CN113448361A - 一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，包括：温度检测模块，用于实时获取绝缘纸的加热温度；过温保护电路模块，用于通过控制固态继电器来实现过温保护，从而实现交流电通断，固态继电器是由微电子电路、分立电子器件和电力电子器件组成的无触点开关，控制端与负载端被隔离装置隔离，固态继电器的输入端采用小控制信号直接驱动大电流负载；主控CPU模块，用于与过温保护电路模块、温度显示模块电接，用于接收温度检测模块检测的绝缘纸的加热温度、以及控制过温保护电路模块。本发明可以实现对绝缘纸的加热，并且能保证系统的安全性。

Description

一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统

技术领域

本发明涉及基于单片机的冲击负荷温控系统技术领域，尤其涉及一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统。

背景技术

牵引变压器是将三相电力系统的电能传输给二个各自带负载的单相牵引线路。二个单相牵引线路分别给上下行机车供电。在理想的情况下，二个单相负载相同。所以，牵引变压器就是用作三相变二相的变压器。

牵引变压器是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。

随着我国国民经济的快速发展，工业生产规模不断扩大，大容量波动性用电负荷相继出现，这对电网的承受能力提出了较高的要求，尤其是小型区域电网问题更为突出，并且现有的仪器测量技术存在对变压器容量难于准确测定的弊端，因此会造成用电的浪费，所以急需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，可以实现对绝缘纸的加热，并且能保证系统的安全性，按键能实现对温度、持续时间、间隔时间的设定，使系统的操作简单便利，通过温度传感器对温度进行实时检测，显示器能实现对设定温度、实际温度、持续时间、间隔时间的显示，指示灯显示该系统是在加热状态还是间隔状态，可以解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统的技术方案具体如下：

本发明实施例公开了一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，包括：

温度检测模块，用于实时获取绝缘纸的加热温度；

过温保护电路模块，用于通过控制固态继电器来实现过温保护，从而实现交流电通断，固态继电器是由微电子电路、分立电子器件和电力电子器件组成的无触点开关，控制端与负载端被隔离装置隔离，固态继电器的输入端采用小控制信号直接驱动大电流负载；

主控CPU模块，用于与过温保护电路模块、温度显示模块电接，用于接收温度检测模块检测的绝缘纸的加热温度、以及控制过温保护电路模块。

在上述任一方案中优选的是，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括温度加热模块，用于与主控CPU模块电接，并对所述绝缘纸进行加热，所述温度加热模块为PTC加热片。

在上述任一方案中优选的是，所述主控CPU模块采用单片机STC8A8K64S4A12作为主控芯片，单片机STC8A8K64S4A12是51内核的8位微控制器，片内RAM大小是8K字节，有4个相互独立的串口外设UART，ADC转换精度为12位，内Flash大小是64K字节，温度范围是工业级，-40℃～85℃。

在上述任一方案中优选的是，单片机STC8A8K64S4A12的4路串口中，有三路串口分别连接三个显示屏，另一串口连接温度调节模块，单片机STC8A8K64S4A12将控制PTC加热片进行加热、温度传感器PT100进行温度的测量与采集，并将检测到的绝缘纸温度信息实时传送到显示屏上。

在上述任一方案中优选的是，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括电源转换模块，用于与市电和锂电池电接，并与主控CPU模块电接，当所述电源转换模块检测到市电断电时，所述电源转换模块调控锂电池供电，当市电通电后，所述电源转换模块调控市电供电，并且控制市电为锂电池充电。

在上述任一方案中优选的是，所述主控CPU模块串联接入固态继电器的控制回路里，温度开关受单片机控制，当温度低的时候，温度开关闭合，这时加热片通电，加热片发热；当温度过高的时候，温度开关则打开，加热片失掉电，停止加热，即使单片机再控制闭合，固态继电器也因为控制回路里温度开关的断开而不再闭合，从而实现温度过高的时候保护功能。

在上述任一方案中优选的是，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括按键模块，所述按键模块包括五个按键，且五个按键安装于机箱上，五个按键分别是设置键、上升键、减小键、启动键和停止键。

