CN103872787B - 一种新型的高压侧感应取电电源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种新型的高压侧感应取电电源装置，它包括取电模块、电能调理模块；所述取电模块含一次母线、电流互感器磁芯、二次线圈、取样电阻；所述电能调理模块含整流电路、变压器泄放电路、电阻泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路、STM8单片机控制系统、回路切换继电器。本发明不仅可使用电流互感器非饱和时感应得到的电能，同时还能利用电流互感器非饱和时感应得到的尖峰电能向后端负载提供电能，如此可降低电阻泄放电路的功耗，提高电源效率，并保证电源在电流互感器磁芯进入深度磁饱和后的输出功率。
Description
技术领域
本发明涉及电工技术领域，具体是一种能从高压测上通过非接触方式感应取电的电源装置，可为安装在高压输电线路上或高压开关柜中的监测装置提供低压电源。
背景技术
高压区域安置的电气设备或监测设备常用太阳能电池或感应取电电源两种电源供电。太阳能电池成本高、体积大、安装位置受限、功率不稳定、使用不方便。感应取电电源利用电磁感应原理和磁饱和技术，通过电流互感器感应高压侧的电流来获取电能，具有成本低、体积小、安装灵活、输出稳定的优势。相比太阳能电池，感应取电电源更加适合为输变电监测辅助装置供电。但磁饱和技术导致的交流输出存在较高的电压尖峰，电压尖峰会损毁电源内部器件。
申请号为“201010134788.7”，名称为“用于高压输电线路上的感应取电装置”中国发明专利申请和申请号为“201010002539.2”，名称为“电力隧道电缆非接触式感应取电装置”中国发明专利申请均设计了电压尖峰泄放电路。泄放电路通过功率管和泄放电阻构成，当CT输出电压过高时，功率管导通，泄放电阻将尖峰能量吸收转换为热能耗散掉。然而，该方法将电源互感器输出的尖峰电压全部作为过压泄放掉，不仅增加了电源的发热量、降低了电源的效率、还使得电源在电流互感器铁芯深度磁饱和时的输出功率大大降低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术的不足，提供一种设计合理，能从高压测上通过非接触方式感应取电的电源装置，可为安装在高压输电线路上或高压开关柜中的监测装置提供低压电源。
本发明所要解决的技术问题是通过以下的技术方案来实现的。本发明是一种新型的高压侧感应取电电源装置，其特点是：该电源装置包括取电模块和电能调理模块；
所述的取电模块由一次母线、电流互感器磁芯、取样电阻和二次线圈组成；一次母线穿过电流互感器磁芯，所述电流互感器磁芯上绕有二次线圈，二次线圈正负输出端与电能调理模块的整流电路输入端并联，所述取样电阻与二次线圈并联；
所述的电能调理模块由整流电路、变压器泄放电路、电阻泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路、STM8单片机控制系统和回路切换继电器组成；电能调理模块的整流电路与变压器泄放电路输入端并联，变压器泄放电路的输出端与电阻泄放电路并联，纹波滤除电容分别与变压器泄放电路输出端及电阻泄放电路输出端并联，所述回路切换继电器常闭管脚与变压器泄放电路输出端串联，回路切换继电器常开管脚与电阻泄放电路串联，所述回路切换继电器控制管脚与STM8单片机控制系统的GPIO管脚相连，STM8单片机控制系统的两个ADC管脚分别与变压器泄放电路输出端及电阻泄放电路输出端相连，所述稳压电路正极输入与回路切换继电器输出管脚相连，所述稳压电路负极输入与整流电路负极相连。
本发明所述的新型的高压侧感应取电电源装置技术方案中：所述的变压器泄放电路优选由变压器、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成；所述变压器输入端分别与整流电路输出端和功率管源极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阴极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阳极接入二次线圈的正极。
