專利名稱：：高壓感應(yīng)取能電源和從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及高壓供電領(lǐng)域，尤其涉及一種高壓感應(yīng)取能電源和從高壓線獲耳又電源以進(jìn)行供電的方法。
背景技術(shù)：
：對于發(fā)電廠、變電站與輸配電線路的狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測時，高因用于信號傳感與信息傳送的電子設(shè)備位于高壓側(cè)，不能使用常規(guī)電源供電。目前應(yīng)用較多的高壓側(cè)供電方式包括電池供電、線;洛電流感應(yīng)取能供電、電容分壓取能供電與激光供電，以及太陽能供電等。(1)電池供電電池供電方式設(shè)計直觀、簡單，但是設(shè)備使用期限嚴(yán)重受限于電池容量與性能，且更換設(shè)備或電池必須停電進(jìn)行，影響供電。(2)線;咯電流感應(yīng)耳又能供電線路電流感應(yīng)取能供電是利用高壓線路(交流)周圍存在的交變》茲場，通過電》茲感應(yīng)原理獲耳又能量，然后經(jīng)過處理l是供給高壓側(cè)電子設(shè)備的方法。此供能方式體積小、結(jié)構(gòu)緊湊、絕緣封裝簡單、5使用安全；供電比較可靠、成本低。設(shè)計難點在于高壓線路電流不是穩(wěn)定值，且變化范圍非常大，因此》茲感應(yīng)線圏必須同時兼顧最小、最大兩種極限條件，后續(xù)處理電路應(yīng)有保護(hù)功能，以確保電壓穩(wěn)定輸出。目前，現(xiàn)有的線^各電流感應(yīng)取能供電裝置，其補償方式采用電子電^各完成，電蹈4支復(fù)雜，過剩功率以發(fā)熱的形式予以消庫C，一定程度上降低了電源的可靠性與使用壽命。(3)電容分壓取能供電電容分壓取能供電是利用電容分壓器從高壓線路周圍存在的電場耳又能供電。這種供電方式與線^各電流感應(yīng)耳又能供電方式類似。由于一次電壓相只于電流來"i兌比4交穩(wěn)、定，此方案的電源車命出也專交穩(wěn)、定，但是設(shè)計該方法面臨著比線路電流感應(yīng)取能供電更大的困難。首先是如何保證取能電路和后續(xù)工作電路之間的電氣隔離問題，這要求嚴(yán)才各的過電壓防護(hù)和電》茲兼容i殳計；其次就是這種方法有著更多的誤差來源，溫度、雜散電容等多種因素都將影響該方法的性能；再次就是采用這種方法得到的功率有限，雖可通過改變電容的大小來調(diào)整功率輸出，但過大的電容將會帶來更多的問題。(4)激光供電能量傳送到高電壓側(cè)，再由光電轉(zhuǎn)換器件將光能量轉(zhuǎn)換為電能量，經(jīng)過DC-DC變換后提供穩(wěn)定的電源輸出。該方式突出優(yōu)點是能量以光的形式通過光纖傳輸?shù)礁邏簜?cè)，完全實現(xiàn)高、^氐壓側(cè)的電氣隔離，不受電磁干擾的影響，穩(wěn)定可靠。但其設(shè)計之難點在于激光的發(fā)光波長及輸出功率都受溫度影響，必須采取措施對溫度進(jìn)行自動控制，這是其一。其二，受激光輸出功率的限制，特別是光電轉(zhuǎn)換效率的影響，該方法提供的能量有限，制作成本高，制約大規(guī)模商用。(5)太陽能供電太陽能供電是利用光伏效應(yīng)，將太陽能裝換為電能并存儲，以供給高壓側(cè)的電子設(shè)備。該方法環(huán)保、節(jié)能，但不足之處在于電源的不穩(wěn)定性，受光強、外界環(huán)境溫度變化、季節(jié)變化等因素的影響。另外太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率不高問題，使得該方法提供的能量有限，從而制約了其應(yīng)用。目前的應(yīng)用與分析結(jié)果表明，線路電流感應(yīng)取能供電是一種最有發(fā)展前景的供電方式。
發(fā)明內(nèi)容針對以上一個或多個問題，本發(fā)明提供了一種高壓感應(yīng)取能電源和從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法，引入了補償線圈，利用不同磁性材料起始f茲導(dǎo)率的不同，而產(chǎn)生電動勢的不同進(jìn)行反向抵消，從而實現(xiàn)寬范圍補償，輸出平穩(wěn)的功率，簡化電路，降低熱耗。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種高壓感應(yīng)取能電源，用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電，包括取能單元，用于從高壓線感應(yīng)第一電動勢；補償單元，用于乂人高壓線感應(yīng)不同于第一電動勢的第二電動勢，并通過第二電動勢反向補償?shù)谝浑妱觿莸囊徊糠?