專利名稱：一種架空高壓線非接觸式自取電電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電工技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于架空高壓輸電線路上的感應(yīng)取電裝置，可為工作在高壓線上的監(jiān)控設(shè)備提供持續(xù)穩(wěn)定的電源。
背景技術(shù)：
為實現(xiàn)對高壓輸電線路運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，需要安裝一些監(jiān)控設(shè)備。這些設(shè)備需要用到較低電壓的穩(wěn)壓電源，由于這些監(jiān)控設(shè)備通常懸掛于戶外架空高壓輸電線上，采用浮空的工作方式，故難以直接由地面供電。采用蓄電池供電對設(shè)備耗能要求比較高，尤其模塊如果需要無線通訊，蓄電池供電壽時間大大縮短。有些監(jiān)控設(shè)備采用太陽能電池組和蓄電池配合的供電方式，因為受到氣候、環(huán)境與安裝條件的影響，受光面積小、易于被污染，故難于提供大電源功率，更無法實現(xiàn)全天候供電。通常高壓線總是有一定大小的電流流過，如果以電磁式電流互感器作為取電電源，利用高壓線的漏磁獲得電能，則可保證監(jiān)控設(shè)備有長期穩(wěn)定的電源供給。同其他供電方式相比，這種供電方案不需另處敷設(shè)供電線路，安全可靠性較好，不需更換電池，不受天氣和季節(jié)影響，尤其適合于野外的低壓裝置供電。由于高壓母線上大小電流變化范圍十分寬，小電流和大電流可以相差幾十倍。現(xiàn)有技術(shù)中采用電流互感器供電方案的電源無法保證取電電源在高壓輸電線路電流大范圍變化的情況下始終能夠安全的工作并能提供穩(wěn)定的功率輸出，當(dāng)高壓母線處于小電流狀態(tài)時，取電電源無法提供足夠的功率，而當(dāng)高壓母線處于大電流狀態(tài)時取電電路不能安全工作，例如發(fā)生短路故障時，電流會有上百倍的變化，感應(yīng)線圈上將產(chǎn)生很高的電壓，容易燒毀供電裝置和用電設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于高壓線監(jiān)控設(shè)備的非接觸式自取電電源。該電源從高壓母線電流周圍產(chǎn)生的磁場中獲取能量，能夠持續(xù)平穩(wěn)地對外提供電能，既可以在較小的母線電流下開始工作，也可以在較大的母線電流下確保安全，從而針對性地解決了高壓線上監(jiān)控設(shè)備的電源問題。本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是:一種架空高壓線非接觸式自取電電源，包括功率電路模塊和控制電路模塊，其中:
功率電路模塊包括安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的功率線圈、濾波電感、第一瞬態(tài)抑制二極管、泄放電路模塊、第一全橋整流電路、電容、直流穩(wěn)壓模塊、超級電容；其中，功率線圈的一端和濾波電感的一端相連接，濾波電感的另一端分別和第一瞬態(tài)抑制二極管的一端、泄放電路模塊的一端、第一全橋整流電路的第一輸入端相連，功率線圈的另一端分別和濾波電感的另一端、泄放電路模塊的另一端、第一全橋整流電路的第二輸入端相連，第一全橋整流電路輸出端的正極分別和電容的正極、直流穩(wěn)壓模塊的輸入端連接，直流穩(wěn)壓模塊的輸出端和超級電容 的正極相連接，第一全橋整流電路輸出端的負(fù)極分別和電容的負(fù)極、直流穩(wěn)壓模塊的接地端、超級電容的負(fù)極相連接；控制電路模塊包括安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的控制線圈、第二瞬態(tài)抑制二極管、第二全橋整流電路、第一電阻、第二電阻、場效應(yīng)管、第一穩(wěn)壓管；其中，控制線圈的一端分別和第二瞬態(tài)抑制二極管的一端、第二全橋整流電路的第一輸入端相連接，控制線圈的另一端分別和第二瞬態(tài)抑制二極管的另一端、第二全橋整流電路的第二輸入端相連接，第二全橋整流電路的輸出端正極和場效應(yīng)管的漏極相連接，第二全橋整流電路輸出端的負(fù)極和第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端分別和場效應(yīng)管的源極、第二電阻的一端相連接后接地，第二電阻的另一端分別場效應(yīng)管的柵極、第一穩(wěn)壓管的一端相連接，第一穩(wěn)壓管的另一端和功率電路模塊輸出端的正極端相接。