【正文】 的降溫，風(fēng)扇投入的數(shù)量是根據(jù)溫度的高低而決定。它不僅具有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。（3）提供的庫(kù)函數(shù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。依次類推，每隔10℃作為一種運(yùn)行方式工作的基礎(chǔ)，當(dāng)升高到75℃時(shí)第四組風(fēng)扇啟動(dòng)，如果還無(wú)法滿足冷卻要求，溫度繼續(xù)升高到85℃時(shí)，設(shè)計(jì)的聲光報(bào)警電路開(kāi)始工作，蜂鳴器發(fā)出聲音，同時(shí)強(qiáng)行將變壓器從電力線路出切除出來(lái)，防止因?yàn)樽儔浩鞲邷囟霈F(xiàn)安全事故或隱患。目前，油浸式變壓器在額定負(fù)載時(shí)的使用壽命約為20年，這是按周圍冷卻介質(zhì)的計(jì)算溫度為20℃，而變壓器溫度高點(diǎn)為95—98℃推算出來(lái)的，一般認(rèn)為溫度最高點(diǎn)與平均溫度相差10—13℃。光電隔離是由光電耦合器件來(lái)完成的。這些特性使穩(wěn)壓器可以給本機(jī)或板卡穩(wěn)壓提供一個(gè)很好的解決噪聲干擾問(wèn)題的方案。當(dāng)RS和RW共同為低電平時(shí)可以寫(xiě)入指令或者顯示地址，當(dāng)RS為低電平RW為高電平時(shí)可以讀忙信號(hào)，當(dāng)RS為高電平RW為低電平時(shí)可以寫(xiě)入數(shù)據(jù)。使用MAX488—MAX491可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信，而MAX48MAX48MAX48MAX487與MAX1487則為半雙工應(yīng)用設(shè)計(jì)。圖38 輸出控制電路因?yàn)楸狙b置是控制風(fēng)扇電機(jī)的啟停，為了防止高壓側(cè)的干擾進(jìn)入單片機(jī)系統(tǒng)，使用驅(qū)動(dòng)用的光電隔離MOC3041，單片機(jī)輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)MOC3041來(lái)控制雙向可控硅的導(dǎo)通。其中積分型A/D轉(zhuǎn)換器電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，且能做到高分辨率，但轉(zhuǎn)換速度較慢。抽樣是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過(guò)程；量化是將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程；編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來(lái)表示。 圖36 油流繼電器輸出信號(hào)采集電路圖油流繼電器安裝在冷卻器和油泵之間的聯(lián)管上，它將擋板伸入到聯(lián)管中。LM35有多種不同封裝型式，在常溫下，LM35不需要額外的校準(zhǔn)處理即可達(dá)到177。鉑電阻溫度傳感器是利用其電阻與溫度成一定函數(shù)關(guān)系而制成的溫度傳感器。對(duì)于51系列單片機(jī)來(lái)說(shuō)，單片機(jī)+晶振電路+復(fù)位電路，就組成了一個(gè)最小系統(tǒng)。PIC以保密熔絲來(lái)保護(hù)代碼，用戶在燒入代碼后熔斷熔絲，別人再也無(wú)法讀出，除非恢復(fù)熔絲。下面是對(duì)兩種單片機(jī)的比較，選出適合本裝置使用的單片機(jī)。圖31 變壓器冷卻裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖 硬件系統(tǒng)部件設(shè)計(jì) 控制裝置主要由單片機(jī)、溫度傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、矩陣鍵盤(pán)電路、顯示模塊、通訊模塊以及復(fù)位電路等組成，其中單片機(jī)是控制裝置的核心，A/D轉(zhuǎn)換器是把輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。