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BWD-3K干式變壓器溫控儀的設計
發表時間:

        干式變壓器的安全運行和使用壽命,很大程度取決于變壓器繞組絕緣的安全可靠。繞組溫度超過絕緣耐受溫度使絕緣被破壞,是導致變壓器不能正常工作的主要原因之一。因此對變壓器運行溫度的監測及其報警控制是十分重要的。 變壓器結構從從內到外依次為鐵芯、低壓繞組和高壓繞組,而發熱源主要為鐵芯和低壓繞組。干式變壓器溫控儀則可以實時監測其溫度以達到控制溫度的目的。正是基于此,公司開發了BWD-3K干式變壓器溫控儀。

        溫度的采樣設計

        溫控儀采用PT100高精度傳感器。PT100電阻值的和溫度對應關系為

        Rt=R0(1+AT+BT2+C(T-100)T3),T∈[-200,0]

        Rt=R0(1+AT+BT2), T∈(0,850]

        其中R0=100歐姆,A=3.90802×10-3℃-1,B=-5.802×10-7℃-2, C=-4.27350×10-12℃-4

        顯然,上述計算方式過于麻煩,程序實現起來不現實。所以需要一種更加方便快捷的方式。在實際設計中采樣溫度范圍為-30℃~+240℃,精度1級。在此范圍內PT100都具有很好的線性度,但是并非是完全線性的。若果采用簡單的線性算法T=(R-R0)/0.3851 ℃,(R為實測電阻,單位為歐姆;R0=100歐姆)

        由于采樣的溫度范圍較大,實際上是很難到達設計精度的。所以在設計中,還是需要采用另一種更加可靠的算法:查表法。通過查PT100熱電阻分度值表可直接得到PT100在-30℃到240℃的每個溫度點所對應的電阻值,實際設計中共取了-30℃、-25℃、-20℃、……、230℃、235℃、240℃這55個點。

溫度值/℃

對應電阻值/歐姆

-30

88.22

-25

90.19

……

……

T1

R1

T2(T2=T1+5)

R2

……

……

235

188.66

240

190.47

        把每隔5℃分為一個小區間,一共54個小區間,在每個小區間已經可以認為溫度是線性的了。所以當采樣到電阻值為R時,首先判斷R在哪個小區間中,假設此時R在區間[R1,R2]中,則此時可以得到(T-T1)/(T2-T1)=(R-R1)/(R2-R1)所以T=5*(R-R1)/(R2-R1)+T1通過上述方式,得到的溫度值能很好的滿足設計的精度。

        4-20mA電流輸出校準設計

        4-20mA設計精度為±0.08mA。可是在測試中發現,每一臺裝置的輸出在相同條件下都有較小的差異。甚至有一些會超出誤差范圍!經過測試發現,原來是每一臺裝置雖然原理是相同的,可畢竟這只是理論,在實際硬件上不可能百分百相同。正是由于不可避免的微小的差異導致了電流輸出的差異。所以在后期設計了電流輸出校準。

        電流輸出是由電平可調節的占空比PWM控制的,在4-20mA范圍內的線性度是很好的,所以采用峰值校準。設計中最大輸出電流對應的占空比初始值為PWM0 (每一臺裝置的PWM0都是相同的),然后測量此裝置在PWM0下的電流輸出Imax,Imax理論上是20mA,實際上往往Imax是在20mA上下甚至超出誤差范圍。在這種情況下,則需要采用校準,由于PWM和電流輸出的線性關系,所以PWM1/ PWM0=20/Imax更新PWM初始值為PWM1即可。經過測試,此方式可行,經過校準后的裝置都能達到精度要求。

        電磁兼容(EMC)設計

        EMC已經日益成為衡量產品性能的重要因素。在設計中已經成為一個不可忽視的重點、難點。地是影響EMC的關鍵因素,所以在設計中都盡量保證了系統地的完整性,為EMC構建了一個良好的地平臺。

        設計中,在裝置電源入口增加磁環,大范圍的采用電容濾波、旁路,以及對電源線的增寬,減短處理,對接插件的接口利用電容旁路等處理,都增加了裝置對電快速群脈沖和靜電放電的抗干擾能力。而在信號線上的專門增加的兩級防護電路,則保證了裝置在雷擊浪涌的安全。

        電磁兼容:

        裝置能承受電快速群脈沖擾抗度試驗三級

        裝置能承受靜電放電擾抗度試驗三級

        裝置能承受浪涌(沖擊)擾抗度試驗三級

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