CN109166702B - 分体绕线筒结构的开关电源变压器散热系统及散热方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热系统，包括开关电源变压器本体和散热监测单元，开关电源变压器本体包括外壳箱体、第一线圈组件、第二线圈组件和屏蔽筒，散热监测单元包括微控制器、监控终端、湿度传感器、风速传感器、计时器、温度传感器、散热器、报警模块和通信模块。本发明还公开了一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热方法。本发明采用分体式绕线结构，减小变压器体积，微控制器根据湿度、风速、屏蔽筒中的温度、辐射系数和辐射功率计算得到补偿温度，避免温度误差过大，影响散热效果，当补偿温度和温度设定值的差值绝对值大于允许误差，散热器工作，使用效果好。
Description
技术领域
本发明属于变压器技术领域，具体涉及一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热系统及散热方法。
背景技术
变压器作为电力领域中重要的配电装置之一，有着广泛的应用。变压器是一种通过利用电磁感应现象来改变AC电压或电流的装置。变压器可以包括用于卷绕初级线圈和次级线圈的绕线筒，以及与绕线筒联接在一起的多个铁心。由于为了制造这种传统的变压器需要将初级线圈和次级线圈卷绕在绕线筒上的工作，所以增加了工时且工作变得复杂起来。
此外，当施加低电流时，因为热辐射增加，所以通常可以使用采用初级线圈和次级线圈的变压器，但是当施加高电流时，散热是困难的。现有技术中，国内气体式变压器的布置结构大多为一体式布置结构，变压器散热片安装于变压器本体上，由于受变压器室所处的位置和空间的限制，现有技术中户内布置方式难以形成良好的通风环境，散热效果比较差，这使得变压器室内的温度升高，需要其他通风设备辅助散热，运维需求高。在某些特殊条件下，如地下变电站或规划变电站占地较为紧张的情况下，一体式布置结构的变压器有一定的局限，不能达到一些技术指标的要求，随着电气设备小型化，集约化的发展，对电力设计的变电站占地面积，建筑面积有了更为严格的要求。
因此变压器的绕线方式和散热问题一直是运行单位和设计部门较为关注的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热系统及散热方法，本发明结构简单、设计合理，采用分体式绕线结构，减小变压器体积，微控制器根据湿度、风速、屏蔽筒中的温度以及辐射系数和辐射功率计算得到补偿温度，避免温度误差过大，影响散热效果，当补偿温度和温度设定值的差值绝对值大于允许误差，散热器工作，使用效果好。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种利用分体绕线筒结构的开关电源变压器散热方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
包括开关电源变压器本体和设置在所述开关电源变压器本体上的散热监测单元，所述开关电源变压器本体包括外壳箱体、设置在所述外壳箱体内的第一线圈组件以及联接至所述第一线圈组件的第二线圈组件，所述第一线圈组件和第二线圈组件之间设置有屏蔽筒，所述散热监测单元包括微控制器和监控终端，所述微控制器的输入端接有湿度传感器、风速传感器、计时器和布设在屏蔽筒上的温度传感器，所述微控制器的输出端接有散热器、报警模块以及用于实现微控制器和监控终端通信的通信模块，
所述屏蔽筒为两端开口的空心圆柱结构，所述屏蔽筒的空腔内一体成型设置有隔离板-，所述屏蔽筒的侧壁上分别开设有供所述第一线圈组件的抽头伸出的第一开口-和供所述第二线圈组件的抽头伸出的第二开口-，