而驅(qū)動(dòng)電路在接到微控制器的控制指令以后，進(jìn)行相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)工作，以使得冷卻設(shè)備按照程序進(jìn)行降溫工作或停止工作。（5）控制箱采用兩回路獨(dú)立電源供電，兩路電源可任意選一路工作或備用；當(dāng)一路電源故障跳閘時(shí)，另一路電源能自動(dòng)投入。當(dāng)周圍空氣溫度低于允許值時(shí)，雖然變壓器散熱能力大大增加，在同樣的負(fù)荷下，變壓器的溫度很低，但仍不允許變壓器過(guò)負(fù)荷運(yùn)行。另一方面，即使絕緣還沒(méi)有損壞，但是溫度愈高，在電動(dòng)力的作用下，絕緣容易破裂，絕緣的性能愈差，便很容易被高壓擊穿而造成故障。 冷卻設(shè)備：該設(shè)備主要是由風(fēng)扇和冷卻器本體組成，其實(shí)也就是冷卻裝置的被控對(duì)象，用來(lái)直接對(duì)變壓器進(jìn)行散熱與冷卻。此種冷卻裝置不僅克服了現(xiàn)有冷卻裝置的弊端，而且運(yùn)行可靠、控制準(zhǔn)確，對(duì)變壓器的冷卻有相當(dāng)顯著的作用。（2）裝置的啟停是利用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與繼電器連鎖動(dòng)作實(shí)現(xiàn)的。為了有效的冷卻變壓器，采用油代替了空氣，變壓器油的耐電強(qiáng)度、傳熱性能比空氣的要好的多，熱容量也相對(duì)于空氣大得多，這樣可以在不改變變壓器體積的同時(shí)增大它的容量。新的變壓器冷卻裝置正是為了克服傳統(tǒng)冷卻方式而應(yīng)運(yùn)而生的。人們的生活、工業(yè)的發(fā)展以及經(jīng)濟(jì)的需要都離不開(kāi)電，而電力變壓器作為供電系統(tǒng)中的重要設(shè)備之一，它的性能、質(zhì)量直接關(guān)系到電力系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性和經(jīng)濟(jì)效益。冷卻裝置是將變壓器運(yùn)行中產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去的設(shè)備，同時(shí)也是本文主要研究的內(nèi)容。環(huán)氧樹(shù)脂是一種不燃的固體絕緣材料，其絕緣強(qiáng)度高，運(yùn)行噪音小，無(wú)需保養(yǎng)維修，關(guān)鍵是其耐熱性高，適應(yīng)高污穢、高溫、潮濕的環(huán)境。傳統(tǒng)的變壓器冷卻裝置多由繼電開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，此處拿自動(dòng)控制強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷裝置來(lái)舉例子。目前，國(guó)內(nèi)運(yùn)行的風(fēng)冷控制裝置仍以傳統(tǒng)的繼電式控制裝置占絕大多數(shù)，類似河南公司的冷卻裝置仍在研發(fā)階段，投入正常使用的基本沒(méi)有。強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻裝置（簡(jiǎn)稱風(fēng)冷卻器）與油自然循環(huán)風(fēng)冷卻裝置的主要區(qū)別是采用潛油泵強(qiáng)迫油進(jìn)行循環(huán)，這樣油流速度加快，冷卻效率自然提高。若變壓器的溫度長(zhǎng)時(shí)間超過(guò)允許值，則變壓器的絕緣容易損壞。因此，需要對(duì)變壓器的額定負(fù)荷時(shí)各部分的溫升作出規(guī)定，這就是變壓器的允許溫升。（2）當(dāng)運(yùn)行中的變壓器頂層油溫或變壓器負(fù)荷達(dá)到規(guī)定值時(shí)，能使輔助冷卻器自動(dòng)投入。介紹完了冷卻裝置的組成部分，接下來(lái)就是如何把它們總體的“組合”在一起，實(shí)現(xiàn)對(duì)變壓器的冷卻。使用通訊實(shí)現(xiàn)變壓器冷卻控制裝置與遠(yuǎn)程控制室之間的數(shù)據(jù)通信。，應(yīng)用靈活由于產(chǎn)品均成系列化生產(chǎn)，品種齊全，多數(shù)采用模塊式的硬件結(jié)構(gòu)，組合和擴(kuò)展方便，用戶可根據(jù)自己的需要靈活選用，以滿足系統(tǒng)大小不同及功能繁簡(jiǎn)各異的控制要求。（5）其引腳具有防瞬態(tài)能力。 