進(jìn)一步的，所述泄放電路模塊包括光耦合器、雙向可控硅、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二穩(wěn)壓管；其中，光耦合器的第一管腳和第五電阻的一端相連接，第五電阻的另一端接地，光耦合器的第二管腳和第二穩(wěn)壓管的一端相連接，第二穩(wěn)壓管的另一端和功率電路模塊輸出端的正極端相接，光耦合器的第三管腳和第三電阻一端相連接，第三電阻另一端和雙向可控娃的一端相連接，光I禹合器的第四管腳分別和第四電阻的一端、雙向可控硅的控制端相連接，第四電阻的另一端和雙向可控硅的另一端相連接，所述光耦合器的型號為 M0C3041。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于能夠在較小的母線電流開始工作，為監(jiān)測設(shè)備提供充足的能源，又能夠在較大母線電流的情況下(如短路故障狀態(tài))，仍然正常運轉(zhuǎn)，保證電源的穩(wěn)定供應(yīng)。同時能夠在母線發(fā)生斷電的極端情況下維持較長的工作時間。


圖1是本發(fā)明 的整體電路原理圖。圖2是本發(fā)明的泄放電路模塊原理圖。
具體實施例方式高壓線非接觸式自取電電源的工作原理為:首先利用特制的電流互感器從高壓線一次側(cè)直接感應(yīng)得到一定大小的交變電壓，再通過相應(yīng)的整流電路和電源變換電路對其進(jìn)行處理，最后輸出穩(wěn)定的直流電壓供給負(fù)載使用?？紤]到電源在高壓母線大電流下和極端情況下安全穩(wěn)定工作的問題，特采取如下的一些措施:
一、設(shè)計了通過雙線圈繞制電流互感器進(jìn)行分流的辦法，由功率電路模塊提供電源工作所需要的能量，而控制電路模塊則起到消耗功率、吸收多余能量的作用，通過流經(jīng)其中的電流抵消互感器鐵芯上產(chǎn)生的部分磁通量，最終達(dá)到降低感應(yīng)電壓，輸出穩(wěn)定電壓的效果。以場效應(yīng)管作為開關(guān)，當(dāng)母線電流的大小超過電源工作的實際需要，達(dá)到一定的值，場效應(yīng)管將導(dǎo)通并工作在可變電阻區(qū)和飽和區(qū)，切入一個分流阻抗持續(xù)消耗鐵芯的功率輸出，限制整流電壓的進(jìn)一步升高；
二、為了防止突增的母線電流(如發(fā)生短路故障時)超出控制電路模塊的保護(hù)能力，提高電源工作的穩(wěn)定性，設(shè)計了泄放電路模塊起到監(jiān)控調(diào)節(jié)的作用，當(dāng)整流電壓超過一定大小以后，將迅速觸發(fā)光耦合器進(jìn)入工作狀態(tài)，從而控制雙向可控硅導(dǎo)通泄流。但同時由于泄放電路啟動工作后會導(dǎo)致回路中的電流激增，所以其工作時間不宜過長，提高母線電流突增時電源工作的穩(wěn)定性；
三、采用瞬態(tài)抑制二極管TVS，可以避免由于開關(guān)切換和自然界雷擊所引起的高能量瞬變干擾對電源的安全帶來的影響；
四、使用超級電容器作為蓄電池，平時可以吸收功率充電，當(dāng)輸電線路發(fā)生斷電或者母線電流極其微弱的時候可以對外穩(wěn)定輸出較長時間的電能。下面結(jié)合附圖對實施例作詳細(xì)說明，本發(fā)明中的非接觸式自取電電源，包括了安裝在高壓輸電線上的可開閉式環(huán)狀鐵心、分別繞置于環(huán)狀鐵心上的功率線圈和控制線圈、以及功率電路模塊、泄放電路模塊和控制電路模塊。如圖1所示，功率電路模塊包括了安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的功率線圈nl，nl經(jīng)過濾波電感L后在兩端并聯(lián)有瞬態(tài)抑制二極管TVSl和泄放電路模塊XF，此后與全橋整流電路的兩輸入端相連，全橋整流電路的兩輸出端并聯(lián)電容Cl后接直流穩(wěn)壓模塊78M05的兩輸入端，78M05的兩輸出端并聯(lián)超級電容C2后接負(fù)載FZ。