所述第一线圈组件包括第一铁心、联接至第一铁心的第一绕线筒以及设置在第一绕线筒上的第一线圈，所述第二线圈组件包括第二铁心、联接至第二铁心的第二绕线筒以及设置在第二绕线筒上的第二线圈，
所述通信模块为GSM短信收发模块，
所述温度传感器为与微控制器进行无源无线通信的无源无线温度传感器标签，所述无源无线温度传感器标签由无源无线温度传感器芯片和天线组成，
步骤一、测量屏蔽筒表面温度：温度传感器实时检测屏蔽筒的表面温度Td-k，并实时将屏蔽筒在第K时刻的表面温度Td-k传输给微控制器，湿度传感器检测周围环境的湿度H，并将周围环境的湿度H传输给微控制器，风速传感器检测周围环境的风速v，并将周围环境的风速v传输给微控制器；
步骤二、计算补偿温度：微控制器根据公式
计算补偿温度TC，其中，Tr表示辐射补偿温度，Tu表示湿度补偿温度，Tv表示风速补偿温度，I表示外壳箱体的辐射系数，δ＝5.67032×10^-8，P表示变压器安装位置的辐射强度，β表示风速系数；
步骤三、判断补偿温度与设定温度的差值是否大于允许误差：微控制器根据公式d＝|TC-TS|计算补偿温度与设定温度的差值绝对值d，若d≥ε，执行步骤四，否则执行步骤二，其中ε表示允许误差；
步骤四：散热器工作；
步骤五：计时器开始计时，若t≥ts，执行步骤三，否则执行步骤四。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。
2、本发明采用第一线圈组件和第二线圈组件，第一线圈组件和第二线圈组件均包括铁芯、绕线筒和线圈，形成分体式绕线结构，降低了加工成本，便于装配调试，能够让变压器产品体积更小，达到有效的安全距离，减小产品漏感，提高效率。
3、本发明采用屏蔽筒将第一线圈组件和第二线圈组件隔离开，增大了第一线圈组件和第二线圈组件之间的屏蔽隔离空间，使用效果好，起到降低第一线圈组件和第二线圈组件之间的耦合系数和耦合电容的作用，使用效果好。
4、本发明中，微控制器根据湿度、风速、屏蔽筒中的温度以及辐射系数和辐射功率计算得到补偿温度，避免温度误差过大，影响散热效果，导致变压器故障。
5、本发明采用微控制器对补偿温度和温度设定值进行对比，若补偿温度和温度设定值的差值绝对值大于允许误差，散热器工作，同时报警模块报警，提醒周围人不要靠近变压器，防止变压器漏油或者膨胀带来的危险，同时通信模块将报警信息下发给监控终端，提醒工作人员及时采取其他有效措施，避免故障扩大化。
综上所述，本发明结构简单、设计合理，采用分体式绕线结构，减小变压器体积，微控制器根据湿度、风速、屏蔽筒中的温度以及辐射系数和辐射功率计算得到补偿温度，避免温度误差过大，影响散热效果，当补偿温度和温度设定值的差值绝对值大于允许误差，散热器工作，使用效果好。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明开关电源变压器本体的结构示意图。
图2为本发明散热监测单元的电路原理框图。
图3为本发明的方法流程图。
附图标记说明:
1—第一铁心； 2—第一绕线筒； 3—第一线圈；
4—屏蔽筒； 4-1—隔离板； 4-2—第一开口；
4-3—第二开口； 5—第二线圈； 6—第二绕线筒；
7—第二铁心； 8—温度传感器； 9—湿度传感器；
10—风速传感器； 11—计时器； 12—微控制器；
13—散热器； 14—监控终端； 15—报警模块；
16—通信模块。
具体实施方式
如图1和图2所示，本发明包括开关电源变压器本体和设置在所述开关电源变压器本体上的散热监测单元，所述开关电源变压器本体包括外壳箱体、设置在所述外壳箱体内的第一线圈组件以及联接至所述第一线圈组件的第二线圈组件，所述第一线圈组件和第二线圈组件之间设置有屏蔽筒(4)，所述散热监测单元包括微控制器(12)和监控终端(14)，所述微控制器(12)的输入端接有湿度传感器(9)、风速传感器(10)、计时器(11)和布设在屏蔽筒(4)上的温度传感器(8)，所述微控制器(12)的输出端接有散热器(13)、报警模块(15)以及用于实现微控制器(12)和监控终端(14)通信的通信模块(16)。