圖32 兩種單片機(jī)I/O口對(duì)比圖從上圖可以明顯看出兩種單片機(jī)I/O口分布的區(qū)別，從而也決定了它們功能的區(qū)別。該傳感器由精密級(jí)鉑熱電阻元件和經(jīng)特殊工藝處理的防護(hù)套組成，并用四芯屏蔽信號(hào)電纜線從敏感元件引出用于測(cè)量，通常可以采用四線測(cè)量法測(cè)量，以減少導(dǎo)線電阻引起的測(cè)量誤差。LM35系列傳感器生產(chǎn)制作時(shí)已經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)，輸出電壓與攝氏溫度一一對(duì)應(yīng)，使用極為方便。氣體繼電器可以做壓力控制、壓力報(bào)警、壓力保護(hù)等用途。將模擬量或連續(xù)變化的量進(jìn)行量化（離散化），轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量的電路。A/D轉(zhuǎn)換器按照轉(zhuǎn)換原理可分為直接A/D轉(zhuǎn)換器和間接A/D轉(zhuǎn)換器。[14] 輸出控制電路輸出電路控制7臺(tái)設(shè)備的通斷，這5臺(tái)設(shè)備主要是4臺(tái)冷卻風(fēng)扇、1臺(tái)備用風(fēng)扇、1臺(tái)斷路器和1臺(tái)潛油泵。驅(qū)動(dòng)器具有短路電流限制，并可以通過(guò)熱關(guān)斷電路將驅(qū)動(dòng)器輸出置為高阻狀態(tài)，防止過(guò)度的功率損耗。液晶顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在袖珍式儀表和低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。 圖312 顯示電路 液晶顯示模塊是一個(gè)慢顯示器件，所以在執(zhí)行每條指令之前一定要確認(rèn)模塊的忙標(biāo)志位低電平，表示不忙，否則此指令無(wú)效。隔離的實(shí)質(zhì)是把引進(jìn)的干擾通道切斷，從而達(dá)到隔離現(xiàn)場(chǎng)干擾的目的。（4） 光電耦合器的光電耦合部分是在一個(gè)密封的管殼內(nèi)進(jìn)行的。冷卻裝置中的風(fēng)扇采用梯階的方式進(jìn)行投入使用。[18] 編程采用C語(yǔ)言，C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的某些特點(diǎn)，用C語(yǔ)言進(jìn)行程序設(shè)計(jì)已經(jīng)成為軟件開(kāi)發(fā)的一個(gè)主流。 圖45 顯示子程序流程圖第5章 硬件電路仿真冷卻裝置的硬件與軟件設(shè)計(jì)完成后，需要對(duì)它進(jìn)行一些仿真實(shí)驗(yàn)，以便觀察設(shè)計(jì)是否合理以及軟件能否實(shí)現(xiàn)。當(dāng)溫度繼續(xù)升高就來(lái)到了圖56的狀態(tài)，此時(shí)報(bào)警電路工作，發(fā)出報(bào)警狀態(tài)。致 謝畢業(yè)離校在即，我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)也進(jìn)入了尾聲?；仡櫞髮W(xué)生活，還有好多幫助過(guò)我、支持過(guò)我的朋友和同學(xué)們，在此一并感謝。 四年所學(xué)都用到了畢業(yè)設(shè)計(jì)中，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中能明顯感覺(jué)到自己的知識(shí)還是比較匱乏，在一邊完成設(shè)計(jì)一邊學(xué)習(xí)的過(guò)程中，收獲是很多的。下面幾幅圖就是溫度不同時(shí)，繼電器的不同動(dòng)作狀態(tài)。：系統(tǒng)運(yùn)行的初始溫度為45℃，每升高10℃，增加一組風(fēng)扇的投入。這種編程方法有以下特點(diǎn)：（1）模塊化編程使程序開(kāi)發(fā)更有效。經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)，變壓器的損耗與溫度的關(guān)系是一條直線，冷卻裝置的散熱功率與溫度的關(guān)系也是一條直線。而干擾源電阻一般都很大（105106歐姆），按分壓比原理，傳送到光電耦合器輸入端的干擾電壓就變得很小了。 