，以使最終輸出的電壓平穩(wěn)；沖擊保護(hù)單元，分別連接至取能單元和補償單元，用于使隨后的器件免受沖擊，沖擊保護(hù)單元還用于雷擊保護(hù)；整流濾波單元，連4妄至沖擊保護(hù)單元，用于將耳又能單元和補償單元共同獲耳又的交流4爭4奐為直流，并對直流進(jìn)4亍濾波；以及降壓穩(wěn)、壓單元，用于對整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)4亍穩(wěn)、壓并將穩(wěn)、壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。取能單元包括取能線圏和取能》茲芯，補償單元包括補償線圈和補償磁芯。取能線圈和補償線圏反向串聯(lián)接入。取能i茲芯的起始磁導(dǎo)率高于補償i茲芯的起始^茲導(dǎo)率。取能^茲芯和補償》茲芯的半徑和體積由所需要的輸出功率來確定；以及取能線圏和補償線圈的匝數(shù)由所需要的輸出功率來確定。取能^茲芯可以由冷軋硅鋼制成，補償/磁芯可以由白鐵皮制成。取能磁芯可以由坡莫合金或納米晶材料制成，補償磁芯可以由冷軋硅鋼制成。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法，該方法包括通過取能單元從高壓線感應(yīng)第一電動勢，通過補償單元從高壓線感應(yīng)不同于第一電動勢的第二電動勢，其中，第一電動勢高于第二電動勢，第二電動勢反向補償?shù)谝浑妱觿莸囊徊糠?，以使輸出的電壓平穩(wěn)；將取能單元和補償單元感應(yīng)出的交流輸出到?jīng)_擊保護(hù)單元，以使隨后的器件免受沖擊；將經(jīng)過沖擊保護(hù)單元的交流輸出至整流濾波單元，以將共同獲耳又的電流轉(zhuǎn)換為直流，并對直流進(jìn)4于濾波；以及通過降壓穩(wěn)壓單元對整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。其中，取能單元的取能線圏和補償單元的補償線圈反向串聯(lián)接入。取能單元的取能磁芯的起始磁導(dǎo)率高于補償單元的補償磁芯的起始》茲導(dǎo)率。此處所說明的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，構(gòu)成本申請的一部分，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中8圖1是根據(jù)本發(fā)明的高壓感應(yīng)取能電源的框圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法的流程圖。l體實施方式下面參考附圖，詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式。線路電流感應(yīng)取能供電的能量來自高壓線路，取能是通過一個繞有線圈并穿套于高壓線路的vf茲環(huán)來完成的。目前，該供電方式亟需解決的問題包括1)在線路電流的寬范圍變化情況下，提供穩(wěn)定的輸出；2)長期的低熱耗穩(wěn)定運行。近年來關(guān)于線路電流感應(yīng)取能供電的研究，國內(nèi)外有很多報道。要求高壓側(cè)電子設(shè)備在高壓線路電流較d、的條件下能夠工作，可通過選取高初始磁導(dǎo)率的磁性材料，例如坡莫合金、納米晶材料等制作取能磁芯，適當(dāng)調(diào)整取能線圈匝數(shù)的方式解決。但是，當(dāng)線路電流較大時，取能線圈將產(chǎn)生很大一部分過剩功率，且電壓較高，目前報道中所采用的方法多是基于復(fù)雜的電子電路的補償方法，使其能夠工作于較大的線路電流。因采用復(fù)雜的電子電路，降低了電源的可靠性，同時，線3各電流舉交大時電源處于高熱一毛運^f亍狀態(tài)，亦縮短了使用壽命。本發(fā)明針對發(fā)電廠、變電站與輸配電線路的狀態(tài)進(jìn)行在線監(jiān)測時所釆用的感應(yīng)取能電源電路復(fù)雜、熱耗大等問題，提出了一種新的高壓感應(yīng)取能電源和從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法。除了傳統(tǒng)感應(yīng)取能電源所用取能線圏外，本發(fā)明引入了補償線圈，利用不同磁性材料起始磁導(dǎo)率的不同，而產(chǎn)生電動勢的不同進(jìn)行反向抵消，從而實現(xiàn)寬范圍補償，輸出平穩(wěn)的功率，簡化電路，降低熱耗。圖1是根據(jù)本發(fā)明的高壓感應(yīng)取能電源的結(jié)構(gòu)框圖。