实际使用时，屏蔽筒(4)起到降低第一线圈组件和第二线圈组件之间的耦合系数和耦合电容的作用。
湿度传感器(9)用于检测周围环境中的湿度，风速传感器(10)用于检测周围环境中的风速，布设在屏蔽筒(4)上的温度传感器(8)用于检测屏蔽筒4中的温度，微控制器12根据湿度、风速、屏蔽筒4中的温度以及辐射系数和辐射功率计算得到补偿温度，微控制器12对补偿温度和温度设定值进行对比，若补偿温度和温度设定值的差值大于允许误差，散热器13工作，同时报警模块15报警，提醒周围人不要靠近变压器，防止变压器漏油或者膨胀带来的危险，同时通信模块16将报警信息下发给监控终端14，提醒工作人员及时采取其他有效措施。
如图1所示，本实施例中，所述屏蔽筒(4)为两端开口的空心圆柱结构，所述屏蔽筒(4)的空腔内一体成型设置有隔离板(4-1)，所述屏蔽筒(4)的侧壁上分别开设有供所述第一线圈组件的抽头伸出的第一开口(4-2)和供所述第二线圈组件的抽头伸出的第二开口(4-3)。
实际使用时，两端开口的空心圆柱结构的屏蔽筒(4)增大了第一线圈组件和第二线圈组件之间的屏蔽隔离空间，使用效果好。
如图1所示，本实施例中，所述第一线圈组件包括第一铁心(1)、联接至第一铁心(1)的第一绕线筒(2)以及设置在第一绕线筒(2)上的第一线圈(3)，所述第二线圈组件包括第二铁心(7)、联接至第二铁心的第二绕线筒(6)以及设置在第二绕线筒(6)上的第二线圈(5)。
本实施例中，所述通信模块(16)为GSM短信收发模块。
实际使用时，监控终端(14)为手机。
本实施例中，所述温度传感器(8)为与微控制器(12)进行无源无线通信的无源无线温度传感器标签，所述无源无线温度传感器标签由无源无线温度传感器芯片和天线组成。
实际使用时，无源无线温度传感器标签贴在隔离板(4-1)的两侧，微控制器12与无源无线温度传感器标签进行无源无线通信，微控制器12读取无源无线温度传感器标签上的信息，监控手机通过蓝牙与采集器进行无线通信；；无源无线温度传感器芯片进行温度的实时采集，并将采集的温度数据通过天线传送给微控制器12，无源无线温度传感器标签具有低成本和便于过程监控等特点。
如图3所示，本发明还包括一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热方法，包括以下步骤：
步骤一、测量屏蔽筒表面温度：温度传感器(8)实时检测屏蔽筒(4)的表面温度Td-k，并实时将屏蔽筒(4)在第K时刻的表面温度Td-k传输给微控制器(12)，湿度传感器(9)检测周围环境的湿度H，并将周围环境的湿度H传输给微控制器(12)，风速传感器(10)检测周围环境的风速v，并将周围环境的风速v传输给微控制器(12)。
步骤二、计算补偿温度：微控制器(12)根据公式
计算补偿温度TC，其中，Tr表示辐射补偿温度，Tu表示湿度补偿温度，Tv表示风速补偿温度，I表示外壳箱体的辐射系数，δ＝5.67032×10^-8，P表示变压器安装位置的辐射强度，β表示风速系数；
实际使用时，根据公式
即可计算得到辐射补偿温度Tr，根据公式Tu＝0.1H-7即可计算得到湿度补偿温度Tu，根据公式
即可计算得到风速补偿温度Tv，其中β＝0.2，Td-k表示温度传感器(8)在第k时刻检测得到的屏蔽筒(4)的表面温度，Td-(k-1)表示温度传感器(8)在第k-1时刻检测得到的屏蔽筒(4)的表面温度，以第k-1时刻的温度补偿风速对温度传感器8的检测结果带来的响应速度的影响，使用效果好。
