺服驱动126的控制器188使用存储在伺服驱动126的非易失性存储器（例如，EEPROM）中的加速和减速数值来分别控制电机轴174启动和停止的速率。这些数值可以在抽头转换开关10停机维护时由授权维护人员进行更改。
返回参考图8，伺服电机124连接至齿轮头128，该齿轮头可操作以倍增伺服电机124的扭矩并且增加其扭转刚度。这允许伺服电机124的大小有所减小并且在其最优范围操作。此外，齿轮头128使得最大加速度所反映的惯性最小化。齿轮头128包括输出轴和行星齿轮并且通过自行定位输入小齿轮夹具而接合至伺服电机124的轴。在一个实施例中，齿轮头128可操作以针对电机轴174的每10次回转而产生其输出轴的一次旋转。
现在还参考图13，齿轮头128的输出轴连接至主传输轴122，该主传输轴122通过固定在两个内侧壁之间的架208中的开口向上延伸。在架208上方，主传输轴122通过外壳20中的开口向上延伸并且延伸至箱18之中。主传输轴122通过固定在箱18底部壁中的开口之内的馈通组件210进入箱18。馈通组件210包括用于密封箱18中的开口的垫圈。在箱18之内，主传输轴122经由传输系统120连接至选择器开关组件48、旁通开关组件50和真空中断器组件52。如以上所描述的，主传输轴122的旋转导致抽头变换。更具体地，主传输轴122的720°旋转导致一次完整的抽头变换。由于电机轴174的十次回转产生主传输轴122的一次旋转，所以伺服电机124针对每次抽头变换旋转20次。驱动系统14所提供的紧密控制允许主传输轴122的旋转在抽头变换结束时以主传输轴122小于15°的进一步旋转而停止。
现在还参考图14和15，手动曲轴组件130包括放大的手动曲轴齿轮214和起动设备216。手动曲轴齿轮214在架208上方固定至主传输轴122。块218被固定至手动曲轴齿轮214的下侧。起动设备216与手动曲轴齿轮214相接近地安装至架208。起动设备216包括接合手动曲轴齿轮214的齿轮以及将手柄220（图13所示）的旋转转换为齿轮旋转并且因此转换为手动曲轴齿轮214和主传输轴122的旋转的内部机制。手柄220通常收藏起来并且仅在需要主传输轴122的人工移动时才会被使用。手柄220具有带空腔的末端，该空腔适于稳固接纳该内部机制的外廓轴222。轴222部署在起动设备216的外壳中的插槽142内。如所示出的，轴222可以具有六边形的横截面。当手柄220的末端插入插槽142并且与轴222相接合时，手柄220可以被手工旋转以使得主传输轴122发生旋转，诸如进行完整或部分的手工抽头变换。
模式开关140临近起动设备216进行安装。（应当注意的是，虽然图13中并未示出模式开关140，但是应当认为其是存在的。）模式开关140连接至伺服驱动126和监视系统134并且包括四个位置：手动曲柄、断开、本地和远程。在本地模式中，模式开关140与来自本地控制设备（诸如，降低/升高开关152）的信号互锁以对伺服驱动126进行控制并且因此对伺服电机124进行控制。在远程模式中，模式开关140与来自远程位置的信号互锁以对伺服驱动126进行控制并且因此对伺服电机124进行控制。在手动曲柄模式中，模式开关140断开到伺服驱动126的电力并且以信号通知监视系统134使得针对伺服驱动126的H/W使能信号无效，因此使得伺服电机124无法操作。模式开关140具有用于在四个位置之间进行移动的可旋转手柄223。具有放大开口的不规则形状的板224连接至手柄223以便随之旋转。板224在非阻挡位与阻挡位置之间可旋转，在非阻挡位置中开口与外壳中的插槽142对准，并且在阻挡位置中板224阻挡外壳中的插槽142。板224仅在手柄223处于将模式开关140置于手动曲柄模式的位置时才处于非阻挡位置。因此，手柄220仅能够在模式开关140处于手动曲柄模式时才能够插入插槽142并与轴222相接合。以这种方式，起动设备216仅能够在断开到伺服电机124的电力时才能够被用来对主传输轴122进行手工移动。
在手动齿轮214之下，第一齿轮226（在图8中示意性示出）被固定至主传输轴122。第一齿轮226与固定至第一侧轴232的放大的第二齿轮230驱动接合。第一和第二齿轮226、230的大小被设置为使得主传输轴122的两次旋转导致第一侧轴232进行一次旋转，即存在着二比一的降低。以这种方式，第一侧轴232将针对每次抽头变换旋转360°。在第二齿轮230的上表面上提供位置标记。这些标记关于基准点234提供了抽头变换组件12的抽头变换位于何处的视觉指示。该标记和基准点234可被使用起动设备216手工移动主传输轴122的操作人员所看到，因此有助于操作人员将抽头变换组件12适当移动至所期望的位置。
小齿轮236（图8中示意性示出）被固定至第二齿轮230并且从其向上延伸。小齿轮236朝向第二齿轮230的中心进行定位并且与槽轮机构238的齿驱动咬合，该槽轮机构238被设置大小并构造为针对第二齿轮230的每次完整旋转即针对每次抽头变换而旋转10度。槽轮机构238被固定至驱动连接至机械抽头位置指示器242的第二侧轴240，该机械抽头位置指示器242与钟面相类似地示出了以圆形配置进行布置的抽头变换器的位置N、1-16L和1-16R。第二侧轴240还连接至通过多个电路板244进行延伸的延长轴。导电刷臂4被固定至该延长轴并且在该延长轴旋转的期间与安装至电路板244的触头，由此生成表示主传输轴122的位置（以及抽头变换组件的当前抽头位置）的信号。这些信号被提供至外部设备。
