CN202737769U

CN202737769U - 一种高压线路悬浮取电装置

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Publication number: CN202737769U
Application number: CN 201220342191
Authority: CN
Inventors: 何山; 阮江军; 肖微; 谭甜源; 武利会; 徐振; 朱文滔; 易思超; 刘高; 王道龙; 曾懿辉
Original assignee: Wuhan University WHU; Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Current assignee: Wuhan University WHU; Foshan Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Corp
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2013-02-13
Anticipated expiration: 2022-07-16

Abstract

本实用新型的高压线路悬浮取电装置，包括依次连接的电磁回路、电压控制电路、保护电路、整流电路、滤波电路、稳压电路，所述电磁回路包括电流互感器，所述电压控制电路包括双向可控硅和电阻；所述双向可控硅并接于所述电流互感器的二次侧，所述电阻的一端接所述双向可控硅的门极，另一端接所述双向可控硅的T2极，以控制从一次侧获得的能量以及二次侧的电压。整个电路设计简单实用，提高了装置的稳定性、降低了生产成本。外壳全封闭式，能适应各种工作环境。互感器实现电气隔离、提高了人身以及装置的安全性。

Description

一种高压线路悬浮取电装置

【技术领域】

本实用新型涉及一种感应取电装置，尤其是一种高压线路感应取电装置。

【背景技术】

随着高压线路在线监测设备需要的增加，给其供电的悬浮取电装置也越来越多，申请号为201010134788和200910309627的申请文件中分别提供了不同的取电装置的解决方案，但纵观业内的这些装置，均存在取电电路过于复杂的问题，电路设计的复杂势必会降低装置的可靠性以及提高生产成本。

【发明内容】

本实用新型提供一种高压线路悬浮取电装置，能够提供稳定、实用的高压线路稳压电源解决方案，不仅能够较好的提供稳定的直流电源，而且简化取电电路，提高了装置的稳定性。

本实用新型的高压线路悬浮取电装置，包括依次连接的电磁回路、电压控制电路、保护电路、整流电路、滤波电路、稳压电路，所述电磁回路包括电流互感器，所述电压控制电路包括双向可控硅和电阻；所述双向可控硅并接于所述电流互感器的二次侧，所述电阻的一端接所述双向可控硅的门极，另一端接所述双向可控硅的T2极，以控制从一次侧获得的能量以及二次侧的电压。

作为一个实施例，所述电流互感器为开合式电流互感器，分为上下两个对称的半环形铁芯，其中一边半环形铁芯上缠绕有导线，引出的两条输出端导线连接于所述保护电路。

作为一个实施例，所述保护电路包括并接的压敏电阻和瞬时抑制二极管。

作为一个实施例，所述整流电路由整流桥元件构成。

作为一个实施例，所述滤波电路包括电容，所述电容为具有储存能量的功能的电容。

作为一个实施例，所述稳压电路包括稳压芯片。

作为一个实施例，还包括超级电容，所述超级电容与所述的稳压电路的输出端连接，用于能量储备。

本实用新型通过特制电流互感器从高压线路上获取能量；通过双向可控硅的关断功能对从线路上获得的能量进行控制，从而控制互感器二次侧的电压；经过保护电路后通过整流滤波后输出；再通过稳压芯片对滤波后的电压进行稳压，从而输出稳定的电压对用电设备进行供电。因为考虑到滤波电路中的电容的电压以及稳压电路中的输入电压不能超过20伏特，所以电压控制显得特别的重要。在很多文献中提到并接控制线圈以控制在大电流时的磁通量从而控制电压，方法虽然可行，但是显得冗余复杂。本实用新型简化了控制电路：直接将双向可控硅并接于互感器二次侧，然后利用双向可控硅对交流电的关断作用，在感应电压达到足以触发双向可控硅导通时，将二次侧直接导通，停止从一次侧获取能量，从而达到控制电压的目的。

闭合式环形开合式电流互感器以硅钢片作为铁芯材料，磁场强度高，在电缆为小电流几安培的情况下，即可感应出符合要求的电压；同时，开合式电流互感器由上下两个对称环形铁芯组成，具有闭合功能，方便安装。

