CN102820712B - 电网监控装置的电流感应式电源 - Google Patents
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Abstract
电网监控装置的电流感应式电源，属于电力电网领域，本发明为解决现有电网监测装置的电源采用市电转换、太阳能、储蓄电池、光纤供电几种方式存在的问题。本发明所述电网监控装置的电流感应式电源，它包括电流互感器、整流电路、稳压电路、降压电路和n个负载控制器，n为大于或等于1的自然数，电流互感器通过感应电网母线内的电流获得二次电流信号，电流互感器的二次侧接整流电路，整流电路的输出端并联多个负载控制器，每个负载控制器的输出端均与稳压电路的输入端相连，稳压电路的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端接负载。本发明装置为电网监控装置提供电源。
Description
技术领域
本发明涉及电网监控装置的电流感应式电源，属于电力电网领域。
背景技术
电网监测装置的电源主要采用市电转换、太阳能、储蓄电池、光纤供电等几种方式，这几种方式存在着各自的缺点：市电转换的方式只适用于有市电的情况下，当在野外对高压线进行电网监测时，周围环境中往往没有市电可用，就得采用其它方式，如太阳能、储蓄电池、光纤供电等；电网监测范围一般比较大，电网监测设备比较多，如采用储蓄电池方式，则需要大批量换装充电，工作量很大，操作不方便；采用光纤供电方式存在价格昂贵以及铺设不易等缺陷。太阳能受天气、光照限制等使用环境影响较大，在地下深埋电缆、海底等场合无法使用。
发明内容
本发明目的是为了解决现有电网监测装置的电源采用市电转换、太阳能、储蓄电池、光纤供电几种方式存在的问题，提供了一种电网监控装置的电流感应式电源。
本发明所述电网监控装置的电流感应式电源，它包括电流互感器、整流电路、稳压电路、降压电路和n个负载控制器，n为大于或等于1的自然数，
电流互感器通过感应电网母线内的电流获得二次电流信号，电流互感器的二次侧接整流电路，整流电路的输出端并联多个负载控制器，每个负载控制器的输出端均与稳压电路的输入端相连，稳压电路的输出端与降压电路的输入端相连，降压电路的输出端接负载。
负载控制器包括压敏电阻L1、电阻R1、电阻R2、滑动变阻器R3、电阻R4、电阻R5、第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型三极管，
压敏电阻L1的一端、滑动变阻器R3的一端、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极同时连接整流电路的正极输出端IN+，
电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端同时连接整流电路的负极输出端IN-，
压敏电阻L1的另一端与电阻R1的另一端相连，
滑动变阻器R3的另一端与电阻R2的另一端相连，
滑动变阻器R3的滑动端与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1的发射极同时与电阻R4的另一端和第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的发射极与电阻R5的另一端相连。
稳压电路包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、第三三极管Q3、第四三极管Q4、PMOS管Q5，第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN型三极管，
电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R14的一端、电阻R16的一端、PMOS管Q5的源极、电阻R15的一端同时连接整流电路的正极输出端IN+，
电阻R6的一端、第三三极管Q3的发射极、电阻R10的一端和第四三极管Q4的发射极同时接地GND，
电阻R7的另一端同时与电阻R6的另一端和第三三极管Q3的基极相连，电阻R8的另一端同时与电阻R9的一端和第三三极管Q3的集电极相连，电阻R9的另一端同时与第四三极管Q4的基极和电阻R10的另一端相连，
电阻R14的另一端同时与PMOS管Q5的栅极和电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与第四三极管Q4的集电极相连，
电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端同时与电阻R16的另一端和PMOS管Q5的漏极相连。
降压电路5包括线性降压器、二极管D5、第一电容C3、第二电容C4、第三电容C5、第四电容C6、电阻R11和电阻R12，
二极管D5的负极同时与PMOS管Q5的漏极、第三电容C5的一端和第四电容C6的一端相连并作为线性降压器的第一信号输入端O_P+，
二极管D5的正极同时与第三电容C5的另一端和第四电容C6的另一端相连作为线性降压器的第二信号输入端O_P-，
线性降压器的第一信号输出端同时与电阻R12的一端、第二电容C4的一端和第一电容C3的一端相连，
线性降压器的第二信号输出端同时与电阻R12的另一端、电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端同时与第二电容C4的另一端和第一电容C3的另一端、地GND相连，
线性降压器的第二信号输入端与线性降压器的第二信号输出端相连，