现在还参考图16，凸轮248被固定至槽轮机构238以便随之旋转。凸轮248的中心区域的侧表面有助于定义环状凹槽250。该中心区域除了缺口252之外实质上是圆形的。因此，凹槽250具有径向外部（在缺口252之外）和径向内部（在缺口之内）。凸轮从动件254（图13中示出）部署在凹槽250中并且被固定至枢轴安装在架208第一端的臂256。具有从其突出的块260的结构被固定至臂256的第二端。块260可在接合位置和非接合位置之间进行移动。在接合位置，块260在手动齿轮214下方延伸，在那里其可被块218所接触。在非接合位置，块260并不在手动齿轮214下方延伸，并且因此无法被块218所接触。块260可通过臂256的移动而在接合和非接合位置之间移动，该臂256的移动由凹槽250相对于凸轮从动件254的移动所控制。当凸轮从动件254处于凹槽的径向外部时，臂256静止并且将块260保持在非接合位置。当凸轮从动件254移动至凹槽250的径向内部时（相对而言），凸轮从动件254向内径向移动，这使得臂256向内枢轴转动并且将块260移动至接合位置。当块260移动至接合位置时，其将在手动曲柄齿轮214完成其在当前方向的回转并且试图继续在相同方向进行移动的情况下被手动齿轮214上的块218所接触。块218、260之间的接触阻止了手动曲柄齿轮214在其当前方向的进一步移动并且被认为是“机械硬性停止”。
实施该机械硬性停止以防止抽头变换组件12从16R位置通过中性位置并随后去往1R位置，并且防止抽头变换组件12从16L位置通过中性位置并随后去往1L位置。换句话说，该机械硬性停止防止了第一和第二触头臂58、60在一个方向的360°或更大的旋转。由于块218、260的接触位置，该机械硬性停止并不必恰好在16L和16R处实施。相反，主传输轴122可以被允许经过16L和经过16R另外旋转大约90°。电子硬性停止和机械硬性停止可以被配置为大约同时实施。可替换地，电子硬性停止和机械硬性停止可以被配置为使得一者在另一者之前实施。例如，电子硬性停止和机械硬性停止可以被配置为使得电子硬性停止得以被首先实施。
由于凸轮248针对每次抽头变换旋转10度，所以从中性位置到16L以及从中性位置到16R的移动对应于凸轮248大约160°的旋转。因此，凸轮248被构造并定位以使得凸轮从动件254将处于凹槽250的径向外部以便凸轮248以CW或CCW方向从中性位置进行160°旋转并且随后将进入径向内部（相对而言）以将块260移动至接合位置。因此，凹槽的径向内部包括凹槽250的大约40°并且当抽头变换组件12处于中性位置时，缺口252的中心与凸轮从动件254反向部署。
具体参考图8，多匝绝对编码器（“MTAE”）264的盘262连接至第一侧轴232以便随之旋转。盘262由玻璃或塑料所构成并且具有诸如通过影像沉积而形成于其上的图案。该图案包括一系列径向延伸的轨迹。每条轨迹由不同光学属性的区域所组成，诸如透明和不透明的区域。MTAE264的检测器单元266在盘262旋转时读取这些轨迹并且输出表示第一侧轴232的角位置的位置信号。检测器单元266包括红外发射器和接收器。该红外发射器安装在盘262的一侧并且该红外接收器则安装在盘262的另一侧。当盘262旋转时，红外接收器所接收的每条轨迹的光图案产生表示第一侧轴232在360°上的绝对位置的唯一代码。
MTAE264的多个代码载体267也连接至第一侧轴232以便随之旋转，但是是以依次减速的方式进行转动。代码载体267中的每个代码载体由交替的北极和南极的磁体所构成。代码载体267的旋转所生成的磁场被检测器单元266所检测以提供对第一侧轴264的旋转数量的测量。
由于盘262和代码载体267的位置并不在电力故障时发生变化，所以MTAE264有效地具有在电力故障情况下得以保存的内置存储器。在本发明的一个实施例中，MTAE264能够确定并存储第一侧轴232的多达4096个旋转。而且，在该实施例中，MTAE264具有第一侧轴232的每回转的33554432个位置。第一侧轴232在360°上的绝对位置以及第一侧轴232的旋转数量的测量提供了第一侧轴232的“多匝位置”（或简单地“位置”）。通过这里所描述的关系，第一侧轴232的位置被用来确定主传输轴122的位置、抽头变换内的抽头变换组件12的位置以及抽头变换组件12在抽头之间的位置，即抽头位置。
MTAE264通过通信线路连接至监视系统134，诸如EnDat2.2接口线缆，这是能够从MATE264传送第一侧轴232的位置以及传送或更新MATE264中所存储的信息（诸如诊断数据）的数字双向接口。除了连接至MTAE264之外，监视系统134连接至伺服驱动126、振动中断器（VI）监视系统265以及各种其它输入，诸如外壳20内的环境监视/控制设备。监视系统134封闭在安装于外壳20内的外壳单元268（图13所示）之中。监视系统134包括HMI146、至少一个微处理器270以及诸如EEPROM的非易失性存储器272、HMI146包括显示和输入设备，诸如薄膜键盘的按钮键。