本发明所述的新型的高压侧感应取电电源装置技术方案中：所述的电阻泄放电路优选由泄放电阻、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成，所述泄放电阻两端分别与泄放变压器的副边正极输出和功率管源极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阴极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阳极接入副边线圈的负极。
与现有技术相比，本发明不仅可使用电流互感器非饱和时感应得到的电能，同时还能利用电流互感器非饱和时感应得到的尖峰电能向后端负载提供电能，如此可降低电阻泄放电路的功耗，提高电源效率，并保证电源在电流互感器磁芯进入深度磁饱和后的输出功率。本发明应用前景良好，可带来较高的经济效益。
附图说明
图1为本发明的一种结构示意图；
图2为本发明的取电模块的一种电路图；
图3为本发明的电能调理模块的一种电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的详细阐明。
参照图1-3，一种新型的高压侧感应取电电源装置，该电源装置包括取电模块和电能调理模块；
所述的取电模块由一次母线11、电流互感器磁芯12、取样电阻14和二次线圈13组成；一次母线11穿过电流互感器磁芯12，所述电流互感器磁芯12上绕有二次线圈13，二次线圈13正负输出端与电能调理模块的整流电路21输入端并联，所述取样电阻14与二次线圈13并联；
所述的电能调理模块由整流电路21、变压器泄放电路22、电阻泄放电路23、纹波滤除电容24、稳压电路27、STM8单片机控制系统25和回路切换继电器26组成；电能调理模块的整流电路21与变压器泄放电路22输入端并联，变压器泄放电路22的输出端与电阻泄放电路23并联，纹波滤除电容24分别与变压器泄放电路22输出端及电阻泄放电路23输出端并联，所述回路切换继电器26常闭管脚与变压器泄放电路22输出端串联，回路切换继电器26常开管脚与电阻泄放电路23串联，所述回路切换继电器26控制管脚与STM8单片机控制系统25的GPIO管脚相连，STM8单片机控制系统25的两个ADC管脚分别与变压器泄放电路22输出端及电阻泄放电路23输出端相连，所述稳压电路27正极输入与回路切换继电器26输出管脚相连，稳压电路27负极输入与整流电路21负极相连。
所述的变压器泄放电路22由变压器、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成；所述变压器输入端分别与整流电路输出端和功率管源极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阴极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阳极接入二次线圈的正极。
所述的电阻泄放电路23由泄放电阻、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成，所述泄放电阻两端分别与泄放变压器的副边正极输出和功率管源极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阴极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阳极接入副边线圈的负极。
如图1所示，所述一次母线11上通有幅值恒定的交流电流，线路周围将产生交变磁场，并在所述铁芯12上产生交变的磁通，这个磁通将在所述感应线圈13上感应出交变的感应电流。感应电流在所述取样电阻14上成为电动势输出。所述感应电动势经整流电路21整流后变为脉动直流电压。脉动直流电压经所述变压器泄放电路22后，将脉动直流的尖峰能量泄放至电阻泄放电路23。当所述变压器泄放电路22发生过压时，多余的电能通过电阻泄放电路23泄放。所述两个滤波电容24可分别将所述整流电路21和所述变压器泄放电路22输出电压的纹波滤除。所述STM8单片机控制系统25用于监测所述整流电路21的输出电压和所述变压器泄放电路22的输出电压，并控制所述回路切换继电器在所述整流电路21的输出电压回路和所述变压器泄放电路22的输出电压回路之间进行选择。最后电压经稳压电路27后降至工作电压供给负载使用。
所述取电模块1具体实施时，如图2所示。为保证一次母线电流在50A时，电源装置可以启动，选择50/60Hz硅钢片作为电流互感器磁芯12材料，叠片系数为10，磁路半径9mm。二次线圈13由0.21mm漆包线绕制，一共绕制180匝。取样电阻14(80Ω、10w)，并联在二次线圈的输出端，用于将感应交变电动势设定在一个合适的电压点。