在上述任一方案中优选的是，五个按键的使用方法为：

按设置键首先进入温度设置模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的设定温；

温度设定完成后，按设置键进入持续时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的持续时间；

持续时间设定完成后按设置键进入间隔时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的间隔时间；

三个实验参数设定完成后，按设置键结束设置，启动键按下后，温控系统开始运行，停止键按下后，温控系统运行结结束。

在上述任一方案中优选的是，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括指示灯模块，用于在操作时显示不同的模式，当出现不同的模式时，指示灯的亮起方式不同，其中，

指示灯模块包括三个指示灯，三个指示灯分别代表设置模式、启动加热模式和停止加热模式，当在进行温度、持续时间、间隔时间的设置时，设置模式的SET灯亮起；当启动加热时，启动加热模式的RUN灯亮起；当停止加热时，停止加热模式的STOP灯亮起。

在上述任一方案中优选的是，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括显示模块，所述显示模块包括显示器，所述显示器为人机交互界面，所述显示器包括三块四位LED数码管分别显示实时温度、设置温度和时间，其中，

实时温度显示器和设置温度显示器的精度为0.1，时间显示器为1，LED数码管是由多个发光二极管组成的“8”字型器件，引线由内部连接完成。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

可以实现对绝缘纸的加热，并且能保证系统的安全性，按键能实现对温度、持续时间、间隔时间的设定，使系统的操作简单便利，通过温度传感器对温度进行实时检测，显示器能实现对设定温度、实际温度、持续时间、间隔时间的显示，指示灯显示该系统是在加热状态还是间隔状态。

在实际应用中，温控系统满足高可靠性的原则，PCB的设置应采用合理的布线和接地方式；系统电源的设置应尽量减少干扰的影响；系统电源的设置应提高系统的可靠性。

在温控系统中，使用时操作便利，设置了五个按键，分别控制总设置、温度设置、时间设置，以便于使用者的操作。

本发明在性能达标的情况下，选择价格更低的产品，从而降低温控系统的设置成本。

附图说明

附图用于对本发明的进一步理解，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1是按照本发明用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统示意图。

图2是按照本发明用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统的机箱示意图。

图3是按照本发明用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统的原理示意图。

图4是按照本发明用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统的总体框架示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图及具体实施方式对本发明技术方案进行详细说明。

实施例：

如图1所示，本发明实施例公开了一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，包括：

温度检测模块，用于实时获取绝缘纸的加热温度；

过温保护电路模块，用于通过控制固态继电器来实现过温保护，从而实现交流电通断，固态继电器是由微电子电路、分立电子器件和电力电子器件组成的无触点开关，控制端与负载端被隔离装置隔离，固态继电器的输入端采用小控制信号直接驱动大电流负载；

主控CPU模块，用于与过温保护电路模块、温度显示模块电接，用于接收温度检测模块检测的绝缘纸的加热温度、以及控制过温保护电路模块。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括温度加热模块，用于与主控CPU模块电接，并对所述绝缘纸进行加热，所述温度加热模块为PTC加热片。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述主控CPU模块采用单片机STC8A8K64S4A12作为主控芯片，单片机STC8A8K64S4A12是51内核的8位微控制器，片内RAM大小是8K字节，有4个相互独立的串口外设UART，ADC转换精度为12位，内Flash大小是64K字节，温度范围是工业级，-40℃～85℃。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，单片机STC8A8K64S4A12的4路串口中，有三路串口分别连接三个显示屏，另一串口连接温度调节模块，单片机STC8A8K64S4A12将控制PTC加热片进行加热、温度传感器PT100进行温度的测量与采集，并将检测到的绝缘纸温度信息实时传送到显示屏上。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括电源转换模块，用于与市电和锂电池电接，并与主控CPU模块电接，当所述电源转换模块检测到市电断电时，所述电源转换模块调控锂电池供电，当市电通电后，所述电源转换模块调控市电供电，并且控制市电为锂电池充电。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述主控CPU模块串联接入固态继电器的控制回路里，温度开关受单片机控制，当温度低的时候，温度开关闭合，这时加热片通电，加热片发热；当温度过高的时候，温度开关则打开，加热片失掉电，停止加热，即使单片机再控制闭合，固态继电器也因为控制回路里温度开关的断开而不再闭合，从而实现温度过高的时候保护功能。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括按键模块，所述按键模块包括五个按键，且五个按键安装于机箱上，五个按键分别是设置键、上升键、减小键、启动键和停止键。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，五个按键的使用方法为：