现在参考图17，示出了VI监视系统265的示意图，该VI监视系统通常包括三个电流检测器模块276（每个电路30一个电流检测器模块）、三个红外发射器278（每个电路30一个红外发射器）、三个红外接收器280（每个电路30一个红外接收器）以及差分信号收发器282。在每个电路30中，电流检测器模块276与真空中断器54串联连接。当超过6安培的电流通过真空中断器54时，电流检测器模块276对正弦电流进行整流以生成具有对应于该电流频率的频率的电脉冲，该频率处于大约50Hz到大约60Hz的范围内。正弦电流的整流可以是全波或半波整流。在本发明的一个实施例中，正弦电流的整流是半波的以便每个正弦波产生一个脉冲。红外发射器278将该电脉冲转换为光脉冲并且通过光纤链路284将它们传送至红外接收器280。红外接收器280检测光线脉冲并且作响应于光脉冲而生成脉冲电信号。作为单端信号的该信号随后被传送至差分信号收发器282。如所知的，单端信号通过两条线进行传送，其中一条呈现表示该信号的变化电压，而另一条则连接至通常为接地端的基准电压。差分信号收发器282将该单端信号转换为数字差分信号，即在两条分离线路上传送的两个互补信号。差分信号收发器282可以依据RS-422、RS-485或以太网协议进行构建。在一个实施例中，差分信号收发器282依据RS-485协议进行构建，该协议定义了用于在平衡的数字多点系统中使用的驱动器和接收器的电气特性。单端信号到差分信号的转换有助于将信号与出现在抽头变换器10之中和周围的环境噪声隔离开来。
差分信号收发器282所生成的差分信号通过连线而被传送至监视系统134。在监视系统134之内，差分信号接收器将该差分信号转换回单端信号，该单端信号随后被提供至微处理器270。微处理器270对该信号的时序以及三个信号之间的相位关系进行分析以监视和控制抽头变换。更具体地，在抽头变换的某些阶段期间，电流不应当流过任何真空中断器54，而在抽头变换的其它阶段，电流应当流过真空中断器54并且应当在相位之间相隔120°。真空中断器54的信号中出现脉冲为微处理器270提供了电流流过真空中断器54的指示。相反，真空中断器54的信号中没有脉冲为微处理器270提供了电流并未流过真空中断器54的指示。由于信号中的脉冲具有与通过真空中断器54的电流的频率相对应的频率，所以三个信号之间的脉冲偏移量（当电流流过时）应当对应于相位之间的120°差值。
现在参考图18，示出了存储在监视系统134的存储器272中并且被监视系统134用来控制和/或监视抽头变换组件12在抽头变换过程期间的操作的抽头变换映射288的简化图形表示。映射288包括由虚线所界定的阶段或操作A-H。操作A-H分别对应于“接通位置”、“旁通开关断开”、“真空中断器（VI）断开”、“选择器开关断开”、“选择器开关闭合”、“VI闭合”、“旁通开关闭合”和“就位”。虚线处的阴影块指示旋转度数的±裕度。抽头变换组件12在映射288内的位置是基于从MTAE264的位置信号所获取的第一侧轴232的位置。该位置在操作D（选择器开关断开）之前才被指定为未返回点（PONR）。当其在抽头变换期间向终止抽头（终止静止触头56）移动时，选择器开关（第一触头臂58或第二触头臂60）在其移动离开起始抽头（起始静止触头56）时断开。如果监视系统134在PONR处或其之后接收或生成警报，则监视系统134将使得抽头变换组件12完成抽头变换并且随后将锁定伺服驱动126。然而，如果监视系统134在PONR之前接收或生成警报，则监视系统134将使得抽头变换组件12停止抽头变换，返回至之前的抽头位置并且随后锁定伺服驱动126。
监视系统134的存储器272中所存储的抽头变换映射288比图18中图形示出的更为详细。映射288包括用于从一个抽头到另一个抽头的抽头变换的操作A-H。此外，对于从1L到N以及N到1L的抽头变换，映射288进一步包括用于切换开关36的数据，即开关断开和闭合。对于每个操作，映射288包括第一侧轴232在操作开始的旋转度数、操作应当开始时所过去的时间（从抽头变换开始算起）、应当在所过去的时间（时间增量）中发生的之前操作的变化，以及在该时间增量期间将要/应当从VI监视系统265所接收的脉冲数量，以指示电流是否流过相关的真空中断器54。因此，该时间增量是监视系统134在其间（关于通过真空中断器54的电流）判定抽头变换是否正确进行的时间窗口。映射288中所存储的经过时间数值可以以毫秒为单位。就此而言，注意到监视系统134被编程为控制伺服电机124以在两个时间周期（即1秒和2秒）之一中执行抽头变换。因此，映射288针对1秒抽头变换或2秒抽头变换而包括以上所描述操作的数据。然而，映射288的数值可以在制造抽头变换器10的工厂中或者在抽头变换器10停机维护时由授权维护人员在现场从针对1秒抽头变换的那些数值而变化为针对2秒抽头变换的那些数值，反之亦然。在本发明的另一个实施例中，映射288针对1秒抽头变换和2秒抽头变换二者包括以上所描述操作的数据，并且用户可以通过HMI146或者从远程位置选择1秒抽头变换或2秒抽头变换。