如圖l所示，根據(jù)本發(fā)明的高壓感應(yīng)取能電源，用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電，其包括取能單元102,用于從高壓線感應(yīng)第一電動勢；補償單元104，用于/人高壓線感應(yīng)不同于第一電動勢的第二電動勢，并通過第二電動勢反向補償?shù)谝浑妱觿莸囊徊糠?，以使最終輸出的電壓平穩(wěn)；沖擊^f呆護(hù)單元106,分別連4妄至取能單元和補償單元，用于使隨后的器件免受沖擊；整流濾波單元108,連接至沖擊保護(hù)單元，用于將取能單元和補償單元共同獲取的交流轉(zhuǎn)換為直流，并對直流進(jìn)4亍濾波；以及降壓穩(wěn)壓單元IIO,用于對整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)4亍穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。取能單元包括取能線圏102-2和取能》茲芯102-4,補償單元104包括補償線圏104-2和補償磁芯104-4。取能線圈和補償線圏反向串聯(lián)接入。其中，取能磁芯與補償磁芯均為軟磁材料，兩者最大之區(qū)別在于取能磁芯的起始f茲導(dǎo)率明顯高于補償磁芯的起始磁導(dǎo)率。取能磁芯和補償磁芯的半徑和體積由所需要的輸出功率來確定；以及取能線圏和補償線圈的匝數(shù)由所需要的輸出功率來確定。取能磁芯選用冷軋硅鋼制作，補償磁芯可選用白鐵皮制作。取能磁芯選用坡莫合金或納米晶材料制作，補償磁芯可選用冷軋硅鋼制作。關(guān)鍵在于取能磁芯的起始磁導(dǎo)率必須明顯高于補償磁芯的起始》茲導(dǎo)率。取能線圏與補償線圏由漆包銅線繞制而成。取能線圏與補償線圈須反向串聯(lián)接入。取能線圈與補償線圈的線徑、匝數(shù)取決于所需的輸出功率。沖擊^f呆護(hù)單元106可以用于保護(hù)后端器件。沖擊^f呆護(hù)單元快速吸收取能單元與補償單元飽和時產(chǎn)生的脈沖尖峰，緩沖高頻能量。同時，沖擊保護(hù)單元也起到雷擊保護(hù)的作用。整流濾波單元108將由耳又能單元與補償單元共同獲耳又的二次測交流經(jīng)整流電路變換為脈動直流，再經(jīng)濾波電路濾除諧波，產(chǎn)生比較平穩(wěn)的直流。降壓穩(wěn)壓單元110將前級輸出經(jīng)穩(wěn)壓保護(hù)電路后，再經(jīng)DC-DC變換，產(chǎn)生直流恒壓輸出。圖2是根據(jù)本發(fā)明的用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法的流程圖。如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電的方法包括S202,通過取能單元從高壓線感應(yīng)第一電動勢，通過補償單元/人高壓線感應(yīng)不同于第一電動勢的第二電動勢，其中，第一電動勢高于第二電動勢，第二電動勢反向補償?shù)谝浑妱觿莸囊徊糠?，以使輸出的電壓平穩(wěn)；S204，將取能單元和補償單元感應(yīng)出的交流輸出到?jīng)_擊保護(hù)單元，以使隨后的器件免受沖擊；S206，將經(jīng)過沖擊保護(hù)單元的交流輸出至整流濾波單元，以將共同獲耳又的電流轉(zhuǎn)4灸為直流，并^j"直流進(jìn)4于濾波；以及S208,通過降壓穩(wěn)、壓單元對整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。其中，取能單元的取能線圈和補償單元的補償線圈反向串聯(lián)接入。取能單元的取能磁芯的起始磁導(dǎo)率高于補償單元的補償磁芯的起始磁導(dǎo)率。具體地，以下進(jìn)行舉例說明。取能石茲芯可以選用冷軋硅鋼帶制作，補償磁芯可選用白鐵皮制作為例。取能磁芯與補償磁芯均由兩個單片不茲性材沖+疊成的半圓環(huán)組成圓環(huán)》茲芯。,茲芯內(nèi)徑60mm，夕卜徑84mm。其中，耳又能i茲芯高度18mm，取能線圈250匝；補償》茲芯高度15mm,補償線圏250匝；取能線圏與補償線圈均為0.29mm的漆包銅線。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從表l可以看出，在線3各電流較小時，加補償后線圈輸出功率較之未加補償?shù)木€圈輸出功率損失不大，在線路電流20A時，可提供不低于200mW的功率輸出。而線路電流100-800A時，同樣負(fù)載前提下，未加補償?shù)木€圏輸出功率急劇上升，剩余功率較大，熱耗較大；加補償后的線圈輸出功率趨于平穩(wěn)，熱耗較少。分析表明該補償方法簡單有效。根據(jù)本發(fā)明，改變?nèi)∧堋菲澬?、補償;茲芯的f茲材，調(diào)整取能線圈、補償線圈的匝數(shù)，在線路電流較小時，即可輸出滿足應(yīng)用的理想功率。以上所述^又為本發(fā)明的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。