第一电容C3的两端作为连接与负载连接的两个输出端。
本发明的优点：本发明利用电网单根母线大电流的特点采用感应取能方式感应电能，设计专用的稳压电路，保证在母线电流较大和电流波动较大的环境下能够为后级的监测装置提供稳定的电能。本发明装置可以长时间稳定无故障工作，感应能量充足电压稳定，在交流有效电流90A+已经实验成功，经转化以及稳压电路处理后其整体已经可以成功处理出3.3V电压为后级MCU监测系统以及无线发射模块提供能量，整体功率为1W左右。
附图说明
图1是本发明所述电网监控装置的电流感应式电源的原理框图；
图2是图1的等效电路图；
图3是本发明所述电网监控装置的电流感应式电源的一种可实现的具体电路图。
具体实施方式
具体实施方式一：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式所述电网监控装置的电流感应式电源，电流互感器1通过感应电网母线内的电流获得二次电流信号，电流互感器1的二次侧接整流电路2，整流电路2的输出端并联多个负载控制器3，每个负载控制器3的输出端均与稳压电路4的输入端相连，稳压电路4的输出端与降压电路5的输入端相连，降压电路5的输出端接负载6。
具体实施方式二：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，负载控制器3包括压敏电阻L1、电阻R1、电阻R2、滑动变阻器R3、电阻R4、电阻R5、第一三极管Q1和第二三极管Q2，第一三极管Q1和第二三极管Q2均为NPN型耐压三极管，
压敏电阻L1的一端、滑动变阻器R3的一端、第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极同时连接整流电路2的正极输出端IN+，
电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端同时连接整流电路2的负极输出端IN-，
压敏电阻L1的另一端与电阻R1的另一端相连，
滑动变阻器R3的另一端与电阻R2的另一端相连，
滑动变阻器R3的滑动端与第一三极管Q1的基极相连，第一三极管Q1的发射极同时与电阻R4的另一端和第二三极管Q2的基极相连，第二三极管Q2的发射极与电阻R5的另一端相连。
具体实施方式三：下面结合图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，稳压电路4包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、第三三极管Q3、第四三极管Q4、PMOS管Q5，第三三极管Q3和第四三极管Q4均为NPN型三极管，
电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R14的一端、电阻R16的一端、PMOS管Q5的源极、电阻R15的一端同时连接整流电路2的正极输出端IN+，
电阻R6的一端、第三三极管Q3的发射极、电阻R10的一端和第四三极管Q4的发射极同时接地GND，
电阻R7的另一端同时与电阻R6的另一端和第三三极管Q3的基极相连，电阻R8的另一端同时与电阻R9的一端和第三三极管Q3的集电极相连，电阻R9的另一端同时与第四三极管Q4的基极和电阻R10的另一端相连，
电阻R14的另一端同时与PMOS管Q5的栅极和电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与第四三极管Q4的集电极相连，
电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端同时与电阻R16的另一端和PMOS管Q5的漏极相连。
具体实施方式四：下面结合图2和图3说明本实施方式，本实施方式对实施方式一作进一步说明，降压电路5包括线性降压器、二极管D5、第一电容C3、第二电容C4、第三电容C5、第四电容C6、电阻R11和电阻R12，
二极管D5的负极同时与PMOS管Q5的漏极、第三电容C5的一端和第四电容C6的一端相连并作为线性降压器的第一信号输入端O_P+，
二极管D5的正极同时与第三电容C5的另一端和第四电容C6的另一端相连作为线性降压器的第二信号输入端O_P-，
线性降压器的第一信号输出端同时与电阻R12的一端、第二电容C4的一端和第一电容C3的一端相连，
线性降压器的第二信号输出端同时与电阻R12的另一端、电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端同时与第二电容C4的另一端和第一电容C3的另一端、地GND相连，
线性降压器的第二信号输入端与线性降压器的第二信号输出端相连，
第一电容C3的两端作为连接与负载连接的两个输出端。
下面结合图2和图3进行原理说明：
图2是等效电路图，I_P代表母线电流，I_Load为二次感应侧电流，I_Load1为真实负载侧电流，I_Load2为被控制回流电流，Ls为等效电感，Rs为等效电阻。
U＝K1*I_P+K2*I_Load
式中：K1为母线电流感应指数，K2为二次侧回流控制指数。
本设计为电力监测装置专用的基于CT(电流感应式)电源的稳压处理电路，专为电力监测中、小型负载提供的稳压处理电源。
本电路设计的稳压电路4和降压电路5都是以CT电源作为能量源；
负载控制器3，也可称为二次侧电流控制器，当母线电流I_P过高的时候，在二次侧的电压就会升高，采用假负载的方式，与实际负载6共同作用，得到两个负载电流I_Load1和I_Load2，，两个电流与母线电以I_P共同作用降低二次侧电压，当母线电流I_P回落时其自动返回；负载控制器3在实际使用中可能会并联多个，每个回流泄放的控制电压会设定不同值，当达到其危险值时有多个假负载共同作用控制电流回路；