应当注意的是，除了映射288之外，电机轴174针对1秒抽头变换和/或2秒抽头变换的旋转速度也存储在存储器272中。此外，被用来实施电子硬性停止的正和负反馈单位被存储在存储器272中。如以下更为详细描述的，所存储的用于所编程/选择的抽头变换（1或2秒）的速度在断开到伺服驱动126的电力的情况下被提供至伺服驱动126（即，速度寄存器189）。类似地，同样如以下更为详细描述的，用于实施电子硬性停止的正和负反馈单位在断开到伺服驱动126的电力的情况下被提供至伺服驱动126（即，分别提供至正停止寄存器190和负停止寄存器191）。
监视系统134执行软件实施的用于监视和控制抽头变换组件12的操作的例程。这些例程的软件代码存储在监视系统134的存储器272中并且由微处理器270所执行。例程之一是电力恢复例程290（图19所示），其在到监视系统134和/或伺服驱动126的电力被断开并且随后被恢复时实施。如以上所阐述的，当失去到伺服驱动126的电力时，速度寄存器189、正停止寄存器190、负停止寄存器191和反馈寄存器192中所存储的所有数据都丢失，并且在电力恢复时寄存器中的数值被设置为零。当到监视系统134的电力在电力故障之后恢复时，在电力恢复例程290的步骤292中自动开始引导程序。该引导程序执行启动过程，其包括：（i）从存储器272读取参数，（ii）建立与伺服驱动126的通信，（iii）建立与MTAE264的通信，（iv）基于来自MTAE264的信息确定抽头变换组件12的当前抽头位置，（v）设置事件日志，以及（vi）将表示当前抽头位置的4-20mA信号输出到用于变压器的自动电压调节器。虽然建立了与伺服驱动126的通信，但是监视系统134并不向伺服驱动126提供H/W使能信号或NMS使能信号。
一旦引导程序完成运行，步骤294进入上电状态。该上电状态具有由开关所确定的四个子状态或模式：本地、手动曲柄、远程和关闭。来自开关的三个输入（本地、手动和远程）彼此排斥。如果这三个输入都未被声明，则进入“关闭”子状态。
在监视系统134进入上电状态之后，在步骤296确定监视系统134是否处于本地模式或远程模式。如果监视系统134处于本地模式或远程模式，则例程290进行至步骤298，其中H/W使能信号通过驱动接口202而经由数字输入被传送至伺服驱动126。在步骤298之后，监视系统134进行至步骤300，其中MTAE264所测量的第一侧轴232的位置（0-360°以及旋转数量）被转换为反馈设备180所测量的电机轴174的位置单位（例如，计数），即电机轴174的位置单元根据MTAE264所输出的位置进行计算。所计算的位置单位随后在步骤302通过CAN总线200被传送至伺服驱动126，并且被存储在其中的反馈寄存器192中。同样在步骤302中，电机轴174的旋转速度的数值以及用于实施电子硬性停止的正和负反馈单位通过CAN总线200被传送至伺服驱动126并且分别存储在速度寄存器189、正停止寄存器190和负停止寄存器191中。接下来，监视系统134进行至步骤306，其中例程290使用来自MTAE264的信息确定抽头变换组件12是否在抽头之外，即处于抽头之间。如果抽头变换组件12并未在抽头之外，则监视系统134进行至步骤308。然而如果抽头变换组件12在抽头之外，则监视系统134进入步骤310，在该步骤中，监视系统134确定抽头变换组件12是否处于PONR之前或者处于PONR处或其之后。如果抽头变换组件12处于PONR之前，则监视系统134在步骤312通过CAN总线200向伺服驱动126发送指令以控制伺服电机124将抽头变换组件12移动回之前的抽头。如果抽头变换组件12处于PONR处或其之后，则监视系统134在步骤314通过CAN总线200向伺服驱动126发送指令以控制伺服电机124将抽头变换组件12向前移动至下一个抽头。在步骤312或314之后，监视系统134进行至步骤316，其中监视系统134对伺服驱动126进行轮询以确定抽头变换组件12的移动是否完成。如果是，则监视系统134进行至步骤308，其中通过驱动接口202经由数字输入将NMS使能信号传送至伺服驱动126。此时，根据具体情况，抽头变换组件12处于上电-远程模式-正常操作或者上电-本地模式-正常操作。
如果仅有伺服驱动126丢失了电力，则引导程序并不开始并且电力恢复例程在步骤298开始。
还应当注意的是，当监视系统134处于手动曲柄模式或者关闭模式并且随后变为本地模式或远程模式时，监视系统134执行步骤298及后续步骤。无论是否存在电力故障都会如此进行。
除了执行电力恢复例程290之外，监视系统134还执行监督每个抽头变换操作的监视例程320。监视系统134使用存储器272中所存储的抽头变换映射288、来自MTAE264的第一侧轴232的位置以及来自VI监视系统265的信息来执行监视例程320。当作出用于抽头变换的命令时（例如，从降低/升高开关152发出升高命令），监视系统134首先在步骤322确定是否从有效抽头位置开始抽头变换。如果抽头变换组件12在抽头之外，则监视系统134进行至步骤323，其中监视系统134使得去往伺服驱动126的NMS使能信号无效并且随后回到例程290并执行步骤310和后续步骤。在步骤308完成时，监视系统134返回例程320并且随后允许抽头变换得以进行而在操作B中断开旁通开关（66或68）。如果抽头变换组件在步骤322中被确定处于抽头上，则监视系统134允许抽头变换直接得以进行而在操作B中断开旁通开关（66或68）。