采取超级电容作为电路的蓄能元件，避免了使用锂电池所存在的寿命问题；同时，在高压线路正常工作的情况下，超级电容处在充电的状态，而在高压线路出现故障或停电的情况下，超级电容则转换成输电状态，可起到供电的作用，保证了用电设备的可靠工作。

在电缆电流大范围波动时，供电电路仍然能够输出稳定的直流电压，保证装置的可靠运行。实验室所测验的可工作的一次电流为10-1500（安培）。由于实验室所能提供的一次电流最高只能达到1500A，此时设备仍然可以正常工作，所以1500（安培）并不是本装置可工作的最高一次电流。

整个电路设计简单实用，提高了装置的稳定性、降低了生产成本。外壳全封闭式，能适应各种工作环境。互感器实现电气隔离、提高了人身以及装置的安全性。

【附图说明】

图1是本实用新型的结构框图。

图2是本实用型新的电路原理图。

【具体实施方式】

以下结合附图对本实用新型的实施例作详细的说明：

如图1所示，本实用新型包括电磁回路1，电压控制电路2，保护电路3，整流电路4，滤波电路5，稳压电路6，另外，作为一个优选实施例，还可以包括超级电容7。

电磁回路1包括电流互感器（作为一个实施例，可以是开合式电流互感器，分为上下两个对称的半环形铁芯，在其中一边半环形铁芯上缠绕导线，引出两条输出端导线，组成电流互感器，连接到保护电路，开合式互感器用于安装在高压输电线上，感应出所需的交流电压和交流电流），电流互感器安装在高压输电线上，输出端连接到电压控制电路2，电压控制电路2的输出端接到保护电路3，保护电路3的输出端接到整流电路4，整流电路4的输出端连接到滤波电路5，滤波电路5的输出端连接到稳压电路6，超级电容7和稳压电路6输出端并联。

工作原理如下所述：电流互感器装在高压输电线路上，高压输电线中通过工频电流产生交变磁场，电流互感器从高压输电线路上获取能量，通过电压控制电路2控制互感器二次侧两端电压，当出现过电压的时候，保护电路3动作，短接互感器二次侧，再通过整流电路4对电压波形进行整流，然后通过滤波电路5得到波形相对平滑的波形，再通过稳压电路6就可以得到平稳的直流电压，将超级电容7并接于稳压电路6的输出端，在高压线路正常工作的情况下，超级电容处于充电的状态，而在高压线路出现故障或停电的情况下，超级电容则转换成输电状态，可起到供电的作用，保证了用电设备的可靠工作。

作为一个优选实施例，本实用新型还可以多个图1中的高压线路悬浮取电装置并联运行，电源输出端并接，从而可获得更大的输出功率。另外，本实用新型还可以通过改变参数，使输出电压改变。

图2为一个优选实施例中本实用新型的电路图。

作为一个实施例，电压控制电路2包括双向可控硅和电阻，图中双向可控硅TRIAC的T1、T2极并接于电流互感器Trans Cup1二次侧两侧，电阻R1的一端接于双向可控硅TRIAC的门极，另一端接于双向可控硅TRIAC的T2极。作为一个应用实例，选用的双向可控硅的型号可以为BTA41-600B。最大可关断电流为40A，25摄氏度时测得的门极最大触发电流一、二、三象限触发为50mA，四象限触发为100mA。可选的电阻R1的阻值为500-15001000欧姆,R1阻值的不同，会影响门极电流的大小，最后会影响到电流互感器二次侧的电压大小。值得注意的是，各器件的型号并不排除其他可选的型号。

作为一个实施例，在所述的保护电路3中，压敏电阻ZOV和瞬时抑制二极管TVS并接，能够更好实现对电路进行保护。利用压敏电阻的非线性特性，当过电压出现在压敏电阻的两极间时，压敏电阻可以将电压箱位在一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。而当瞬时电压超过电路正常工作电压后，会发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电阻通路，瞬时电流通过瞬时抑制二极管TVS被引开，避开被保护器件。在保护电路3中，压敏电阻作为第一级保护，瞬时抑制二极管TVS作为后级保护。当脉冲电压到来时，瞬时抑制二极管TVS首先起动，会把瞬间过电压精确箱位在一定的值内；如果浪涌电流再大，则压敏电阻ZOV起动，泄放多余的浪涌电流。保护电路3设计简单、成本低廉、综合了响应时间快、箱位电压低和浪涌电流容量大的优点。

