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      BWD-3K干式变压器温控仪的设计
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              干式变压器的安全运行和使用寿命,很大程度取决于变压器绕组绝缘的安全可靠。绕组温度超过绝缘耐受温度使绝缘被破坏,是导致变压器不能正常工作的主要原因之一。因此对变压器运行温度的监测及其报警控制是十分重要的。 变压器结构从从内到外依次为铁芯、低压绕组和高压绕组,而发热源主要为铁芯和低压绕组。干式变压器温控仪则可以实时监测其温度以达到控制温度的目的。正是基于此,公司开发了BWD-3K干式变压器温控仪。

              温度的采样设计

              温控仪采用PT100高精度传感器。PT100电阻值的和温度对应关系为

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

              Rt=R0(1+AT+BT2), T∈(0,850]

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

              显然,上述计算方式过于麻烦,程序实现起来不现实。所以需要一种更加方便快捷的方式。在实际设计中采样温度范围为-30℃~+240℃,精度1级。在此范围内PT100都具有很好的线性度,但是并非是完全线性的。若果采用简单的线性算法T=(R-R0)/0.3851 ℃,(R为实测电阻,单位为欧姆;R0=100欧姆)

              由于采样的温度范围较大,实际上是很难到达设计精度的。所以在设计中,还是需要采用另一种更加可靠的算法:查表法。通过查PT100热电阻分度值表可直接得到PT100在-30℃到240℃的每个温度点所对应的电阻值,实际设计中共取了-30℃、-25℃、-20℃、……、230℃、235℃、240℃这55个点。

      温度值/℃

      对应电阻值/欧姆

      -30

      88.22

      -25

      90.19

      ……

      ……

      T1

      R1

      T2(T2=T1+5)

      R2

      ……

      ……

      235

      188.66

      240

      190.47

              把每隔5℃分为一个小区间,一共54个小区间,在每个小区间已经可以认为温度是线性的了。所以当采样到电阻值为R时,首先判断R在哪个小区间中,假设此时R在区间[R1,R2]中,则此时可以得到(T-T1)/(T2-T1)=(R-R1)/(R2-R1)所以T=5*(R-R1)/(R2-R1)+T1通过上述方式,得到的温度值能很好的满足设计的精度。

              4-20mA电流输出校准设计

              4-20mA设计精度为±0.08mA。可是在测试中发现,每一台装置的输出在相同条件下都有较小的差异。甚至有一些会超出误差范围!经过测试发现,原来是每一台装置虽然原理是相同的,可毕竟这只是理论,在实际硬件上不可能百分百相同。正是由于不可避免的微小的差异导致了电流输出的差异。所以在后期设计了电流输出校准。

              电流输出是由电平可调节的占空比PWM控制的,在4-20mA范围内的线性度是很好的,所以采用峰值校准。设计中最大输出电流对应的占空比初始值为PWM0 (每一台装置的PWM0都是相同的),然后测量此装置在PWM0下的电流输出Imax,Imax理论上是20mA,实际上往往Imax是在20mA上下甚至超出误差范围。在这种情况下,则需要采用校准,由于PWM和电流输出的线性关系,所以PWM1/ PWM0=20/Imax更新PWM初始值为PWM1即可。经过测试,此方式可行,经过校准后的装置都能达到精度要求。

              电磁兼容(EMC)设计

              EMC已经日益成为衡量产品性能的重要因素。在设计中已经成为一个不可忽视的重点、难点。地是影响EMC的关键因素,所以在设计中都尽量保证了系统地的完整性,为EMC构建了一个良好的地平台。

              设计中,在装置电源入口增加磁环,大范围的采用电容滤波、旁路,以及对电源线的增宽,减短处理,对接插件的接口利用电容旁路等处理,都增加了装置对电快速群脉冲和静电放电的抗干扰能力。而在信号线上的专门增加的两级防护电路,则保证了装置在雷击浪涌的安全。

              电磁兼容:

              装置能承受电快速群脉冲扰抗度试验三级

              装置能承受静电放电扰抗度试验三级

              装置能承受浪涌(冲击)扰抗度试验三级

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