按设置键首先进入温度设置模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的设定温；

温度设定完成后，按设置键进入持续时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的持续时间；

持续时间设定完成后按设置键进入间隔时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的间隔时间；

三个实验参数设定完成后，按设置键结束设置，启动键按下后，温控系统开始运行，停止键按下后，温控系统运行结结束。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括指示灯模块，用于在操作时显示不同的模式，当出现不同的模式时，指示灯的亮起方式不同，其中，

指示灯模块包括三个指示灯，三个指示灯分别代表设置模式、启动加热模式和停止加热模式，当在进行温度、持续时间、间隔时间的设置时，设置模式的SET灯亮起；当启动加热时，启动加热模式的RUN灯亮起；当停止加热时，停止加热模式的STOP灯亮起。

本发明实施例所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统中，所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，还包括显示模块，所述显示模块包括显示器，所述显示器为人机交互界面，所述显示器包括三块四位LED数码管分别显示实时温度、设置温度和时间，其中，

实时温度显示器和设置温度显示器的精度为0.1，时间显示器为1，LED数码管是由多个发光二极管组成的“8”字型器件，引线由内部连接完成。

本发明基于单片机的冲击负荷温控系统，主要包括功能有：

(1)实现对绝缘纸的加热，并且能保证系统的安全性。

(2)按键能实现对温度、持续时间、间隔时间的设定，使系统的操作简单便利。

(3)通过温度传感器对温度进行实时检测。

(4)显示器能实现对设定温度、实际温度、持续时间、间隔时间的显示。

(5)指示灯显示该系统是在加热状态还是间隔状态。

基于温控系统的实际需求，机箱设置图如图2所示，硬件电路图如图3所示。

冲击负荷的温控系统高性价比、高操作性、高可靠性：

(1)高性价比

性价比，即性能与价格之比，这是系统设置过程中必须考虑的因素之一。性能与价格首先考虑性能问题，在性能达标的情况下，选择价格更低的产品，从而降低温控系统的设置成本。

(2)高操作性

在温控系统的设置中，着重考虑了实际使用时的操作便利性，所以在控制这一方面，设置了五个按键，分别控制总设置、温度设置、时间设置，以便于使用者的操作。

(3)高可靠性

产品在规定的时间条件下完成规定功能的能力称为可靠性。在实际应用中，如果温控系统的可靠性不能满足要求，那么故障率就会增大，同时损失也会增加，甚至会对生命安全造成严重的影响。所以系统一定要满足高可靠性的原则，PCB的设置应采用合理的布线和接地方式；系统电源的设置应尽量减少干扰的影响；系统电源的设置应提高系统的可靠性。

为了满足以上几种设置原则，冲击负荷温控系统主要由晶振、参数储存模块，过温保护电路模块，温度控制与采集模块，显示模块，指示灯模块，按键模块构成,冲击负荷温控系统的核心芯片选定为STC8A8K6S4A12单片机。总体设置框图如图4所示。

本发明主要是由温度传感器、加热板、操作控制箱等组成。为了模拟冲击负荷导致牵引变压器绝缘纸温度变化并老化这一过程，因此在加热板上捆上绝缘纸，并将温度传感器放置在绝缘纸中固定好，加热板和温度传感器与操作控制箱连接可以实时显示绝缘纸的温度。

将操作控制箱连接电源，打开开关，按设置键(set键)即进入设定温度模式，将冲击温度设置为130℃，设置好后按设置键(set键)进入持续时间的设置，将持续时间设置为18分钟，设置好后按设置键(set键)进入间隔时间的设置，将间隔时间设置为10分钟，设置好后按设置键(set键)退出设置模式，按下启动键(run键)加热板开始加热，显示屏出现倒计时，倒计时18分钟结束后自动进入间隔时间模式，此时加热板暂停加热，倒计时10分钟，若不按结束键(stop键)停止加热结束后会继续进入加热模式，循环加热暂停这一过程，每加热、暂停加热一次为一个周期。记录一个周期内每分钟的温度变化情况并分析。