作为一个实施例，整流电路4采取全桥整流的方式。输入的交流电压和交流电流经过整流桥形成的整流电路，在图2中整流电路的“3”“4”端输出，转换成直流电压和直流电流。作为一个应用实例，选用的整流桥的型号可以为KBPC608，最大反向耐压600V，电流6A，工作范围-55℃～125℃。但不排除其他可选的型号。

滤波电路5中，经过滤波电容C1后，电路输出了满足纹波条件的直流电压和直流电流。作为一个实施例，考虑到滤波电容兼顾储存能量的作用，选用的滤波电容C1的容值为4700微法。

在经过滤波电路5后，得到了较大范围的直流电压，该直流电压会因为电缆电流的改变，负载的变化而改变。为得到稳定的直流输出电压，作为一个优选实施例，设计稳压电路6时，可以考虑让滤波后的电压经过一个稳压芯片。稳压电路可以包括压敏电阻、稳压芯片、调节电压的电阻。考虑到带负载能力和其较大的输入电压范围，经过多方的比较，作为一个优选实施例，可以选择型号LT1083的稳压芯片，LT1083是输出电压可调低压差稳压芯片，其中1.5V≤(V_IN-V_OUT)≤25V，最大输出电流为7.5A，能够满足要求。

超级电容7并接于稳压电路的输出端，超级电容C2在电路中起到辅助电源的作用，在电缆正常工作的情况下，超级电容C2吸收过多的能量，在电缆出现停电故障的情况下，超级电容C2向控制单元发送能量，保证一段时间内用电设备的正常运行。作为一个应用实例，超级电容C2选用的容值为1pf。现有技术中很多装置习惯用锂电池作为装置的储能设备，但锂电池的有效使用期有限，导致一段时间以后必须更换电池的麻烦的出现。针对这一点本实用新型采用超级电容作为储能元件，值得指出的是，只用超级电容线路故障后的持续供电时间会很短，因此本实用新型，优选适合用于在线路故障后短暂时间后不再需要持续工作的在线监测装置。

为了能够更加清晰地体现本实用新型的显著效果，图3-图6为本实用新型的实验波形图。其中：通道1所测为实验室模拟的高压线路的电流（为方便观察，图中未显示）；通道2所测为开合式电流互感器二次侧两端电压。

开合式电流互感器二次侧两端的电压如说明书附图中图3至图6所示，随着电流的增大，电压控制电路开始工作，开合式电流互感器二次侧两端的电压控制在允许的范围内。具体说明如下：

如图3所示，此时高压线路电流较低，互感器二次侧感应电压较低，双向可控硅呈断开状态。

如图4所示，此时高压线路电流逐渐升高，互感器二次侧感应电压逐渐升高，双向可控硅触发导通，限制能量的过度获取，二次侧最大电压逐渐趋于稳定，保证二次侧电压在允许的范围内。

如图5、6所示，高压线路电流继续升高，双向可控硅导通时间逐渐增加，进一步限制能量的获取，保证二次侧电压在允许的范围内。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高压线路悬浮取电装置，其特征在于，包括依次连接的电磁回路、电压控制电路、保护电路、整流电路、滤波电路、稳压电路，所述电磁回路包括电流互感器，所述电压控制电路包括双向可控硅和电阻；所述双向可控硅并接于所述电流互感器的二次侧，所述电阻的一端接所述双向可控硅的门极，另一端接所述双向可控硅的T2级，以控制从一次侧获得的能量以及二次侧的电压。

2.根据权利要求1所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：所述电流互感器为开合式电流互感器，分为上下两个对称的半环形铁芯，其中一边半环形铁芯上缠绕有导线，引出的两条输出端导线连接于所述保护电路。

3.根据权利要求1或2所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：所述保护电路包括并接的压敏电阻和瞬时抑制二极管。

4.根据权利要求1所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：所述整流电路由整流桥元件构成。

5.根据权利要求1所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：所述滤波电路包括电容，所述电容为具有储存能量的功能的电容。

6.根据权利要求1所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：所述稳压电路包括稳压芯片。

7.根据权利要求1所述的高压线路悬浮取电装置，其特征在于：还包括超级电容，所述超级电容与所述的稳压电路的输出端连接，用于能量储备。