监视系统134在步骤324中确定旁通开关（66或68）是否已经在从抽头变换开始起的预定时间周期内断开（如从第一侧轴232的位置所确定的）。如果旁通开关已经及时打开，则监视系统134进行至步骤326，其中监视系统134确定电流是否流过所有真空中断器54。如果电流流过所有真空中断器54，则监视系统134允许抽头变换得以进行以在操作C中断开真空中断器54的触头。监视系统134在操作328中确定真空中断器54的触头是否已经在旁通开关（66或68）断开起的预定时间段内被断开（如从第一侧轴232的位置所确定的）。如果真空中断器54的触头已经及时断开，则监视系统134进行至步骤330以确定是否没有电流流过任何真空中断器54。如果真空中断器54的触头已经及时断开并且没有电流流过真空中断器54，则监视系统134允许抽头变换继续将第一触头臂58或第二触头臂60移动至下一个抽头并且闭合真空中断器54的触头。在步骤332，监视系统134确定电流是否在从真空中断器54的触头闭合起的预定时间周期内流过真空中断器54（如从第一侧轴232的位置所确定的）。如果电流在从真空中断器54的触头闭合起的预定时间周期内流过真空中断器54，则监视系统134允许抽头变换继续闭合旁通开关（66或68）。在步骤334，监视系统134确定旁通开关（66或68）是否已经在从真空中断器54的触头闭合起的预定时间周期内闭合（如从第一侧轴232的位置所确定的）。如果旁通开关（66或68）已经及时闭合，则监视系统134在步骤336确定抽头变换已经成功完成。
如果在上述监视例程320期间，有任何确定是否定的，则监视系统134将首先停止抽头变换并且根据否定决定处于何处而回到起始抽头或者完成抽头变换，并且随后将锁定伺服驱动126。如果确定在步骤332或其之后是否定的，则监视系统134将在步骤338指示伺服驱动126完成抽头变换，并且随后在步骤340锁定伺服驱动126。如果确定在步骤330或之前是否定的，则监视系统134将在步骤334指示伺服驱动126停止抽头变换并且回到起始抽头并随后在步骤346锁定伺服驱动126。
在监视例程320中的每次确定之后，监视系统134在描述确定结果的事件日志中形成条目。对于一些否定确定，监视系统134将在该条目中包括该问题的可能原因。例如，如果在步骤324中存在否定确定，则监视系统134将在事件日志条目中包括存在旁通开关故障。
在抽头变换已经成功执行之后，监视系统134监视伺服驱动126以确保伺服驱动126将伺服电机124保持在适当位置以便保持当前的抽头位置。如果监视系统134看到伺服驱动126的输出在预定偏移量内移动，则监视系统134将把伺服驱动126的输出移动回去。然而，如果伺服驱动126的输出超出了预定偏移量，则监视系统134将发出警报并且锁定伺服驱动126。
替代监视例程320，可以实施其它例程来监视抽头变换操作。例如，在另一个实施例中，可以实施如图21所示的监视例程420。当作出进行抽头变换的命令时（例如，从降低/升高开关152发出了升高命令），则监视系统134首先在步骤422确定抽头变换是否从有效抽头位置开始。如果抽头变换组件12在抽头之外，则监视系统134进行至步骤423，其中监视系统134使得去往伺服驱动126的NMS使能信号无效并且随后回到例程290并执行步骤310和后续步骤。在步骤308完成时，监视系统134返回例程420并且随后允许抽头变换得以进行而断开旁通开关（66或68）。如果抽头变换组件在步骤422中被确定处于抽头上，则监视系统134抽头变换直接得以进行而在操作B中断开旁通开关（66或68）。在步骤424，监视系统134确定是否在操作B和C之间的时段中的最小时间量内通过所有真空中断器54检测到电流。如果在最小时间量内通过所有真空中断器54检测到电流，则监视系统134允许抽头变换得以进行以在操作C中断开真空中断器54的触头。在步骤426，监视系统134确定是否在操作C和D之间的时段未检测到通过所有真空中断器54的电流。如果没有通过所有真空中断器54检测到电流，则监视系统134允许抽头变换得以进行以在操作D中断开第一触头臂58或第二触头臂60，即在抽头变换中将第一触头臂58或第二触头臂60移动离开起始抽头（起始静止触头56）。在步骤428，监视系统134确定是否在操作D和E之间的时段中没有通过所有真空中断器54检测到电流。如果没有通过所有真空中断器54检测到电流，则监视系统134将允许抽头变换得以进行以在操作E中闭合第一触头臂58或第二触头臂60，即在抽头变换中移动第一触头臂58或第二触头臂60以与终止抽头（终止静止触头56）相接合。在操作430，监视系统134确定是否在操作E和F之间的时段中没有通过所有真空中断器54检测到电流。如果没有通过所有真空中断器54检测到电流，则监视系统134将允许抽头变换得以进行以在操作F中闭合真空中断器54的触头。在操作432，监视系统134确定是否在操作F和G之间的周期中的最小时间量内通过所有真空中断器54检测到电流。如果在最小时间量内通过所有真空中断器54检测到电流，则监视系统134允许抽头变换得以进行以在操作G中闭合旁通开关（66或68）并且在操作H中完成抽头变换。在步骤436，监视系统134确定整个抽头变换是否在所要求的时间量内完成，该所要求的时间量对于1秒抽头而言稍小于1秒并且对于2秒抽头而言稍小于2秒。如果抽头变换及时完成，则监视系统134在步骤438确定抽头变换成功完成。如果抽头变换并未及时完成，则监视系统134在步骤442确定存在问题并且锁定伺服驱动126。
