[发明专利]基于电磁感应的变压器油辅助加热装置及其控制方法

权利要求书

1.一种基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，包括加热单元和控制该加热单元工作的控制单元，其特征在于：所述加热单元包括加热油管(3)，在该加热油管(3)外覆盖有保温层(2)，在该保温层(2)外缠绕有电磁线圈(1)，该电磁线圈(1)与谐振电容(4)串联作为等效负载，并且在该加热油管(3)的进油口和出油口处分别安装有温度传感器；所述控制单元包括与前述所有温度传感器连接的控制器，还包括380V工频交流电源，该380V工频交流电源依次通过三相桥式不可控整流电路、单相全桥逆变电路与前述的等效负载连接，从而将380V工频交流电整流后再逆变得到高频交流方波电压通入等效负载中；其中前述的控制器还分别与电压传感器和电流传感器连接，该电压传感器并联在前述的谐振电容(4)两端而该电流传感器与前述电磁线圈(1)串联；其中该控制器通过隔离电路与单相全桥逆变电路连接从而输出PWM波信号控制该单相全桥逆变电路工作，还包括相敏检波电路，该相敏检波电路分别与该电流传感器和前述的控制器连接，从而能自动跟踪谐振频率并且能通过控制器调节单相全桥逆变电路输出高频交流电的频率以使谐振电容(4)和电磁线圈(1)工作在谐振状态。

2.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中电压传感器和电流传感器的输出端分别与保护电路的信号采集端连接，该保护电路的保护信号输出端与所述控制器连接。

3.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中控制器通过光纤接收器和光纤与工控机连接，从而获取工控机发送的变压器油期望温度值，并且由控制器将变压器油实际温度值与电磁线圈(1)的电压电流值信号发送给工控机。

4.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中加热油管(3)采用铸铁材料，保温层(2)采用玻璃棉。

5.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中加热油管(3)由四段油管串联而成，每一段油管长1m，外径为0.06m，内径为0.0568m，被电磁线圈(1)包裹的长度为0.8m，电磁线圈(1)采用直径为2.5mm的铜导线单层密绕而成，每段加热油管(3)电磁线圈(1)为320匝。

6.如权利要求5所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中加热油管(3)电磁线圈(1)的等效电感量为2mH，与电磁线圈(1)串联的谐振电容(4)为2uF，从而获得固有谐振频率为2.5kHz的等效负载。

7.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中单相全桥逆变电路的两个桥臂各产生一路极性相反、相位相差90度占空比为50％的方波电压。

8.如权利要求1所述的基于电磁感应的变压器油辅助加热装置，其特征在于：其中控制器采用DSP控制器。

9.一种基于电磁感应的变压器油辅助加热装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)控制器接收工控机给定的变压器油加热期望温度值t_H；

(2)安装在加热油管(3)进油口以及出油口处的温度传感器将测得的实际温度值t_L输送到控制器中，控制器根据变压器油期望温度值t_H和实际温度值t_L的差值Δt，通过比例调节确定移相角δ的大小；

(3)当变压器油实际温度值t_L和期望温度值t_H相差较大时，调节移相角δ为零，以最大输出功率加热；当变压器油实际温度值t_L不断逼近期望温度值t_H时，调节移相角δ逐渐增大，输出功率逐渐减小，从而防止变压器油温度超越上限温度值。

10.一种基于电磁感应的变压器油辅助加热装置控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)当加热装置工作在谐振状态时，相敏检波电路的输出功率达到最大；当加热装置的工作频率小于谐振频率时，相敏检波电路的输出功率随工作频率的增加而增加；当加热装置的工作频率大于谐振频率时，相敏检波电路的输出功率随工作频率的增加而减小；

(2)与相敏检波电路第n次的输出功率P_n相比，控制器判断相敏检波电路第n+1次的输出功率P_n+1是否减小，若P_n-P_n+1＞P_min，则判定加热装置已偏离谐振点工作；反之，则判定加热装置在谐振点附近工作；

(3)若加热装置已偏离谐振点工作，则以固定步长Δf＝100Hz增加装置的工作频率，与相敏检波电路第n+1次的输出功率P_n+1相比，控制器判断相敏检波电路第n+2次的输出功率P_n+2是否增大，若P_n+2-P_n+1＞P_min，仍以固定步长Δf＝100Hz增加装置的工作频率，直至相敏检波电路输出功率P_n+3-P_n+2＜P_min为止，此时，加热装置的工作频率为第n+2次比较时所对应的频率；反之，则以固定步长Δf＝-100Hz减小装置的工作频率，直至相敏检波电路输出功率P_n+3-P_n+2＜P_min为止，此时，加热装置工作频率为第n+2次比较时所对应的频率；

(4)以第n+2次比较时确定的频率持续工作1分钟，进行下一次循环，直至加热结束。