高功率輸電線路感應取能裝置製造方法
2023-10-11 18:59:44 3
專利名稱:高功率輸電線路感應取能裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型涉屬於高壓側有源電氣設備供能【技術領域】，尤其涉及一種高功率輸電線路感應取能裝置。是由線圈纏繞在鐵芯上，線圈與衝擊保護電路，高頻濾波電路，整流電路，能量洩放單元，過電壓保護電路，濾波電路，電壓檢測電路，穩壓電路，超級電容器組，參考源及升壓控制電路，上述部件高集成於印製電路板上並依次進行連接；其中整流電路、升壓控制電路和參考源的輸出端分別連接電壓檢測電路；電壓檢測電路的輸出端連接能量洩放單元和穩壓電路。由於採用感應取電方式，可以為高壓線路在線監測裝置提供更小巧簡單、更低成本的電源供電方案，具有適應各種惡劣天氣、全天候穩定可靠供電、長期免維護運行等優點。
【專利說明】
高功率輸電線路感應取能裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉屬於高壓側有源電氣設備供能【技術領域】，尤其涉及一種高功率輸電線路感應取能裝置。
【背景技術】
[0002]隨著國民經濟的高速發展，各行各業對電能質量的要求越來越高，高壓輸電線路的安全與穩定就顯得越發重要，因此需要實現高壓輸電線路的在線實時監測，以保證高壓輸電線路的正常安全穩定運行，這也是目前智能電網發展的迫切要求。
[0003]隨著技術的不斷發展，工作在高壓輸電線路上的電氣設備越來越多，如電力線路在線監測裝置、線路舞動監測裝置、高壓線路結冰在線監測等，由於大多數輸電線路地處偏遠，難以解決這些在線監測設備的電源供給問題，所以這些設備的供電通常採用太陽能供電的方式。然而太陽能供電又容易受到能量轉換效率、天氣及成本等因素限制，使得太陽能供電的設備無法充分滿足全天候和長期穩定運行等方面的要求，不得不加入笨重的蓄電池以存儲電能。但由於蓄電池本身存在使用壽命問題，大大增加了設備的維護成本，這也是高壓輸電線路上難以普及在線實時監測的主要原因。
[0004]近年來，高壓輸電線路感應取電裝置的出現克服了太陽能供電的不足之處，其利用高壓輸電線路周圍感應的電磁能量獲取電能，將輸電導線周圍的電磁能量轉化為電能，為安裝在附近的電氣設備提供穩定的電源。但現有的取電裝置也有缺點，在高壓輸電線路中可能由於電力線路上的電流不穩定造成取電裝置取得的電流太小使整個取電裝置供電不穩定。
【發明內容】
[0005]為解決上述現有技術中存在的問題，本實用新型提供一種高功率輸電線路感應取能裝置。其目的是解決現有工作在高壓輸電線路上電氣設備的電源供給以及供電不穩定的冋題。
[0006]本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0007]高功率輸電線路感應取能裝置，是由線圈纏繞在鐵芯上，線圈與衝擊保護電路，高頻濾波電路，整流電路，能量洩放單元，過電壓保護電路，濾波電路，電壓檢測電路，穩壓電路，超級電容器組，參考源及升壓控制電路，上述部件高集成於印製電路板上並依次進行連接;
[0008]其中整流電路、升壓控制電路和參考源的輸出端分別連接電壓檢測電路；電壓檢測電路的輸出端連接能量洩放單元和穩壓電路。
[0009]所述的鐵芯為帶有開口的環狀鐵芯；所述的線圈2採用初、次級線圈匝數比為1:200的匝比關係，雙向繞制而成。
[0010]所述的衝擊保護電路採用壓敏電阻:14D390K以及瞬態抑制二極體:5KP43CA ;所述的整流電路的變換電路採用全橋變換電路:KBP206，晶片反向擊穿電壓可達600伏，瞬時通過浪湧電流高達5安。
[0011]整流電路後端的能量洩放單元包括場效電晶體和功率電阻。
[0012]整流電路後端的場效電晶體採用MOSFET:1RF540N。
[0013]所述的後端的過電壓保護電路採用瞬態抑制二極體:1.5KE51CA。
[0014]所述的電壓檢測電路採用雙路運算放大器晶片:LM258，構成電壓檢測電路，輸出能量洩放單元和後端穩壓模塊的使能信號。
[0015]所述的穩壓電路採用3A降壓電壓穩壓器:LM2576 ;晶片輸出連接超級電容器組；所述的超級電容器組的型號選用10F/2.7V，三組串聯，並聯於穩壓電路，支持穩壓電路電源穩定、高功率輸出。
[0016]所述的升壓控制電路採用DC/DC升降壓變換器:MC34063 ;參考源採用微功耗電壓基準二極體:LM285-2.5
[0017]所述的鐵芯和線圈通過電磁感應原理從輸電線路感應取得電能連接到衝擊保護電路，抑制線路浪湧脈衝，再通過高頻濾波電路濾除掉對取能裝置無益的高頻諧波成分，取得純淨交流電源，交流電再通過整流電路進行全橋變換，與濾波電路配合輸出直流電；後端的過電壓保護電路與能量洩放單元配合確保直流電輸出不會超出安全範圍保護後端電路，其中能量洩放單元由電壓檢測電路進行控制；電壓檢測電路是交直變換和穩壓電源輸出的樞紐，交直變換主要包括:鐵芯、線圈、衝擊保護電路、高頻濾波電路、整流電路和濾波電路；穩壓電源輸出主要包括:穩壓電路和超級電容器組；參考源和升壓控制電路)連接電壓檢測電路提供參考電壓和一路升壓電源；最終穩壓電路和超級電容器組並聯輸出穩定、高功率電源。