如圖1所示，控制電路模塊包括了安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的控制線圈n2，n2的兩端并聯(lián)瞬態(tài)抑制二極管TVS2，并與全橋整流電路的兩輸入端相連，采用了場效應(yīng)管IRFR214作為開關(guān)，其漏極D與整流電路輸出端的正極端相連，源極S接地，柵極G經(jīng)過穩(wěn)壓管ZDl與功率電路模塊輸出端的正極端V5V相接，同時經(jīng)過電阻Rl接地，整流電路輸出端的負(fù)極端經(jīng)電阻RO接地。如圖2所示，泄放電路模塊XF包括了光耦合器M0C3041，管腳I經(jīng)電阻R4接地，管腳2經(jīng)穩(wěn)壓管ZD2與功率電路模塊輸出端的正極端V5V相接，管腳4和管腳6分別經(jīng)電阻R2和R3接在雙向可控硅BT131的 兩端，BT131的控制端與M0C3041的管腳6相接。
權(quán)利要求
1.一種架空高壓線非接觸式自取電電源，其特征在于，包括功率電路模塊和控制電路模塊，其中: 功率電路模塊包括安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的功率線圈、濾波電感、第一瞬態(tài)抑制二極管、泄放電路模塊、第一全橋整流電路、電容、直流穩(wěn)壓模塊、超級電容；其中，功率線圈的一端和濾波電感的一端相連接，濾波電感的另一端分別和第一瞬態(tài)抑制二極管的一端、泄放電路模塊的一端、第一全橋整流電路的第一輸入端相連，功率線圈的另一端分別和濾波電感的另一端、泄放電路模塊的另一端、第一全橋整流電路的第二輸入端相連，第一全橋整流電路輸出端的正極分別和電容的正極、直流穩(wěn)壓模塊的輸入端連接，直流穩(wěn)壓模塊的輸出端和超級電容的正極相連接，第一全橋整流電路輸出端的負(fù)極分別和電容的負(fù)極、直流穩(wěn)壓模塊的接地端、超級電容的負(fù)極相連接； 控制電路模塊包括安裝在高壓輸電線穿心式鐵芯上的控制線圈、第二瞬態(tài)抑制二極管、第二全橋整流電路、第一電阻、第二電阻、場效應(yīng)管、第一穩(wěn)壓管；其中，控制線圈的一端分別和第二瞬態(tài)抑制二極管的一端、第二全橋整流電路的第一輸入端相連接，控制線圈的另一端分別和第二瞬態(tài)抑制二極管的另一端、第二全橋整流電路的第二輸入端相連接，第二全橋整流電路的輸出端正極和場效應(yīng)管的漏極相連接，第二全橋整流電路輸出端的負(fù)極和第一電阻的一端相連接，第一電阻的另一端分別和場效應(yīng)管的源極、第二電阻的一端相連接后接地，第二電阻的另一端分別場效應(yīng)管的柵極、第一穩(wěn)壓管的一端相連接，第一穩(wěn)壓管的另一端和功率電路模塊輸出端的正極端相接。
2.如權(quán)利要求1所 述的架空高壓線非接觸式自取電電源，其特征在于:所述泄放電路模塊包括光I禹合器、雙向可控娃、第三電阻、第四電阻、第五電阻、第二穩(wěn)壓管；其中，光I禹合器的第一管腳和第五電阻的一端相連接，第五電阻的另一端接地，光耦合器的第二管腳和第二穩(wěn)壓管的一端相連接，第二穩(wěn)壓管的另一端和功率電路模塊輸出端的正極端相接，光耦合器的第三管腳和第三電阻一端相連接，第三電阻另一端和雙向可控硅的一端相連接，光耦合器的第四管腳分別和第四電阻的一端、雙向可控硅的控制端相連接，第四電阻的另一端和雙向可控娃的另一端相連接，所述光稱合器的型號為M0C3041。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種架空高壓線非接觸式自取電電源，屬于電工技術(shù)領(lǐng)域，是一種用于架空高壓輸電線路上的感應(yīng)取電裝置。本發(fā)明包括了安裝在高壓輸電線上的可開閉式環(huán)狀鐵心、分別繞置于環(huán)狀鐵心上的功率線圈和控制線圈、以及功率電路模塊、泄放電路模塊和控制電路模塊。功率線圈及功率電路模塊從高壓線上感應(yīng)獲取電能，控制線圈和控制電路模塊以及泄放電路模塊起到分流限流的作用。本發(fā)明實現(xiàn)了取電電源在高壓輸電線路電流大范圍變化的情況下始終能夠安全的工作并能提供穩(wěn)定的功率輸出。
文檔編號H02J17/00GK103227515SQ201310142999
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者王玉峰, 趙敏 申請人:南京航空航天大學(xué)