如果在上述监视例程420期间，有任何确定是否定的，则监视系统134将首先停止抽头变换并且根据否定决定处于何处而回到起始抽头或者完成抽头变换，并且随后将锁定伺服驱动126。如果确定在步骤428或其之后是否定的，则监视系统134将在步骤440指示伺服驱动126完成抽头变换，并且随后在步骤442锁定伺服驱动126。如果确定在步骤426或之前是否定的，则监视系统134将在步骤444指示伺服驱动126停止抽头变换并且回到起始抽头并随后在步骤446锁定伺服驱动126。
不同于监视例程320，监视例程420并不在抽头变换的执行期间检查操作时序。例程420仅在其结束时在步骤436检查抽头变换的总时序。应当意识到的是，例程420可以进行修改以进一步包括抽头变换执行期间的一个或多个时序检查。例如，可以在PONR之前进行时序确定，诸如真空中断器54的触头是否在操作C中在操作A中的抽头变换开始的预定时间量内被断开。如果真空中断器54的触头并未在预定时间量内断开，则监视系统134将进行至步骤444并且随后在步骤446锁定伺服驱动126。除此之外或可替换地，可以在PONR之后进行时序确定。例如，可以确定真空中断器54的触头是否在操作E中第一触头臂58或第二触头臂60闭合的预定时间量内在操作F中被闭合。如果真空中断器54的触头并未在预定时间量内闭合，则监视系统134将进行至步骤440并且随后在步骤442锁定伺服驱动126。
在例程320、420的上述描述中，所提到的监视系统134允许抽头变换在确认之后继续进行并不应当被理解为表示抽头变换过程在抽头变换过程继续进行之前等待监视系统134进行其决定。抽头变换以持续方式进行并且监视系统134在各个操作之间的时间增量内进行其确定。抽头变换仅在检测到错误的情况下才会停止。
除了监视例程320或420之外，监视系统134还执行其它监视活动。例如，监视例程134持续监视由MTAE264所测量的第一侧轴232的位置以及由反馈设备180所测量的电机轴174的位置。如果两个测量并不匹配（在转换之后），则监视系统134将生成警报并锁定伺服驱动126（在允许抽头变换继续进行或者移动回起始抽头之后，视情况而定）。监视系统134还监视来自VI监视系统265的三个信号以确保这三个信号之间的脉冲偏移量（在电流流动时）对应于相位之间的120°差值。如果它们并非如此，则监视系统134将生成警报。除了生成警报之外，如以上所描述的，监视系统134还可以锁定伺服驱动126。
监视系统134所执行的另一操作是返回中性操作。能够在监视系统134处于本地模式或远程模式时执行返回中性操作。当开始该操作时，监视系统134使得伺服驱动126将抽头变换组件12移动中中性位置，而无论抽头变换组件12当前是否就位。返回中性操作可以由操作人员致动摆动板138上的返回中性开关150而发起，或者通过激活位于诸如控制室或附近控制柜的远程位置的返回中性开关而发起。
监视系统134所执行的另外的操作是点动（jog）操作，其仅在监视系统134处于本地模式时执行。点动操作结合降低/升高操作一起执行，其将被首先进行描述。降低/升高操作可以以连续方式执行（该连续模式为默认）或者以逐步方式执行。当监视系统134处于本地模式时，降低/升高操作可以使用摆动板138上的降低/升高开关152来执行，或者在监视系统134处于远程模式时使用远程位置的降低/升高开关来执行。当降低/升高开关以连续方式被致动时，只要该开关被保持在致动位置，抽头变换组件12就持续进行抽头变换（以根据开关被致动至降低或升高而降低或升高跨初级绕组34的电压）。当降低/升高开关以逐步方式被致动时，无论该开关被保持在致动位置多久，抽头变换组件12也进进行一次抽头变换（以根据开关被致动至降低或升高而降低或升高跨初级绕组34的电压）。为了进行另一次抽头变换，开关必须被移动至其关闭状态并且再次被致动至升高或降低。点动操作由操作人员首先在HMI146中致动点动按钮并且随后致动摆动板138上的降低/升高开关152而被发起。当发起点动操作时，监视系统134使得伺服电机126以比执行正常升高/降低操作时明显更慢的速率移动伺服电机124。作为比较，电机轴174的速度在1秒抽头变换期间为1300RPM并且在2秒抽头变换期间为650RPM。在点动操作期间，电机轴174的速度大约为150RPM。因此，电机轴174的速度在点动操作期间大约比1秒抽头变换慢8.6倍。
监视系统134所执行的又另一中操作是变压器匝数比（TTR）操作。TTR操作能够在监视系统134处于本地模式或远程模式时执行。当发起TTR操作时，监视系统134使得伺服电机126出于测试的目的通过预定顺序的抽头变换来移动抽头变换组件。预定顺序可以是从中性到16R，随后返回中性接着为1-16L，或者仅从中性到16R，或者仅从中性到16L，或者其它一些顺序。如点动操作一样，TTR操作结合降低/升高操作一起执行。更具体地，首先致动HMI146中的TTR按钮或远程位置的TTR按钮。随后摆动板138上的降低/升高开关或远程降低/升高开关被致动。无论降低/升高开关是否被致动以升高或降低，监视系统134都使得伺服电机126通过预定顺序的抽头变换来移动抽头变换组件12。