稳压电路4中两个三极管(第三三极管Q3和第四三极管Q4)共同作用控制PMOS管Q5的开关，回路中电压达到MOS管启动值之前由R15、R16、R17共同作用向后级供电；回路电压大于PMOS管Q5启动电压后，并小于设定的稳定电压的时候，PMOS管Q5打开；当回路中电压继续升高达到一定危险值的时候会自动关断PMOS管Q5，由与其栅极和源极并联的电阻R15、R16、R17负责向后级供电(当负载控制器3部分正常工作的时候不会使得回路中电压超过危险值，如果负载控制器3部分不能正常控制回流，那么可能会使得稳压电路4的PMOS管Q5处于危险电压值或更高)，正常情况下会使其危险值略高于负载控制器3中设定的某个电压；
降压电路5后级供电输出电压可调，输出电压范围较宽(3V～40V)，在负载控制器3、稳压电路4一部分或均处于危险值或以上的时候(限定回路电压＜80V)，配合稳压电路4中的R15、R16、R17仍然可以为后级负载提供电流。
具体实施方式五：本实施方式对实施方式四作进一步说明，线性降压器选用Linear公司的lt3000系列线性降压器。
Claims (4)
1.电网监控装置的电流感应式电源，其特征在于，它包括电流互感器(1)、整流电路(2)、稳压电路(4)、降压电路(5)和n个负载控制器(3)，n为大于或等于1的自然数，
电流互感器(1)通过感应电网母线内的电流获得二次电流信号，电流互感器(1)的二次侧接整流电路(2)，整流电路(2)的输出端并联多个负载控制器(3)，每个负载控制器(3)的输出端均与稳压电路(4)的输入端相连，稳压电路(4)的输出端与降压电路(5)的输入端相连，降压电路(5)的输出端接负载(6)；
负载控制器(3)包括压敏电阻(L1)、电阻R1、电阻R2、滑动变阻器R3、电阻R4、电阻R5、第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)，第一三极管(Q1)和第二三极管(Q2)均为NPN型三极管，
压敏电阻(L1)的一端、滑动变阻器R3的一端、第一三极管(Q1)的集电极和第二三极管(Q2)的集电极同时连接整流电路(2)的正极输出端IN+，
电阻R1的一端、电阻R2的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端同时连接整流电路(2)的负极输出端IN-，
压敏电阻(L1)的另一端与电阻R1的另一端相连，
滑动变阻器R3的另一端与电阻R2的另一端相连，
滑动变阻器R3的滑动端与第一三极管(Q1)的基极相连，第一三极管(Q1)的发射极同时与电阻R4的另一端和第二三极管(Q2)的基极相连，第二三极管(Q2)的发射极与电阻R5的另一端相连；
每个负载控制器(3)的回流泄放的控制电压设定不同值，当母线电流过高，达到其危险值时有多个负载控制器(3)共同作用控制电流回路。
2.根据权利要求1所述电网监控装置的电流感应式电源，其特征在于，稳压电路(4)包括电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电阻R10、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、第三三极管(Q3)、第四三极管(Q4)、PMOS管(Q5)，第三三极管(Q3)和第四三极管(Q4)均为NPN型三极管，
电阻R7的一端、电阻R8的一端、电阻R14的一端、电阻R16的一端、PMOS管(Q5)的源极、电阻R15的一端同时连接整流电路(2)的正极输出端IN+，
电阻R6的一端、第三三极管(Q3)的发射极、电阻R10的一端和第四三极管(Q4)的发射极同时接地GND，
电阻R7的另一端同时与电阻R6的另一端和第三三极管(Q3)的基极相连，电阻R8的另一端同时与电阻R9的一端和第三三极管(Q3)的集电极相连，电阻R9的另一端同时与第四三极管(Q4)的基极和电阻R10的另一端相连，
电阻R14的另一端同时与PMOS管(Q5)的栅极和电阻R13的一端相连，电阻R13的另一端与第四三极管(Q4)的集电极相连，
电阻R15的另一端与电阻R17的一端相连，电阻R17的另一端同时与电阻R16的另一端和PMOS管(Q5)的漏极相连。
3.根据权利要求1所述电网监控装置的电流感应式电源，其特征在于，降压电路(5)包括线性降压器、二极管(D5)、第一电容(C3)、第二电容(C4)、第三电容(C5)、第四电容(C6)、电阻R11和电阻R12，
二极管(D5)的负极同时与PMOS管(Q5)的漏极、第三电容(C5)的一端和第四电容(C6)的一端相连并作为线性降压器的第一信号输入端O_P+，
二极管(D5)的正极同时与第三电容(C5)的另一端和第四电容(C6)的另一端相连作为线性降压器的第二信号输入端O_P-，
线性降压器的第一信号输出端同时与电阻R12的一端、第二电容(C4)的一端和第一电容(C3)的一端相连，
线性降压器的第二信号输出端同时与电阻R12的另一端、电阻R11的一端相连，电阻R11的另一端同时与第二电容(C4)的另一端和第一电容(C3)的另一端、地GND相连，
线性降压器的第二信号输入端与线性降压器的第二信号输出端相连，
第一电容(C3)的两端作为连接与负载连接的两个输出端。
4.根据权利要求3所述电网监控装置的电流感应式电源，其特征在于，线性降压器选用Linear公司的lt3000系列线性降压器。
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