[0018]本實用新型的有益效果是:由於採用感應取電方式，可以為高壓線路在線監測裝置提供更小巧簡單、更低成本的電源供電方案，具有適應各種惡劣天氣、全天候穩定可靠供電、長期免維護運行等優點。
[0019]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0020]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0021]圖中:鐵芯1，線圈2，衝擊保護電路3，高頻濾波電路4，整流電路5，能量洩放單元6，過電壓保護電路7，濾波電路8，電壓檢測電路9，穩壓電路10，超級電容器組11，參考源12，升壓控制電路13。
【具體實施方式】
[0022]本實用新型是一種高功率輸電線路感應取能裝置，是由線圈2纏繞在鐵芯I上，線圈2與衝擊保護電路3，高頻濾波電路4，整流電路5，能量洩放單元6，過電壓保護電路7，濾波電路8，電壓檢測電路9，穩壓電路10，超級電容器組11，參考源12及升壓控制電路13，上述部件高集成於印製電路板上並依次進行連接。其中整流電路5、升壓控制電路13和參考源12的輸出端分別連接電壓檢測電路9 ;電壓檢測電路9的輸出端連接能量洩放單元6和穩壓電路10。
[0023]所述的鐵芯I為帶有開口的環狀鐵芯，鐵芯I選用鐵鎳合金，具有較高的磁導率、電阻率，使用環狀開口的鐵芯一方面便於安裝，另一方面也提升了飽和電流。纏繞在鐵芯I的線圈2採用初、次級線圈匝數比為1:200的匝比關係，雙向繞制而成，可以抑制外界幹擾磁場，提升轉換功率。
[0024]正常工作時，鐵芯I和線圈2將輸電線路周圍磁場的電磁能量捕獲，並轉化成與輸電線路同頻的交流電流，通過高頻濾波4之後濾除掉對取能裝置無益的高頻諧波成分，取得純淨交流電流，交流電再通過整流電路5進行全橋變換，整流電路5選用KBP206，晶片反向擊穿電壓可達600伏，瞬時通過浪湧電流高達5安，與濾波電路8配合輸出直流電。
[0025]即所述的鐵芯I和線圈2通過電磁感應原理從輸電線路感應取得電能連接到衝擊保護電路3，抑制線路浪湧脈衝，再通過高頻濾波電路4濾除掉對取能裝置無益的高頻諧波成分，取得純淨交流電源，交流電再通過整流電路5進行全橋變換，與濾波電路8配合輸出直流電。後端的過電壓保護電路7與能量洩放單元6配合確保直流電輸出不會超出安全範圍保護後端電路，其中能量洩放單元6由電壓檢測電路9進行控制。
[0026]電壓檢測電路9是交直變換和穩壓電源輸出的樞紐，交直變換主要包括:鐵芯1、線圈2、衝擊保護電路3、高頻濾波電路4、整流電路5和濾波電路8。穩壓電源輸出主要包括:穩壓電路10和超級電容器組11。參考源12和升壓控制電路13連接電壓檢測電路9提供參考電壓和一路升壓電源。
[0027]輸出的直流電首先要經過電壓檢測9，電壓檢測電路9是交直變換和穩壓電源輸出的樞紐，採用TI公司的雙路運算放大器晶片LM258,構成電壓檢測電路。電壓檢測電路9以參考源12提供的基準作為參考與直流電進行比較判斷直流電壓是否超出後端各種器件的承受範圍，參考源12採用TI半導體公司的微功耗電壓基準二極體LM285-2.5。由電壓檢測電路9檢測直流電壓是否超標，若超出標準範圍，則控制能量洩放單元6將超出部分洩放出去，能量洩放單元6包括場效電晶體和功率電阻，場效電晶體採用意法半導體公司的IRF540N，多餘的能量大部分由能量洩放單元6的功率電阻消耗掉；若電壓檢測電路9檢測到鐵芯I和線圈2捕獲的電能滿足後端功率要求，則輸出使能信號給穩壓電路10。另外，電壓檢測電路9由雙路電源供電，既可通過直流電供電，也可通過升壓控制單元13供電，以確保電壓檢測電路9工作正常，升壓控制電路13採用意法半導體公司的DC/DC升降壓變換器MC34063，將後端穩壓電路10的輸出升壓到電壓檢測電路9所需電壓。穩壓電路10在獲得電壓檢測電路9的使能信號之後，開始輸出穩定電源，當輸電線路電流不穩定時，穩壓電路10通過與超級電容器組11並聯，可以確保輸出高功率電源穩定。所述的超級電容器組11的型號選用10F/2.7V，三組串聯，並聯於穩壓電路10，支持穩壓電路10電源穩定、高功率輸出。所述的穩壓電路10採用TI公司的3A降壓電壓穩壓器:LM2576 ;晶片輸出連接超級電容器組11。
[0028]輸電線路受雷擊或其他原因導致產生浪湧脈衝時，通過線圈感應到本設備上的高能量脈衝會被衝擊保護電路3在前端洩放掉大部分，衝擊保護電路3採用君耀電子公司的壓敏電阻14D390K以及Littelfuse公司的瞬態抑制二極體5KP43CA，少部分未能洩放掉的能量通過整流橋後由過電壓保護電路7繼續洩放，過電壓保護電路7採用Littelfuse公司的瞬態抑制二極體1.5KE51CA。