Co對(duì)穩(wěn)定性而言是可有可無(wú)的，但的確能夠改善瞬態(tài)響應(yīng)。高電平表示有效，低電平則無(wú)效 指令4：顯示開(kāi)關(guān)控制。六個(gè)按鍵共用一個(gè)鍵盤(pán)服務(wù)程序。MAX48MAX48MAX48MAX48MAX49以及MAX1487是用于RS—485與RS—422通信的低功耗收發(fā)器，每個(gè)器件中都具有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和一個(gè)接收器。但由于DO端與DI端在通信時(shí)是分時(shí)操作的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。轉(zhuǎn)換精度與轉(zhuǎn)換速度是衡量A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的重要技術(shù)指標(biāo)。通過(guò)它，來(lái)保護(hù)冷卻裝置中五個(gè)風(fēng)扇的正常運(yùn)行。計(jì)算公式： Vout_LM35(T)=10mV/℃T℃ （31）特性：(1)在攝氏溫度下直接校準(zhǔn)(2)﹢℃的線性刻度系數(shù)(3)℃的精度（在25℃）(4)額定溫度范圍為﹣55℃至150℃(5)適合于遠(yuǎn)程應(yīng)用(6)工作電壓范圍寬，4V至30V(7)低功耗，小于60uA(8)在靜止空氣中，自然效應(yīng)低，℃的自熱(9)非線性僅為177。為了盡量避免誤差，常用以下措施來(lái)解決。 溫度采集電路“溫度”是一個(gè)重要的熱學(xué)物理量，它不僅和我們的生活環(huán)境密切相關(guān)，在科研及生產(chǎn)過(guò)程中，溫度的變化對(duì)實(shí)驗(yàn)及生產(chǎn)的結(jié)果至關(guān)重要，所以溫度傳感器應(yīng)用廣泛。STC89C58單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代超強(qiáng)抗干擾、高速和低功耗的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051單片機(jī)，12時(shí)鐘/機(jī)器周期和6時(shí)鐘/機(jī)器周期可任意選擇，最新的D版本內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路。PIC系列8位CMOS單片機(jī)具有獨(dú)特的RISC結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)總線和指令總線分離的哈佛總線（Harvard）結(jié)構(gòu)，使指令具有單字長(zhǎng)的特性，且允許指令碼的位數(shù)可以多于8位的數(shù)據(jù)位數(shù)，這與傳統(tǒng)的采用CISC結(jié)構(gòu)的8位單片機(jī)相比，可以達(dá)到2:1的代碼壓縮，速度提高4倍。這樣，設(shè)備從工廠里生產(chǎn)出來(lái)功能基本上是固定的，若要改變就必須改變控制器內(nèi)部的硬件接線，使用起來(lái)不靈活，也很麻煩?？刂齐娐房刂?臺(tái)設(shè)備的通斷，這7臺(tái)設(shè)備是1臺(tái)變壓器油泵、4臺(tái)冷卻風(fēng)扇、1臺(tái)備用風(fēng)扇和1臺(tái)斷路器。為了保護(hù)風(fēng)扇和潛油泵的正常工作還加入了保護(hù)電路，就是對(duì)風(fēng)扇的電流和油流繼電器的狀態(tài)進(jìn)行采集。（2）按制造廠的規(guī)定安裝全部冷卻裝置。而在正常情況下，為保護(hù)絕緣油不致過(guò)度氧化，上層油溫以不超過(guò)85℃為宜。[6] 冷卻裝置應(yīng)滿足的要求在變壓器冷卻裝置的設(shè)計(jì)中參考了電力變壓器運(yùn)行規(guī)程（DL/T 57295）中關(guān)于強(qiáng)迫油循環(huán)電力變壓器冷卻裝置及運(yùn)行條件的規(guī)定，也是冷卻裝置應(yīng)該滿足的要求。 第2章 變壓器冷卻控制裝置原理冷卻裝置是變壓器的重要組成部分，它的工作保證了變壓器各部分的溫度保持在規(guī)定值以內(nèi)。