所要理解的是，以上（多个）示例性实施例的描述仅是意在作为本发明的说明而非穷举。本领域技术人员能够对所公开主题的（多个）实施例进行增加、删除和/或修改而并不背离如所附权利要求所限定的本发明的精神及其范围。

Claims (24)

1.一种用于在变压器绕组中进行抽头变换的有载抽头变换器，所述有载抽头变换器包括：
抽头变换模块，连接至所述变压器绕组并且包括旁通开关组件、真空中断器组件和选择器开关组件；
伺服电机，所述伺服电机包括：
电机轴，连接至所述抽头变换模块并且在旋转时可操作以使得所述抽头变换模块执行实施抽头变换的操作序列；
反馈设备，可操作以生成包含与所述电机轴的位置相关的信息的反馈信号；以及
伺服驱动，连接至所述伺服电机以接收所述反馈信号，所述伺服驱动使用所述反馈信号来确定并存储所述电机轴的总角位移，所述伺服驱动使用所述反馈信号和所述电机轴的所述总角位移来控制所述伺服电机的操作。
2.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述伺服驱动存储最大角位移并且其中所述伺服驱动在所述电机轴的所述总角位移达到最大角位移时自动停止所述电机轴的旋转。
3.根据权利要求2所述的有载抽头变换器，其中所述最大角位移是第一最大角位移并且针对所述电机轴的第一旋转方向；
其中所述伺服驱动存储针对所述电机轴的第二旋转方向的第二最大角位移；
其中所述伺服驱动在所述电机轴在所述第一方向上的总角位移达到所述第一最大角位移时自动停止所述电机轴的旋转；并且
其中所述伺服驱动在所述电机轴在第二方向上的总角位移达到所述第二最大角位移时自动停止所述电机轴的旋转。
4.根据权利要求3所述的有载抽头变换器，其中所述变压器绕组是通过切换开关连接至主绕组的调节绕组，所述切换开关允许在跨所述主绕组的电压上加上或者从跨所述主绕组的电压中减去跨所述调节绕组的电压以生成跨所述调节绕组和所述主绕组的总电压。
5.根据权利要求4所述的有载抽头变换器，其中所述电机轴在所述第一方向上的旋转将所述切换开关移动至上升位置，这使得所述电机轴在所述第一方向上的后续旋转实现升高跨所述调节绕组和所述主绕组的总电压的抽头变换，而所述电机轴在所述第二方向上的旋转将所述切换开关移动至降低位置，这使得所述电机轴在所述第二方向上的后续旋转实现降低跨所述调节绕组和所述主绕组的总电压的抽头变换。
6.根据权利要求5所述的有载抽头变换器，其中所述选择器开关组件包括一对选择器开关和多个连接至所述调节绕组的抽头的固定触头，所述固定触头以圆形布置并且包括中性触头、最大升高触头和最大降低触头，所述选择器开关均能够绕所述圆形的中心轴线旋转从而移动以与不同的所述固定触头相接合；
其中在所述电机轴在所述第一方向上的旋转将所述切换开关移动至所述上升位置之后，所述电机轴在所述第一方向上的后续旋转使得所述选择器开关在第一开关方向上从与所述中性固定触头相接合旋转至与所述固定触头的其它固定触头相接合，由此执行升高跨所述调节绕组和所述主绕组的总电压的抽头变换；并且
其中在所述电机轴在所述第二方向上的旋转将所述切换开关移动至所述降低位置之后，所述电机轴在所述第二方向上的后续旋转使得所述选择器开关在第二开关方向上从与所述中性固定触头相接合旋转至与所述固定触头的其它固定触头相接合，由此执行降低跨所述调节绕组和所述主绕组的所述总电压的抽头变换。
7.根据权利要求5所述的有载抽头变换器，其中当所述选择器开关在所述第一开关方向上的旋转之后与所述最大升高触头相接合时，所述调节绕组向跨所述主绕组的电压增加最大电压量；
其中当所述选择器开关在所述第二开关方向上的旋转之后与所述最大降低触头相接合时，对应的调节绕组从跨所述主绕组的电压减去最大电压量；
其中当所述伺服驱动在所述电机轴在所述第一方向上的所述总角位移达到所述第一最大角位移而停止所述电机轴的旋转时，所述伺服驱动防止所述选择器开关在所述第一开关方向上被移动实质上超出所述最大升高触头；并且
其中当所述伺服驱动在所述电机轴在所述第二方向上的所述总角位移达到所述第二最大角位移而停止所述电机轴的旋转时，所述伺服驱动防止所述选择器开关在所述第二开关方向上被移动实质上超出所述最大降低触头。
8.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，进一步包括：
传输轴，将所述电机轴连接至所述抽头变换模块；
手动曲柄齿轮，固定至所述传输轴；以及
起动设备，与所述手动曲柄齿轮相接合，所述起动设备具有插槽，所述插槽具有设置于其中的连接器，所述连接器被适配为与曲柄手柄末端相接合；并且
其中所述连接器的旋转使得所述起动设备旋转所述手动曲柄齿轮并且因此旋转所述传输轴。
9.根据权利要求8所述的有载抽头变换器，进一步包括接近于所述起动设备安装的开关，所述开关连接至所述伺服驱动并且具有开关手柄，其中所述开关手柄在至少第一位置和第二位置之间可移动，在所述第一位置中，所述开关手柄使得所述开关断开到所述伺服驱动的电力，并且在所述第二位置中，所述开关手柄使得所述开关将电力连接至所述伺服驱动；以及
阻挡结构，连接至所述开关手柄从而可随之移动，所述阻挡结构在所述开关手柄处于所述第二位置时阻止对所述插槽的访问，并且在所述开关手柄处于所述第一位置时允许对所述插槽进行访问。
