CN106911192A - 一种双路输出的高压感应取电装置 - Google Patents
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Abstract
一种双路输出的高压感应取电装置，它从输入端到输出端依次包括取能线圈电路，与取能线圈电路连接的整流电路、与整流电路连接的过流保护电路、与过流保护电路连接的斩波电路、以及与斩波电路连接的双路输出电路。本发明能解决对高压线路监测设备不能实现不间断供电的问题，以及感应取电只能输出一种电压值，不能很好的适用于高压线路监测设备上的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子设备领域，尤其涉及一种双路输出的高压感应取电装置。
背景技术
随着经济的迅速发展，人们对电能质量及稳定性的要求越来越高，输电线路上用于线路监测的设备也越来越多，但是仍然存在两个方面的问题，一是监测设备的供能问题，二是如何使取能装置输出多路电压问题。针对这两个问题，首先，目前的供电电源仍旧主要采用太阳能和蓄电池或者太阳能和风力混合供电，对环境要求较高，并且需要更换蓄电池，后期维护工作量大，无法实现连续不间断供电，导致输电线路监控设备的运行受限。虽然感应取电的技术还不太成熟，应用不够普遍，但是，相比现有的取能方式，感应取电有很大的优势：体积小，稳定性高，成本低等特点，因此，本专利选取了感应取电装置进行供能，并涉及感应取电装置的完整的感应取电原理和电路结构。其次，现有的感应取电装置只能输出一种电压值，本专利是一种双路输出的高压感应取电装置，设计了双路输出电路12V和5V，保证可以为不同电压值的监控设备提供稳定的电压值。
发明内容
本发明涉及一种双路输出的高压感应取电装置，它能解决对高压线路监测设备不能实现不间断供电的问题，以及感应取电只能输出一种电压值，不能很好的适用于高压线路监测设备上的问题。
发明的目的是这样实现的：
一种双路输出的高压感应取电装置，它从输入端到输出端依次包括取能线圈电路，与取能线圈电路连接的整流电路、与整流电路连接的过流保护电路、与过流保护电路连接的斩波电路、以及与斩波电路连接的双路输出电路。该装置用于解决220kV及以下的高压输电线路上监控设备的供电问题。本装置采用开口式连接，可直接卡在输电线路上，位置应尽量靠近输电杆塔处，这样可以避免外界环境条件对装置的影响；取能线圈绕线后在包上绝缘材料，同时外壳采用阻燃、耐高温的聚碳酸酯材料，保证供电的可靠性。
上述取能线圈电路包括感应线圈以及磁芯，感应线圈采用螺旋式绕线，磁芯材料为硅钢片，由一个个片状的硅钢压缩制成，两个半圆形材料组成一个圆环形的铁芯，铁芯带有1mm绝缘气隙，这样可以减小磁导率，避免铁芯过快饱和，这样就使得该装置可以适用于较大的电流变化范围，该装置适用于220kV及以下的高压输电线路。
采用开口式连接，安装时可直接卡在输电线路上，方便安装。取能线圈的外壳采用阻燃、耐高温的聚碳酸酯材料。
上述整流电路为桥式半控整流电路。为了对每个回路进行控制，需要两个晶闸管，两个二极管，这样既简化了电路，又可以控制每个回路。二极管选用IN4002型号，最高反向峰值电压为100V，额定电流为1A；晶闸管选用KPSO型号，正向平均电流为50A，断态峰值电压为100V。
上述过流保护电路包括瞬态抑制二极管以及与瞬态抑制二极管并联的MOS管。MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联，其中，瞬态抑制二极管(TVS)采用P6KE15A，击穿电压为15V；MOS管选用IRFY130M，极限电压为100V，极限电流为10.8A。
上述控制模块为80C51单片机，实现对各项功能的控制。
上述双路输出电路包括3个电磁继电器，实现线路上的自动开关。
上述报警电路包括电阻R4和与电阻串联的三极管LM9018，三极管的发射集接地，集电极连接蜂鸣器。
上述取能线圈电路中的取能线圈与电阻R1串联，再与桥式半控整流装置并联。