[3] 現(xiàn)有的電力變壓器冷卻裝置 目前，國(guó)內(nèi)變壓器主力廠沈陽(yáng)、保定、西安及合資廠ABB、西門(mén)子等，其變壓器出廠時(shí)配置的強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷卻控制裝置的工作原理、邏輯回路、主要元器件的選配大致類似，差異很小。經(jīng)過(guò)制造部門(mén)和運(yùn)行部門(mén)共同努力，這些問(wèn)題逐一得到解決，運(yùn)行也逐步穩(wěn)定。因此，開(kāi)發(fā)更多新型的冷卻裝置迫在眉睫。具體來(lái)說(shuō)變壓器有負(fù)載損耗，包括直流損耗和渦流損耗。變壓器是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換的裝置，轉(zhuǎn)換過(guò)程中必然有能量損失，損失的能量大部分表現(xiàn)為熱能。 電力變壓器冷卻裝置的發(fā)展隨著電力變壓器容量與電壓等級(jí)的不斷提高，以前普及的常規(guī)冷卻裝置開(kāi)始不斷暴露出許多缺點(diǎn)，這些缺點(diǎn)成為大型電力變壓器發(fā)展的障礙。當(dāng)時(shí)的水冷卻器銅管與管座采用漲管技術(shù)，從制造技術(shù)到運(yùn)行應(yīng)用水平都不高，給變壓器安全運(yùn)行帶來(lái)一定的影響，發(fā)生了冷卻器凍壞、冷卻器差壓繼電器彈性膜漏水、冷卻器水管滲漏等一系列問(wèn)題。（5）發(fā)生故障時(shí)，信號(hào)指示燈發(fā)出直流燈光信號(hào)。這是本設(shè)計(jì)目前可以實(shí)現(xiàn)的功能，較之以前使用的油循環(huán)風(fēng)冷卻裝置的功能更加全面，控制更加方便與人性化。 遠(yuǎn)方信號(hào)系統(tǒng)：方便運(yùn)行人員監(jiān)控冷卻裝置或者變壓器的運(yùn)行狀況。由于繞組的平均溫度比油溫高10℃，同時(shí)為了防止油質(zhì)劣化，所以規(guī)定變壓器上層油最高不超過(guò)95℃。 油浸式變壓器頂層油溫一般限值 冷卻方式冷卻介質(zhì)最高溫度（℃）最高頂層油溫（℃）強(qiáng)迫油循環(huán)風(fēng)冷4085 對(duì)變壓器的冷卻裝置的要求 （1）要求油浸式變壓器本體的冷卻裝置、溫度測(cè)量裝置等應(yīng)符合GB6451的要求。溫度采集即是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，即用溫度傳感器采集供單片機(jī)輸出控制的溫度信號(hào)。變壓器南邊兩組，北邊兩組，另有一組備用。在它們誕生前，工業(yè)電器控制主要使用低壓電器構(gòu)成的繼電接觸器電路，它是以接線邏輯實(shí)現(xiàn)控制功能的。（2）精簡(jiǎn)指令使其執(zhí)行效率大為提高。STC89C58是一款在工業(yè)控制過(guò)程中使用較多的單片機(jī)，也是電子設(shè)計(jì)工程師認(rèn)證實(shí)訓(xùn)實(shí)驗(yàn)箱采用的單片機(jī)型號(hào)。 圖33 STC89C58型單片機(jī)最小系統(tǒng)圖把這些器件組合起來(lái)就能很好的使用單片機(jī)，它們都是為了使單片機(jī)更好的工作而設(shè)立的。鉑電阻溫度傳感器在防護(hù)設(shè)備里經(jīng)常用到。LM35DZ輸出為0℃—100℃，而LM35CZ輸出可覆蓋﹣40℃—110℃，且精度更高，兩種芯片的精度都比LM35高，不過(guò)價(jià)格也稍高。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，特設(shè)計(jì)下面的風(fēng)扇電流采集電路。將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的電路，稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC，Analog to digital converter）；將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)的電路稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換器或ADC，Digital to analog converter）；A/D轉(zhuǎn)換器和D/A轉(zhuǎn)換器已成為信息系統(tǒng)中不可缺的組成部分，為確保系統(tǒng)處理結(jié)果的精確度，A/D轉(zhuǎn)換器與D/A轉(zhuǎn)換器