CN105938755A - 变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法，干燥装置包括外壳、上导热管、下导热管、保温盒、电热丝、加热电路，所述保温盒、加热电路位于外壳内，所述电热丝位于保温盒内，所述上导热管的一端与呼吸器硅胶盅的上接口相通，上导热管的另一端与保温盒的上部相通，所述下导热管的一端与呼吸器硅胶盅的下接口相通，所述下导热管的另一端与保温盒的下部相通，所述加热电路包括整流桥D、稳压电容C、电力场效应管Q1、控制单元8、功率驱动单元9、温度传感器10，本发明在变压器呼吸器运行过程中能对呼吸器里面用于干燥的硅胶进行烘干除湿，则可以避免更换硅胶的工序，既保证变压器正常运行，又降低运行费用、提高工作效率。

Description

变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法

技术领域

本发明涉及一种变压器，尤其涉及一种变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法，属于电力设备技术领域。

背景技术

变电站中变压器呼吸器是变压器的一个重要部分，在日常运行维护过程中要保持呼吸器里面干燥剂能够具备除湿的功能，经常要对呼吸器里面的用于除湿的硅胶进行更换，现有的更换过程，需要拧下螺丝取下硅胶盅，拧下油杯，倒出原硅胶，注入新硅胶，最后还要将硅胶盅和油杯拧回原位，整个过程要持续至少半个小时，而且存在密封效果不好的情况，油杯和硅胶盅也有被损坏的危险。如果在变压器呼吸器运行过程中能对呼吸器里面用于干燥的硅胶进行烘干除湿，则可以避免更换硅胶的工序，既保证变压器正常运行，又降低运行费用、提高工作效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法，解决现有技术更换变压器呼吸器硅胶费时费力，易损坏油杯和硅胶盅，运行工作效率不高的问题。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

一种变压器呼吸器硅胶干燥装置，包括外壳1、上导热管2、下导热管3、保温盒4、电热丝5、加热电路6，所述保温盒4、加热电路6位于外壳1内，所述电热丝5位于保温盒4内，所述上导热管2的一端与呼吸器硅胶盅7的上接口相通，上导热管2的另一端与保温盒4的上部相通，所述下导热管3的一端与呼吸器硅胶盅7的下接口相通，所述下导热管3的另一端与保温盒4的下部相通，所述加热电路6包括整流桥D、稳压电容C、电力场效应管Q1、控制单元8、功率驱动单元9、温度传感器10，所述温度传感器10的探头置于呼吸器硅胶盅7内，所述整流桥D的交流输入端接交流电，整流桥D的直流输出端的一端接电力场效应管Q1的源极，所述电力场效应管Q1的漏极接电热丝5的一端，所述电热丝5的另一端接整流桥D直流输出端的另一端，所述稳压电容C并联于整流桥D直流输出端的两端，所述温度传感器10与控制单元8连接，将呼吸器硅胶盅7内温度信号输入控制单元8，所述控制单元8与功率驱动单元9连接，控制单元8将PWM波信号输送给功率驱动单元9，所述功率驱动单元9将PWM波信号放大后送至电力场效应管Q1的栅极。

一种变压器呼吸器硅胶干燥装置的控制方法，包括：

将硅胶的烘干温度上升并保持在120℃，整个烘干过程分成三个阶段，依次分别为线性加热阶段、曲线烘干阶段、保温阶段，线性加热阶段快速升温，线性加热阶段、曲线烘干阶段的转折温度是90℃，线性加热阶段温度上升至90℃以后进入曲线烘干阶段，曲线烘干阶段烘干温度缓慢接近于目标温度，保温阶段将烘干温度保持在120℃。

本发明的目的还可以通过以下技术措施来进一步实现：

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电热丝5为5BN门型7环钨绞丝电热丝。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中整流桥D型号为MDQ200A。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中温度传感器10为DS18B20型数字温度计。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电力场效应管Q1的型号为IRFPS35N50L，功率驱动单元9为IR2110MOSFET驱动芯片。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中控制单元8为MPS430F149单片机。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：变压器呼吸器运行过程中能对呼吸器里面用于干燥的硅胶进行烘干除湿，则可以避免更换硅胶的工序，既保证变压器正常运行，又降低运行费用、提高工作效率。针对烘干可能存在不均匀的情况，采用除湿干燥控制策略将硅胶的除湿温度保持在120摄氏度，除湿效果最佳，采用MPS430F149单片机进行控制，输出PWM波，可以有效避免温度过高或者过低。