上述在过流保护模块中，瞬态抑制二极管的一端连接MOS管的源极，另一端连接MOS管的漏极，MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联。
上述在稳压模块中，IGBT的集电极连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电感L2和二极管的阳极，二极管的阴极连接并联的电容C2、C3、C4，电容C4连接芯片LM7812，芯片LM7812的另一端连接并联的电容C5、C6，在连接芯片LM7805，芯片LM7812与芯片LM7805分别有一端接地。
采用上述结构，本发明具有如下有益效果：
1、本专利设计了一种应用于高压输电线路的感应取电装置，完整阐述了感应取电的结构原理。
2、取能模块主要是对感应线圈的设计，根据感应电压的影响因素，相应的提高参数设置，保证在较小的输电电流情况下，可以取出更多的交流电。
3、过流保护模块采用双向瞬态抑制二极管和MOS管，吸收多余的能量，将电压控制在电路能够承受的范围内，保护后端电路。
4、采用双输出电路，可实现根据不同的设备需要选择不同的输出，保证了装置的普遍适用性。
5、当输电线路上电量充足的情况下，完成负载的供电及蓄电池的充电，当电量减少时，主要完成对负载的供电，当电量继续减少已不能为负载供电时，则由蓄电池完成供电。
6、本专利设置了报警模块，当检测到的电压信号小于芯片的输入电压时，报警模块启动，从而提高了供电可靠性。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的结构框图；
图3为本发明整流电路的电路图；
图4为本发明过流保护电路的电路图；
图5为本发明双端输出电路图；
图6为本发明储能电路的电路图。
图7为本发明报警电路的电路图。
具体实施方式
如图1所示，一种双路输出的高压感应取电装置，它从输入端到输出端依次包括取能线圈电路1，与取能线圈电路1连接的整流电路2、与整流电路2连接的过流保护电路3、与过流保护电路3连接的斩波电路、以及与斩波电路连接的双路输出电路4。
所述取能线圈电路1包括感应线圈以及磁芯，感应线圈采用螺旋式绕线，磁芯材料为硅钢片，由一个个片状的硅钢压缩制成，两个半圆形材料组成一个圆环形的铁芯，铁芯带有1mm绝缘气隙，这样可以减小磁导率，避免铁芯过快饱和，这样就使得该装置可以适用于较大的电流变化范围，该装置适用于220kV的高压输电线路。
采用开口式连接，安装时可直接卡在输电线路上，方便安装。取能线圈的外壳采用阻燃、耐高温的聚碳酸酯材料。
所述整流电路2为桥式整流电路。该整流模块为半控整流电路。为了对每个回路进行控制，需要两个晶闸管，两个二极管，这样既简化了电路，又可以控制每个回路。二极管选用IN4002型号，最高反向峰值电压为100V，额定电流为1A；晶闸管选用KPSO型号，正向平均电流为50A，断态峰值电压为100V。
所述过流保护电路3包括瞬态抑制二极管以及与瞬态抑制二极管并联的MOS管。MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联，其中，瞬态抑制二极管(TVS)采用P6KE15A，击穿电压为15V；MOS管选用IRFY130M，极限电压为100V，极限电流为10.8A。
所述控制模块为80C51单片机，实现对各项功能的控制。根据输入的电压信号，通过单片机80C51实现模拟信号和数字信号的转换，然后实现对储能模块和报警模块的控制。
所述双路输出电路4包括3个电磁继电器，实现线路上的自动开关。
所述报警模块电路包括电阻R4和与电阻串联的三极管LM9018，三极管的发射集接地，集电极连接蜂鸣器。
对本领域技术人员来说，单片机、报警模块等电子元件属于本领域技术人员公知技术，对它们型号的选用不局限于本说明书的记载，单片机与常规电子元器件的连接及控制关系属于本领域技术人员的公知常识，在本说明书中不再赘述，本领域技术人员可根据现场实际情况选择公知手段对各个电子芯片进行安装。