權(quán)利要求1.一種高壓感應(yīng)取能電源，用于從高壓線獲取電源以進(jìn)行供電，其特征在于，包括取能單元，用于從高壓線感應(yīng)第一電動勢；補償單元，用于從所述高壓線感應(yīng)不同于所述第一電動勢的第二電動勢，并通過所述第二電動勢反向補償所述第一電動勢的一部分，以使最終輸出的電壓平穩(wěn)；沖擊保護(hù)單元，分別連接至所述取能單元和所述補償單元，用于使隨后的器件免受沖擊；整流濾波單元，連接至所述沖擊保護(hù)單元，用于將所述取能單元和所述補償單元共同獲取的交流轉(zhuǎn)換為直流，并對所述直流進(jìn)行濾波；以及降壓穩(wěn)壓單元，用于對所述整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。2.4艮據(jù)4又利要求1所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特;f正在于，所述耳又能單元包括耳又能線圈和耳又能石茲芯，所述補償單元包括補償線圈和補償i茲芯。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特征在于，所述取能線圈和所述補償線圈反向串耳關(guān)4妻入。4.才艮據(jù)權(quán)利要求3所述的高壓感應(yīng)耳又能電源，其特4正在于，所述取能》茲芯的起始》茲導(dǎo)率高于所述補償石茲芯的起始》茲導(dǎo)率。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特征在于所述取能磁芯和所述補償磁芯的半徑和體積由所需要的豐lr出功率來確定；以及所述取能線圏和所述補償線圈的匝凄t由所需要的輸出功率來確定。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特征在于，所述沖擊^f呆護(hù)單元還用于雷擊^f呆護(hù)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特征在于，所述取能磁芯由冷軋硅鋼制成，所述補償磁芯由白鐵皮制成。8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓感應(yīng)取能電源，其特征在于，所述取能磁芯由坡莫合金或納米晶材料制成，所述補償磁芯由冷軋石圭鋼制成。9.一種用于/人高壓線獲耳又電源以進(jìn)行供電的方法，其特征在于，包括通過取能單元從高壓線感應(yīng)第一電動勢，通過補償單元從所述高壓線感應(yīng)不同于所述第一電動勢的第二電動勢，其中，所述第一電動勢高于所述第二電動勢，所述第二電動勢反向補償所述第一電動勢的一部分，以佳:，餘出的電壓平穩(wěn)、；將所述:f又能單元和所述補償單元感應(yīng)出的交流輸出到?jīng)_擊保護(hù)單元，以使隨后的器件免受沖擊；將經(jīng)過沖擊保護(hù)單元的交流輸出至整流濾波單元，以將所述共同獲耳又的電流轉(zhuǎn)換為直流，并對所述直流進(jìn)4亍濾波；以及通過降壓穩(wěn)壓單元對所述整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述取能單元的取能線圈和所述補償單元的補償線圈反向串聯(lián)接入。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法，其特征在于，所述取能單元的取能磁芯的起始磁導(dǎo)率高于所述補償單元的補償磁芯的起始磁導(dǎo)率。全文摘要本發(fā)明提供一種高壓感應(yīng)取能電源和從高壓線獲取電源的方法，該高壓感應(yīng)取能電源包括取能單元，從高壓線感應(yīng)第一電動勢；補償單元，從高壓線感應(yīng)不同于第一電動勢的第二電動勢，并通過第二電動勢反向補償?shù)谝浑妱觿莸囊徊糠?，以使最終輸出的電壓平穩(wěn)；沖擊保護(hù)單元，分別連接至取能單元和補償單元；整流濾波單元，連接至沖擊保護(hù)單元，將取能單元和補償單元共同獲取的交流轉(zhuǎn)換為直流并對直流進(jìn)行濾波；降壓穩(wěn)壓單元，對整流濾波單元的輸出電壓進(jìn)行穩(wěn)壓并將穩(wěn)壓后的電壓降低為合適的恒壓輸出。本發(fā)明通過引入補償線圈，利用不同磁性材料起始磁導(dǎo)率的不同而產(chǎn)生電動勢不同進(jìn)行反向抵消，從而實現(xiàn)寬范圍補償，輸出平穩(wěn)的功率，簡化電路，降低熱耗。文檔編號H01F41/02GK101442222SQ20081021213公開日2009年5月27日申請日期2008年9月8日優(yōu)先權(quán)日2008年9月8日發(fā)明者燕任,躍李,李光權(quán),明梁,赟王,陳海彬申請人:明梁