通过加热板对绝缘纸的测试，可得到以下数据，如所示，周期内加热板的温度变化情况，可以看出0-18分钟时，加热板在加热状态，设定的冲击温度是130℃，绝缘纸的温度由40.4℃增长至94.8℃，随时间的增长绝缘纸的温度呈上升趋势，在0-11分钟内绝缘纸的温度上升趋势较快，在11-18分钟时绝缘纸的温度趋于平稳，没有太大波动。18-28分钟，加热板停止加热，绝缘纸的温度随时间的增长呈下降趋势，从92.8℃下降至41℃。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

可以实现对绝缘纸的加热，并且能保证系统的安全性，按键能实现对温度、持续时间、间隔时间的设定，使系统的操作简单便利，通过温度传感器对温度进行实时检测，显示器能实现对设定温度、实际温度、持续时间、间隔时间的显示，指示灯显示该系统是在加热状态还是间隔状态。

在实际应用中，温控系统满足高可靠性的原则，PCB的设置应采用合理的布线和接地方式；系统电源的设置应尽量减少干扰的影响；系统电源的设置应提高系统的可靠性。

在温控系统中，使用时操作便利，设置了五个按键，分别控制总设置、温度设置、时间设置，以便于使用者的操作。

本发明在性能达标的情况下，选择价格更低的产品，从而降低温控系统的设置成本。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：包括：

温度检测模块，用于实时获取绝缘纸的加热温度；

过温保护电路模块，用于通过控制固态继电器来实现过温保护，从而实现交流电通断，固态继电器是由微电子电路、分立电子器件和电力电子器件组成的无触点开关，控制端与负载端被隔离装置隔离，固态继电器的输入端采用小控制信号直接驱动大电流负载；

主控CPU模块，用于与过温保护电路模块、温度显示模块电接，用于接收温度检测模块检测的绝缘纸的加热温度、以及控制过温保护电路模块。

2.根据权利要求1所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：还包括温度加热模块，用于与主控CPU模块电接，并对所述绝缘纸进行加热，所述温度加热模块为PTC加热片。

3.根据权利要求2所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：所述主控CPU模块采用单片机STC8A8K64S4A12作为主控芯片，单片机STC8A8K64S4A12是51内核的8位微控制器，片内RAM大小是8K字节，有4个相互独立的串口外设UART，ADC转换精度为12位，内Flash大小是64K字节，温度范围是工业级，-40℃～85℃。

4.根据权利要求3所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：单片机STC8A8K64S4A12的4路串口中，有三路串口分别连接三个显示屏，另一串口连接温度调节模块，单片机STC8A8K64S4A12将控制PTC加热片进行加热、温度传感器PT100进行温度的测量与采集，并将检测到的绝缘纸温度信息实时传送到显示屏上。

5.根据权利要求4所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：还包括电源转换模块，用于与市电和锂电池电接，并与主控CPU模块电接。

6.根据权利要求5所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：所述主控CPU模块串联接入固态继电器的控制回路里，温度开关受单片机控制。

7.根据权利要求6所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：还包括按键模块，所述按键模块包括五个按键，且五个按键安装于机箱上，五个按键分别是设置键、上升键、减小键、启动键和停止键。

8.根据权利要求7所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：五个按键的使用方法为：

按设置键首先进入温度设置模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的设定温；

温度设定完成后，按设置键进入持续时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的持续时间；

持续时间设定完成后按设置键进入间隔时间设定模式，通过上升键和下降键来输入实验所需的间隔时间；

三个实验参数设定完成后，按设置键结束设置，启动键按下后，温控系统开始运行，停止键按下后，温控系统运行结结束。

9.根据权利要求8所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：还包括指示灯模块，用于在操作时显示不同的模式，当出现不同的模式时，指示灯的亮起方式不同，其中，

指示灯模块包括三个指示灯，三个指示灯分别代表设置模式、启动加热模式和停止加热模式。

10.根据权利要求9所述的用于牵引变压器绝缘冲击负荷模拟的温控系统，其特征在于：还包括显示模块，所述显示模块包括显示器，所述显示器为人机交互界面，所述显示器包括三块四位LED数码管分别显示实时温度、设置温度和时间。

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