一种基于旋转变压器的照明调压方法的研究_节能

路灯是我国经济发展和国家建设中必需的用电设备，它在我国的整体用电量中所占比例巨大。为实现节能照明，路灯主要有以下照明控制方式：降压方式、降流方式、移相控制方式等，目前广泛采用的是降压节电方式，这种方式通过降低供电电压不但可以节能，还可延长照明灯具的寿命，是一种较好的节能方式。但绝大多数照明调压装置无法实现无级调压，在电压切换过程中还会引起“闪断”，所以本文采用大功率旋转变压器作为调压装置，它能够实现大功率(最高承载功率165kW)、无级、无接触式调压节电，使用寿命也较普通调压装置要长许多（寿命约为15年）。
　　1大功率旋转变压器
　　旋转变压器是输出电信号与转子转角成某种函数关系的电感式角度传感元件。当励磁绕组以一定频率的交流电压励磁时，旋转变压器输出绕组的电压幅值与转子转角成正弦、余弦函数关系。基于旋转变压器的工作原理，本文提出通过通过调节转子角度来改变输出电压的方案。
　　由于旋转变压器在结构上保证了其定子和转子(旋转一周)之间空气间隙内磁通分布符合正弦规律，因此当励磁电压加到定子绕组上时，通过电磁耦合，转子绕组便产生感应电势。如图1为大功率旋转变压器结构示意图。
　　图1大功率旋转变压器结构示意图
　　当接线方式采用自耦式旋转变压器方案，如图2所示， 即为旋转变压器定子绕组的励磁电压 ， 为转子绕组中的感应电势， 是转子的转角，变压器的输出电压为 ，推导后得出 。
　　由上式可知，调节转子的转角 (-70°～70°)，就可以改变输出电压。
　　
　　图2定、转子接线方式
　　2照明调压控制
　　如何高精度控制旋转变压器，从而实现照明电压控制，需要设计一个控制系统，在这一控制系统中需要调节的参数包括输出电压、定转子温度、旋转角度等。
　　2.1输出电压控制
　　本系统中采用单片机控制步进电机从而带动旋转变压器的转子转动来实现输出电压控制。要通过步进电机来改变旋转变压器转子的角度，并且电压稳定精度需达到 0V，为了兼顾稳定性、转矩和功耗，步进电机选用4相8拍混合式步进电机，是家用空调步进电机。因为所选步进电机的步距角 ，旋转变压器转子的旋转角度设定为(-70°～70°)，调压范围是(-50V～50V)，考虑步进电机接收脉冲的误差是 个脉冲，所以整个调压系统的控制精度达到 ，即精度是 ,远小于技术要求中的 V，调压精度较高。
　　2.2旋转变压器定、转子温度控制
　　温升对旋转变压器的工作影响很大，直接影响其工作寿命，所以需要针对温升，及时启动冷却风机。
　　旋转变压器定、转子工作容许温度105℃，本设计中采用温敏磁控开关来实时测温。温敏磁控开关动作精度可达±1℃，滞后温度小于1℃，它本身又具有开关动作功能，结构简单可靠。
　　根据旋转变压器的工作情况，干簧温控开关应选择工作温度在-40～120℃的型号，它的最大交流开关电压是250V，最大工作电流（当工作在最高电压时）≤0.3A。干簧温控开关输出的开关量送给单片机，当测得旋转变压器定、转子温度大于105℃，单片机将驱动冷却风机运转降温，从而达到控温的目的，图3是温度控制框图。
　　
　　图3温度控制框图
　　2.3转子旋转角度控制
　　控制系统中调整角范围是-70°～70°，所以需要对转子的旋转角度范围加以控制，避免电机到了极限位置不停止运行，出现损坏。控制方法是在转子的接线夹上安装电涡流接近开关，在70°和-70°的极限位置设置一块铁片稍微高出平面，当转子转动到极限位置时，电涡流接近开关输出开关量给单片机，单片机控制旋转变压器的转子停转。如图4是角度控制示意图。
　　
　　图4角度控制示意图
　　3小结
　　本文提出了一种基于旋转变压器的照明调压方法，为路灯照明提供一种科学有效的节电方案，一台大功率旋转变压器可以控制一条线路的路灯，所以本文中的节电控制方法是针对每一条线上的路灯而言，若要控制多条线路的照明，还需添加远程通信控制系统。