附图说明

图1是本发明的结构图；

图2是本发明电路原理图；

图3是控制单元的MPS430F149单片机电路图；

图4是功率驱动单元电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，变压器呼吸器硅胶干燥装置，包括外壳1、上导热管2、下导热管3、保温盒4、电热丝5、加热电路6，所述保温盒4、加热电路6位于外壳1内，所述电热丝5位于保温盒4内，所述上导热管2的一端与呼吸器硅胶盅7的上接口相通，上导热管2的另一端与保温盒4的上部相通，所述下导热管3的一端与呼吸器硅胶盅7的下接口相通，所述下导热管3的另一端与保温盒4的下部相通，如图2所示，所述加热电路6包括整流桥D、稳压电容C、电力场效应管Q1、控制单元8、功率驱动单元9、温度传感器10，所述温度传感器10的探头置于呼吸器硅胶盅7内，所述整流桥D的交流输入端接交流电，整流桥D的直流输出端的一端接电力场效应管Q1的源极，所述电力场效应管Q1的漏极接电热丝5的一端，所述电热丝5的另一端接整流桥D直流输出端的另一端，所述稳压电容C并联于整流桥D直流输出端的两端，所述温度传感器10与控制单元8连接，将呼吸器硅胶盅7内温度信号输入控制单元8，所述控制单元8与功率驱动单元9连接，控制单元8将PWM波信号输送给功率驱动单元9，所述功率驱动单元9将PWM波信号放大后送至电力场效应管Q1的栅极。

所述外壳1为铁皮外壳，上方链接有手提带，用于人工携带。所述上导热管2、下导热管3内有保温锡纸包裹，外包塑料套管，两头接口是由金属螺旋套和橡皮垫圈组成，与硅胶盅和便携式干燥装置上的对应的螺口配套。连接时，只需将金属螺旋套对应好螺口拧紧，就可保证良好的密闭性。其中接上接口的传热导管保温锡纸和塑料套管之间放置着可耐125℃高温的温度传感器导线，温度传感器连接在上接头传热导管的温度传感器导线处，温差传感器的探头可以深入到硅胶盅里面。所述保温盒4内置于便携式干燥装置中，内置有电热丝和两个加热孔。保温盒主要作用是保证电热丝发出的热量传导方向绝大部分流向传热导管。

如图3所示，本发明的变压器呼吸器硅胶干燥装置的控制单元8为MPS430F149单片机，电压2.2V、时钟频率1MHz时，活动模式为200μA；关闭模式时仅为0.1A，且具有5种节能工作方式。包括基本时钟模块、看门狗定时器、带3个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、带7个捕获/比较寄存器和PWM输出的16位定时器、2个具有中断功能的8位并行端口、4个8位并行端口、模拟比较器、12位A/D转换器、2个串行通信接口等模块。

电力场效应管Q1的型号为IRFPS35N50L，通过对其栅极的控制，来导通和关闭直流加热烘干回路。如图4所示，功率驱动单元9为IR2110 MOSFET驱动芯片，用来将MPS430单片机发出的PWM波进行功率放大，驱动IRFPS35N50L功率元件，功率驱动单元9的HIN引脚和SD引脚分别接MPS430F149中的P4.0和P3.7引脚，所需直流电源均为外部开关电源供电。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电热丝5为5BN门型7环钨绞丝电热丝，直接串联在整流过后的直流回路中，具有很高的电热转换效率。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中整流桥D型号为MDQ200A。

前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中温度传感器10为DS18B20型数字温度计，测量温度范围在－55℃到+125℃之间，只要求一个端口即可实现通信，MPS430F149中的P6.1端口能要求。

将硅胶的除湿温度保持在120摄氏度，除湿效果将最佳，采用MPS430F149单片机进行控制，输出PWM波，新型加热算法，可以有效避免避免温度过高或者过低。

为了得到理想的烘干除湿过程，保证烘干过程快速并且不会过热而导致硅胶发生不可逆反的变化，可将整个烘干过程分成三个过程。第一过程为线性加热过程，主要为了快速升温；第二个过程为曲线烘干过程，让温度曲线接近于标准温度，此时而不升温过快，可将曲线近似于3次方程；第三个过程为保温过程，让温度在120℃范围左右，波动小。可以看出算出第一过程和第二过程的转折温度是重点，在知道起始温度和最终温度的条件下需要求出转折温度。

这个阶段近似为线性加热过程，可列成关于时间的一次方程，

T＝(T₁-T₀)t/t₁+T₀ 0＜t≤t₁

其中T₀为加热前的初始温度,T₁为线性加热的末段温度。ΔT为单位时间内加热装置提升的温度。Δt₁为第一阶段加热的时间，t₁为线性加热到末段温度时的时刻，t为线性加热过过程从起始到末端其中的某个时刻。