所述电能调理模块2具体实施时，如图3所示。
取样电阻两端的交流电压由D3管整流电路W10G变为脉动直流电压，回路中并联用于保护电源模块不受浪涌冲击的瞬态拟制二极管D3。
由于磁饱和影响，所述脉动直流电压会存在极大的尖峰效应，若不处理将毁坏后端元件。所述脉动直流的尖峰电压由所述变压器泄放电路和电阻泄放电路进行泄放。所述变压器泄放电路由变压器T1，稳压管D1、功率管Q1、限流电阻R2和分压电阻R4构成。所述变压器T1原边的两端分别与整流电路W10G输出端和功率管Q1源极相连，所述功率管Q1门级与限流电阻R2串联，限流电阻R2另一连接端接入分压电阻R4和稳压管D1之间，分压电阻R4一端和稳压管D1阴极串联，分压电阻R4另一端接地，稳压管D1阳极接入二次线圈的正极。所述电阻泄放电路由泄放电阻R1、稳压管D2、功率管Q2、限流电阻R3和分压电阻R5构成。所述泄放电阻R1两端分别与泄放变压器T1的副边正极输出及功率管Q2源极相连，所述功率管Q2门级与限流电阻R3串联，限流电阻R3另一连接端接入分压电阻R5和稳压管D2之间，分压电阻R5一端和稳压管D2阴极串联，分压电阻R5另一端接地，稳压管D2阳极接入泄放变压器副边线圈的负极。
当脉动直流尖峰高于稳压管D1的稳压值和限流电阻R4的压降总和时，D1导通。随后，功率管Q1作为电源的过压保护进入导通状态，脉动直流的尖峰能量转移至变压器T1上。电阻R2为Q1门极的限流电阻。当泄放电压高于稳压管D2的稳压值和限流电阻R5的压降总和时，D2导通。随后，功率管Q2作为电源的过压保护进入导通状态，脉动直流的尖峰能量转移至泄放电阻R2上。电阻R3为Q2门极的限流电阻。
当脉动直流尖峰不高于稳压管D1的稳压值和限流电阻R4的压降总和时，电容C1将电压纹波滤除。当泄放电压不高于稳压管D2的稳压值和限流电阻R5的压降总和时，电容C2将电压纹波滤除。STM8的单片机控制系统中的两个ADC管脚分别用于监控电容C1和电容C2的电压，并通过STM8的单片机控制系统中的两个GPIO控制管脚来选通回路切换继电器LS1的导通回路，使电容C1和电容C2两者电压较高的端口输出至所述稳压电路。如此，本发明可使部分感应得到的尖峰电能通过变压器T1向后端输出。
所述稳压电路，经由LM2575芯片、L1、二极管D3构成的稳压电路后降至所需电平，供给后方负载使用。电容C2是稳压电路输出端的滤波电容。
Claims (2)
1.一种高压侧感应取电电源装置，其特征在于：该电源装置包括取电模块和电能调理模块；
所述的取电模块由一次母线、电流互感器磁芯、取样电阻和二次线圈组成；一次母线穿过电流互感器磁芯，所述电流互感器磁芯上绕有二次线圈，二次线圈正负输出端与电能调理模块的整流电路输入端并联，所述取样电阻与二次线圈并联；所述的电能调理模块由整流电路、变压器泄放电路、电阻泄放电路、纹波滤除电容、稳压电路、STM8单片机控制系统和回路切换继电器组成；电能调理模块的整流电路与变压器泄放电路输入端并联，变压器泄放电路的输出端与电阻泄放电路并联，纹波滤除电容分别与变压器泄放电路输出端及电阻泄放电路输出端并联，所述回路切换继电器常闭管脚与变压器泄放电路输出端串联，回路切换继电器常开管脚与电阻泄放电路串联，所述回路切换继电器控制管脚与STM8单片机控制系统的GPIO管脚相连，STM8单片机控制系统的两个ADC管脚分别与变压器泄放电路输出端及电阻泄放电路输出端相连，所述稳压电路正极输入与回路切换继电器输出管脚相连，稳压电路负极输入与整流电路负极相连；
所述的变压器泄放电路由变压器、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成；所述变压器输入端分别与整流电路输出端和功率管漏极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阳极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阴极接入变压器的原边线圈。
2.根据权利要求1所述的高压侧感应取电电源装置，其特征在于：所述的电阻泄放电路由泄放电阻、稳压管、功率管、限流电阻和分压电阻组成，所述泄放电阻两端分别与泄放变压器的副边正极输出和功率管漏极相连，所述功率管门级与限流电阻串联，限流电阻另一连接端接入分压电阻和稳压管之间，分压电阻一端和稳压管阳极串联，分压电阻另一端接地，稳压管阴极接入副边线圈的负极。
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