[0029]如上所述，對本實用新型的實施例進行了詳細的說明，但是只要實質上沒有脫離本實用新型的實用新型點及效果可以有很多的變形，這對本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，這樣的變形例也全部包含在本實用新型的保護範圍之內。
【權利要求】
1.高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:是由線圈(2)纏繞在鐵芯(I)上，線圈(2)與衝擊保護電路(3 )，高頻濾波電路(4 )，整流電路(5 )，能量洩放單元(6 )，過電壓保護電路(7)，濾波電路(8)，電壓檢測電路(9)，穩壓電路(10)，超級電容器組(11)，參考源(12)及升壓控制電路(13)，上述部件高集成於印製電路板上並依次進行連接； 其中整流電路(5)、升壓控制電路(13)和參考源(12)的輸出端分別連接電壓檢測電路(9);電壓檢測電路(9)的輸出端連接能量洩放單元(6)和穩壓電路(10)。2.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的鐵芯(I)為帶有開口的環狀鐵芯；所述的線圈2採用初、次級線圈匝數比為1:200的匝比關係，雙向繞制而成。3.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的衝擊保護電路(3)採用壓敏電阻:14D390K以及瞬態抑制二極體:5KP43CA ;所述的整流電路(5)的變換電路採用全橋變換電路:KBP206，晶片反向擊穿電壓可達600伏，瞬時通過浪湧電流高達5安。4.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的整流電路(5)後端的能量洩放單元(6)包括場效電晶體和功率電阻。5.根據權利要求1和4所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的整流電路(5)後端的場效電晶體採用MOSFET:1RF540N。6.根據權利要求5所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的後端的過電壓保護電路(7)採用瞬態抑制二極體:1.5KE51CA。7.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的電壓檢測電路(9)採用雙路運算放大器晶片:LM258,構成電壓檢測電路，輸出能量洩放單元(6)和後端穩壓模塊(10)的使能信號。8.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的穩壓電路(10)採用3A降壓電壓穩壓器:LM2576;晶片輸出連接超級電容器組(11);所述的超級電容器組(11)的型號選用10F/2.7V，三組串聯，並聯於穩壓電路(10)，支持穩壓電路(10)電源穩定、高功率輸出。9.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的升壓控制電路(13)採用DC/DC升降壓變換器:MC34063 ;參考源(12)採用微功耗電壓基準二極體:LM285-2.5o10.根據權利要求1所述的高功率輸電線路感應取能裝置，其特徵是:所述的鐵芯(I)和線圈(2 )通過電磁感應原理從輸電線路感應取得電能連接到衝擊保護電路(3 )，抑制線路浪湧脈衝，再通過高頻濾波電路(4)濾除掉對取能裝置無益的高頻諧波成分，取得純淨交流電源，交流電再通過整流電路(5)進行全橋變換，與濾波電路(8)配合輸出直流電；後端的過電壓保護電路(7)與能量洩放單元(6)配合確保直流電輸出不會超出安全範圍保護後端電路，其中能量洩放單元(6)由電壓檢測電路(9)進行控制；電壓檢測電路(9)是交直變換和穩壓電源輸出的樞紐，交直變換主要包括:鐵芯(I)、線圈(2)、衝擊保護電路(3)、高頻濾波電路(4)、整流電路(5)和濾波電路(8);穩壓電源輸出主要包括:穩壓電路(10)和超級電容器組(11);參考源(12 )和升壓控制電路(13 )連接電壓檢測電路(9 )提供參考電壓和一路升壓電源；最終穩壓電路(10)和超級電容器組(11)並聯輸出穩定、高功率電源。
【文檔編號】H02J5-00GK204290349SQ201420718293
【發明者】高強, 原峰, 潘豐厚, 代繼成, 李在林, 郭佔男, 張健楠, 蔡斌, 張雲華, 耿寶宏, 韓月, 劉齊, 王茂軍, 鍾丹田, 程大偉, 張光明 [申請人]國家電網公司, 國網遼寧省電力有限公司電力科學研究院, 遼寧東科電力有限公司