第二阶段近似于y＝ax³+b的关于时间的三次方程，可获得下列方程，

$\left\{\begin{array}{c}{T}_1=a{(t_2-t_1)}^3+b\\ T_2=a{(t_2-t_1)}^3+b\end{array}\right.,t_1<t\&le;t_2$

对上式进行推导可以得到

T₂为第二阶段加热的末段温度，t₁为线性加热到末段温度时的时刻，t₂为第二阶段加热到末段温度时的时刻，a为三次方程系数，b为三次方程常数。

因为线性加热的末端与第二阶段加热的初始段连接，线性加热末端温度T₁可以用于第二阶段的表达式中。

可以得出，在第二阶段的任何一个温度

温度正比于热能，对上式两个阶段，进行求导可得功率P：

P＝(T₁-T₀)/t₁ 0＜t≤t₁

$P=3\frac{T_2-T_1}{{(t_2-t_1)}^3}{(t-t_2)}^2,t_1<t\&le;t_2$

由于烘干装置将用数字芯片进行控制，需要将模拟量转化为数字量，ΔT为从t₁到t_n时刻温度差。N为MPS430发出一个周期内PWM的次数。可以看出当N数值足够大时，线性烘干和曲线烘干所用时间相等时，曲线烘干增加的温度为线性烘干的温度的1/3，其中P₀为连续加热功率。

$\mathrm{\&Delta;}T=T_n-T_1=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}\frac{{(N-n)}^2}{N^2}{P}_0{T}_s$

$\underset{N\&RightArrow;\mathrm{\&infin;}}{\lim }\frac{\underset{n=0}{\overset{N-1}{\&Sigma;}}\frac{{(N-n)}^2}{N^2}{P}_{0}T}{{\mathrm{NP}}_0{T}_s}=\frac{1}{3}$

ΔT为从t₁到t_n时刻时间差。

从上述的公式推导可以看出，如果是从0℃烘干到120℃，就是当线性烘干到90℃时采用，采用曲线烘干，一直到120℃，然后采用保温模式。

第三阶段(保温模式)采用高频率的负反馈控制，设置当温度高于120.8℃时立即断开加热回路，温度低于120.2℃时立即闭合加热回路。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，包括外壳(1)、上导热管(2)、下导热管(3)、保温盒(4)、电热丝(5)、加热电路(6)，所述保温盒(4)、加热电路(6)位于外壳(1)内，所述电热丝(5)位于保温盒(4)内，所述上导热管(2)的一端与呼吸器硅胶盅(7)的上接口相通，上导热管(2)的另一端与保温盒(4)的上部相通，所述下导热管(3)的一端与呼吸器硅胶盅(7)的下接口相通，所述下导热管(3)的另一端与保温盒(4)的下部相通，所述加热电路(6)包括整流桥D、稳压电容C、电力场效应管Q1、控制单元(8)、功率驱动单元(9)、温度传感器(10)，所述温度传感器(10)的探头置于呼吸器硅胶盅(7)内，所述整流桥D的交流输入端接交流电，整流桥D的直流输出端的一端接电力场效应管Q1的源极，所述电力场效应管Q1的漏极接电热丝(5)的一端，所述电热丝(5)的另一端接整流桥D直流输出端的另一端，所述稳压电容C并联于整流桥D直流输出端的两端，所述温度传感器(10)与控制单元(8)连接，将呼吸器硅胶盅(7)内温度信号输入控制单元(8)，所述控制单元(8)与功率驱动单元(9)连接，控制单元(8)将PWM波信号输送给功率驱动单元(9)，所述功率驱动单元(9)将PWM波信号放大后送至电力场效应管Q1的栅极。

2.如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，所述电热丝(5)为5BN门型7环钨绞丝电热丝。

3.如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，所述整流桥D型号为MDQ200A。

4.如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，所述温度传感器(10)为DS18B20型数字温度计。

5.如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，所述电力场效应管Q1的型号为IRFPS35N50L，功率驱动单元(9)为IR2110MOSFET驱动芯片。

6.如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置，其特征在于，所述控制单元(8)为MPS430F149单片机。

7.一种如权利要求1所述的变压器呼吸器硅胶干燥装置的控制方法，其特征在于，包括：

将硅胶的烘干温度上升并保持在120℃，整个烘干过程分成三个阶段，依次分别为线性加热阶段、曲线烘干阶段、保温阶段，线性加热阶段快速升温，线性加热阶段、曲线烘干阶段的转折温度是90℃，线性加热阶段温度上升至90℃以后进入曲线烘干阶段，曲线烘干阶段烘干温度缓慢接近于目标温度，保温阶段将烘干温度保持在120℃。