10.根据权利要求9所述的有载抽头变换器，其中所述阻挡结构是具有通过其延伸的孔的板，所述孔在所述开关手柄处于所述第一位置时与所述插槽对准，并且所述孔在所述开关手柄处于所述第二位置时不与所述插槽对准。
11.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，进一步包括：
传输轴，将所述电机轴连接至所述抽头变换模块；
第一阻挡结构，连接至所述传输轴以便随之旋转；
第一齿轮，连接至所述传输轴以便在所述传输轴旋转时进行旋转；
第二阻挡结构，在接合位置和非接合位置之间可移动，在所述接合位置中，所述第二阻挡结构处于其能够被所述第一阻挡结构所接触的位置，在所述非接合位置中，所述第二阻挡结构不能够被所述第一阻挡结构所接触；
硬性停止致动器，连接至所述第一齿轮和所述第二阻挡结构，所述硬性停止致动器可操作以在所述传输轴旋转预定数量之后，将所述第二阻挡结构从所述非接合位置移动至所述接合位置；并且
其中所述传输轴在所述预定数量之后的继续旋转导致所述第一阻挡结构与所述第二阻挡结构相接触，由此防止所述传输轴的进一步旋转。
12.根据权利要求11所述的有载抽头变换器，其中所述硬性停止致动器包括：
凸轮，固定至所述第一齿轮以便随之旋转，所述凸轮限定了具有径向内部和径向外部的环状凹槽；
臂，具有枢轴安装至支撑件的第一末端部分和固定至所述第二阻挡结构的第二末端部分，所述臂可枢轴旋转以在所述非接合位置和所述接合位置之间移动所述第二阻挡结构；
凸轮从动件，固定至所述臂并且设置在所述凸轮的所述环状凹槽中；并且
其中所述凸轮从动件在所述环状凹槽的所述径向内部和所述径向外部之间的相对移动使得所述臂在所述接合位置和所述非接合位置之间移动所述第二阻挡结构。
13.根据权利要求11所述的有载抽头变换器，其中所述变压器绕组是通过切换开关连接至主绕组的调节绕组，所述切换开关允许在跨所述主绕组的电压上加上或者从跨所述主绕组的电压中减去跨所述调节绕组的电压以生成跨所述调节绕组和所述主绕组的总电压；
其中所述第一阻挡结构和所述第二阻挡结构在已经进行了预定数量的抽头变换以增加跨所述调节绕组和所述主绕组的电压之后彼此接触；并且
其中所述第一阻挡结构和所述第二阻挡结构在已经进行了预定数量的的抽头变换以减小跨所述调节绕组和所述主绕组的电压之后彼此接触。
14.根据权利要求13所述的有载抽头变换器，其中所述伺服驱动存储第一最大角位移和第二最大角位移；
其中所述伺服驱动在所述电机轴在第一方向上的所述总角位移达到所述第一最大角位移时自动停止所述电机轴的旋转；
其中所述伺服驱动在所述电机轴在第二方向上的所述总角位移达到所述第二最大角位移时自动停止所述电机轴的所述旋转；
其中所述电机轴在所述第一方向上的所述总角位移在已经进行了预定数量的抽头变换以增加跨所述调节绕组和所述主绕组的电压之后达到所述第一最大角位移；并且
其中所述电机轴在所述第二方向上的所述总角位移在已经进行了预定数量的抽头变换以减小跨所述调节绕组和所述主绕组的电压之后达到所述第二最大角位移。
15.根据权利要求14所述的有载抽头变换器，其中所述电机轴在所述第一方向上的所述总角位移在所述第一阻挡结构和所述第二阻挡结构彼此接触之前达到所述第一最大角位移；并且
其中所述电机轴在所述第二方向上的所述总角位移在所述第一阻挡结构和所述第二阻挡结构彼此接触之前达到所述第二最大角位移。
16.根据权利要求11所述的有载抽头变换器，进一步包括：
手动曲柄齿轮，固定至所述传输轴并且与所述第一齿轮相接合，所述第一阻挡结构固定至所述手动曲柄齿轮的下侧；
起动设备，与所述手动曲柄齿轮相接合，所述起动设备具有插槽，所述插槽具有设置于其中的连接器，所述连接器被适配为与曲柄手柄的末端相接合；并且
其中所述连接器的旋转使得所述起动设备旋转所述手动曲柄齿轮并且因此旋转所述传输轴。
17.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述反馈设备是分解器。
18.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述反馈设备是多匝绝对编码器。
19.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，其中所述伺服驱动存储在预定时间段内执行抽头变换所需的所述电机轴的旋转速度。
20.根据权利要求19所述的有载抽头变换器，其中所述预定时间段为一秒。
21.根据权利要求19所述的有载抽头变换器，其中所述预定时间段为两秒。
22.根据权利要求19所述的有载抽头变换器，其中所述预定时时段可以由用户通过连接至所述伺服驱动的人机接口来改变。
23.根据权利要求1所述的有载抽头变换器，进一步包括可操作以确定所述电机轴的所述总角位移的反馈系统；并且
其中所述反馈系统在所述伺服驱动中所存储的所述电机轴的所述总角位移的数值丢失的情况下，将所述电机轴的所述总角位移传送至所述伺服驱动。
24.根据权利要求23所述的有载抽头变换器，其中所述反馈设备是分解器并且其中所述反馈系统包括多匝绝对编码器。
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