步骤三、判断补偿温度与设定温度的差值是否大于允许误差：微控制器(12)根据公式d＝|TC-TS|计算补偿温度与设定温度的差值绝对值d，若d≥ε，执行步骤四，否则执行步骤二，其中ε表示允许误差；
实际使用时，当补偿温度TC与设定温度TS的差值绝对值d大于允许误差ε，则认为变压器温度过高，需要降温，此时执行步骤四。
步骤四：散热器(13)工作；
步骤五：计时器(11)开始计时，若t≥ts，执行步骤三，否则执行步骤四。
实际使用时，以时长ts作为检测节点，每一个散热时长达到ts，即对散热结果进行检测，以d＜ε作为散热终止条件。
以上所述，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
Claims (2)
1.一种分体绕线筒结构的开关电源变压器散热方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
包括开关电源变压器本体和设置在所述开关电源变压器本体上的散热监测单元，所述开关电源变压器本体包括外壳箱体、设置在所述外壳箱体内的第一线圈组件以及联接至所述第一线圈组件的第二线圈组件，所述第一线圈组件和第二线圈组件之间设置有屏蔽筒(4)，所述散热监测单元包括微控制器(12)和监控终端(14)，所述微控制器(12)的输入端接有湿度传感器(9)、风速传感器(10)、计时器(11)和布设在屏蔽筒(4)上的温度传感器(8)，所述微控制器(12)的输出端接有散热器(13)、报警模块(15)以及用于实现微控制器(12)和监控终端(14)通信的通信模块(16)，
所述屏蔽筒(4)为两端开口的空心圆柱结构，所述屏蔽筒(4)的空腔内一体成型设置有隔离板(4-1)，所述屏蔽筒(4)的侧壁上分别开设有供所述第一线圈组件的抽头伸出的第一开口(4-2)和供所述第二线圈组件的抽头伸出的第二开口(4-3)，
所述第一线圈组件包括第一铁心(1)、联接至第一铁心(1)的第一绕线筒(2)以及设置在第一绕线筒(2)上的第一线圈(3)，所述第二线圈组件包括第二铁心(7)、联接至第二铁心的第二绕线筒(6)以及设置在第二绕线筒(6)上的第二线圈(5)，
所述通信模块(16)为GSM短信收发模块，
所述温度传感器(8)为与微控制器(12)进行无源无线通信的无源无线温度传感器标签，所述无源无线温度传感器标签由无源无线温度传感器芯片和天线组成，
步骤一、测量屏蔽筒表面温度：温度传感器(8)实时检测屏蔽筒(4)的表面温度Td-k，并实时将屏蔽筒(4)在第K时刻的表面温度Td-k传输给微控制器(12)，湿度传感器(9)检测周围环境的湿度H，并将周围环境的湿度H传输给微控制器(12)，风速传感器(10)检测周围环境的风速v，并将周围环境的风速v传输给微控制器(12)；
步骤二、计算补偿温度：微控制器(12)根据公式
计算补偿温度TC，其中，Tr表示辐射补偿温度，Tu表示湿度补偿温度，Tv表示风速补偿温度，I表示外壳箱体的辐射系数，δ＝5.67032×10^-8，P表示变压器安装位置的辐射强度，β表示风速系数；
步骤三、判断补偿温度与设定温度的差值是否大于允许误差：微控制器(12)根据公式d＝|TC-TS|计算补偿温度与设定温度的差值绝对值d，若d≥ε，执行步骤四，否则执行步骤二，其中ε表示允许误差；
步骤四：散热器(13)工作；
步骤五：计时器(11)开始计时，若t≥ts，执行步骤三，否则执行步骤四，ts表示检测时长。
2.按照权利要求1所述方法，其特征在于：0.2≤β≤0.4。
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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