变压器呼吸器硅胶干燥装置及控制方法
【专利摘要】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。
【专利说明】
变压器呼吸器括胶干燥装置及控制方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种变压器，尤其设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】
[0002] 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，需要梓下螺丝取下硅胶忠，梓下油杯，倒出原硅胶，注入新硅胶，最后 还要将硅胶忠和油杯梓回原位，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，油杯和硅胶忠也有被损坏的危险。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W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】
[0003] 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，易损坏油杯和硅胶忠，运行工作效率不高的问题。
[0004] 本发明的目的通过W下技术方案予W实现：
[0005] -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、保溫盒4、电 热丝5、加热电路6，所述保溫盒4、加热电路6位于外壳1内，所述电热丝5位于保溫盒4内，所 述上导热管2的一端与呼吸器硅胶忠7的上接口相通，上导热管2的另一端与保溫盒4的上部 相通，所述下导热管3的一端与呼吸器硅胶忠7的下接口相通，所述下导热管3的另一端与保 溫盒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、溫度传感器10,所述溫度传感器10的探头置于呼吸器硅胶忠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Ql的源极，所述 电力场效应管Ql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，所述溫度传感器10与控制单元8 连接，将呼吸器硅胶忠7内溫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， 控制单元則尋PWM波信号输送给功率驱动单元9,所述功率驱动单元則尋PWM波信号放大后送 至电力场效应管Ql的栅极。
[0006] -种变压器呼吸器硅胶干燥装置的控制方法，包括：
[0007] 将硅胶的烘干溫度上升并保持在12(TC，整个烘干过程分成=个阶段，依次分别为 线性加热阶段、曲线烘干阶段、保溫阶段，线性加热阶段快速升溫，线性加热阶段、曲线烘干 阶段的转折溫度是90°C，线性加热阶段溫度上升至9(TC W后进入曲线烘干阶段，曲线烘干 阶段烘干溫度缓慢接近于目标溫度，保溫阶段将烘干溫度保持在120°C。
[000引本发明的目的还可W通过W下技术措施来进一步实现：
[0009] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电热丝5为5BNn型7环鹤绞丝电热丝。
[0010] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中整流桥D型号为MDQ200A。
[0011] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中溫度传感器10为DS18B20型数字溫度计。
[0012] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电力场效应管Ql的型号为IRFPS35N5化，功 率驱动单元9为IR21IOMOS阳巧E动忍片。
[0013] 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。
[0014] 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W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 硅胶的除湿溫度保持在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W有效避免溫度过高或者过低。
【附图说明】
[0015] 图1是本发明的结构图；
[0016] 图2是本发明电路原理图；
[0017] 图3是控制单元的MPS430F149单片机电路图；
[001引图4是功率驱动单元电路图。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
[0020] 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、保溫 盒4、电热丝5、加热电路6，所述保溫盒4、加热电路6位于外壳1内，所述电热丝5位于保溫盒4 内，所述上导热管2的一端与呼吸器硅胶忠7的上接口相通，上导热管2的另一端与保溫盒4 的上部相通，所述下导热管3的一端与呼吸器硅胶忠7的下接口相通，所述下导热管3的另一 端与保溫盒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、溫度传感器10,所述溫度传感器10的探头置于呼吸器娃 胶忠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Ql的源极，所述电力场效应管Ql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，所述溫度传感 器10与控制单元8连接，将呼吸器硅胶忠7内溫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Pmi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Ql的栅极。
[0021] 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内有保溫锡纸包裹，外包塑料套管，两头接口是由金属螺旋套和橡皮垫圈组成，与娃 胶忠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梓紧， 就可保证良好的密闭性。其中接上接口的传热导管保溫锡纸和塑料套管之间放置着可耐 125°C高溫的溫度传感器导线，溫度传感器连接在上接头传热导管的溫度传感器导线处，溫 差传感器的探头可W深入到硅胶忠里面。所述保溫盒4内置于便携式干燥装置中，内置有电 热丝和两个加热孔。保溫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。
[0022] 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IMHz时，活动模式为200iiA;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、看口狗定时器、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。
[0023] 电力场效应管Ql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驱动忍片，用来将MPS430单片 机发出的PWM波进行功率放大，驱动IRFPS35N5化功率元件，功率驱动单元9的HIN引脚和SD 弓侧分别接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。
[0024] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中电热丝5为5BNn型7环鹤绞丝电热丝，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。
[0025] 前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中整流桥D型号为MDQ200A。
[00%]前述变压器呼吸器硅胶干燥装置，其中溫度传感器10为DS18B20型数字溫度计，测 量溫度范围在一55°C到+125°C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。
[0027]将硅胶的除湿溫度保持在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W有效避免避免溫度过高或者过低。
[00%]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=个过程。第一过程为线性加热过程，主要为了快 速升溫;第二个过程为曲线烘干过程，让溫度曲线接近于标准溫度，此时而不升溫过快，可 将曲线近似于3次方程;第=个过程为保溫过程，让溫度在120°C范围左右，波动小。可W看 出算出第一过程和第二过程的转折溫度是重点，在知道起始溫度和最终溫度的条件下需要 求出转折溫度。
[0029] 运个阶段近似为线性加热过程，可列成关于时间的一次方程，
[0030] T=(T广To)t/ti+To 0<t《ti
[0031] 其中To为加热前的初始溫度，Tl为线性加热的末段溫度。A T为单位时间内加热装 置提升的溫度。Ati为第一阶段加热的时间，t功线性加热到末段溫度时的时刻，t为线性加 热过过程从起始到末端其中的某个时刻。
[0032] 第二阶段近似于y = ax3+b的关于时间的S次方程，可获得下列方程，
[0033]
[0034]
[0035] T2为第二阶段加热的末段溫度，ti为线性加热到末段溫度时的时刻，t2为第二阶段 加热到末段溫度时的时刻，a为=次方程系数，b为=次方程常数。
[0036] 因为线性加热的末端与第二阶段加热的初始段连接，线性加热末端溫度Tl可W用 于第二阶段的表达式中。
[0037] 可W得出，在第二阶段的任何一个溫度
[0038] 溫度正比于热能，对上式两个阶段，进行求导可得功率P:
[0039] P=(T广ToVti 0<t《ti
[0040]
[0041] 由于烘干装置将用数字忍片进行控制，需要将模拟量转化为数字量，AT为从ti到 tn时刻溫度差。N为MPS430发出一个周期内PWM的次数。可W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，曲线烘干增加的溫度为线性烘干的溫度的1/3,其中Po为连 续加热巧莖。
[0042]
[0043]
[0044] AT为从tl到tn时刻时间差。
[0045] 从上述的公式推导可W看出，如果是从(TC烘干到12(TC，就是当线性烘干到9(TC 时采用，采用曲线烘干，一直到120°C，然后采用保溫模式。
[0046] 第S阶段(保溫模式)采用高频率的负反馈控制，设置当溫度高于120.8°C时立即 断开加热回路，溫度低于120.2°C时立即闭合加热回路。
[0047] 除上述实施例外，本发明还可W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。
【主权项】
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⑻将P丽波信号输送给功率驱动单元(9)，所述功率驱动单元(9)将P丽波信号放 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IR2110M0SFET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. -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120Γ，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°C，线性加热阶段温度上升至90°C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°C。
【文档编号】G05D23/30GK105938755SQ201610383550
【公开日】2016年9月14日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】包磊, 赵伟, 钱朝春, 陆琳, 吴含青, 陈培中, 袁琪纬, 华东, 卞飞舟, 钱健斌, 王志军, 李哲践
【申请人】国网江苏省电力公司镇江供电公司