具体的，取能线圈：本专利中的感应线圈采用螺旋式绕线，磁芯选取两个半圆形的硅钢片，两个半圆形材料组成一个圆环形的铁芯，铁芯带有1mm绝缘气隙，这样可以减小磁导率，避免铁芯过快饱和，这样就使得该装置可以适用于较大的电流变化范围，铁芯的一次侧是单匝线圈，二次侧是多匝线组，在输电线路周围存在交变磁场，闭合线圈穿过交变磁场时，就会感应出感应电动势，二次侧感应电动势有效值为
其中，f为频率；N1为一次侧线圈匝数；N2为二次侧线圈匝数；μ为硅钢片磁导率；A为硅钢片磁芯的有效截面积；I1为一次侧电流，即输电线路上的电流；L为磁路有效长度。当输电线路电流大于70A时，就可以取出4W的功率，可以为输电线路上的监控设备供电。220kV及以下电压等级的输电线路的母线电流可高达1000A，此时的二次侧电压可达到45V，因此，取能线圈后面必须有相应的保护电路及稳压电路。
整流电路：该整流模块为半控整流电路。利用二极管的单向导通的特性，在电流正半周期的时候，VT1、VD3导通，VT2、VD4截止，电流在经过该整流电路后，得到一半波的电流，在负半周期的时候，VT2、VD4导通，VT1、VD3截止，电流在经过该整流电路后，得到另一半波的电流，将交流电变成直流电。
过流保护电路：过流保护模块主要是由双向瞬态抑制二极管(TVS)和MOS管并联，再MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联。主要是利用双向瞬态抑制二极管和MOS管完成对电路的保护作用，当电路瞬时电压超过正常电压时，TVS管发生雪崩,给瞬时电流提供一个超低电阻通路,瞬时电流通过管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直处于截止状态。当瞬时脉冲结束以后,TVS管自动恢复高阻状态,整个回路进入正常电压。同时，当电压达到MOS管的开启电压时，即
MOS管导通，从而保护了后端负载，当电压减小时，MOS管又可以恢复断开的状态。其中，瞬态抑制二极管(TVS)采用P6KE15A，击穿电压为15V；MOS管选用IRFY130M，极限电压为100V，极限电流为10.8A，R1＝R2＝50Ω。
稳压电路：稳压电路主要利用稳压芯片LM7812和LM7805进行稳压，同时为了保证稳压芯片的正常工作，在稳压芯片前面还加了DC-DC稳压电路，从而保证输入可以满足稳压芯片的工作需要。在DC-DC稳压电路中，输出电压由全控型器件IGBT的占空比控制，可以进行升降压的调节，且输入输出同极性，其中L1＝L2＝208uH，C1＝1.67mF,C2＝700uF，C3＝2200μF,C4＝0.1μF,C5＝10μF,C6＝0.1μF,本专利设计了双输出，可实现根据不同的设备需要选择不同的输出，选用稳压芯片LM7812和LM7805，C3、C4为LM7812的滤波电容，C5、C6为LM7805的滤波电容。
负载电路：本模块采用3个电磁继电器，实现线路上的自动开关，当输电线路上电流过大时，K1、K2、K3同时闭合，实现对蓄电池的充电和对负载的供电；当电流减小时，K1、K3闭合，K2断开，主要由感应取电全部能量用于给负载供电；当电流继续减少，感应电流已不足以提供负载工作电压时，则K1断开，只由蓄电池完成供电。这样就使得供电更加稳定可靠。本专利在负载侧也设置了电磁继电器，使得在更换后端设备时，操作更加方便。
上述控制模块为80C51单片机，实现对各项功能的控制。根据输入的电压信号，通过单片机80C51实现模拟信号和数字信号的转换，然后实现对储能模块和报警模块的控制。
所述报警模块电路包括电阻R4和与电阻串联的三极管LM9018，R4＝10k，三极管的发射集接地，集电极连接蜂鸣器。
采用上述结构，使用时，取能线圈二次侧取出交流电后，经过电阻R1，将交流电流转换为交流电压，再经过变压器与桥式整流电路，实现对交流电压的整流作用，包括2只二极管和2只晶闸管，在电流正半周期的时候，VT1、VD3导通，VT2、VD4截止，电流在经过该整流电路后，得到一半波的电流，在负半周期的时候，VT2、VD4导通，VT1、VD3截止，电流在经过该整流电路后，得到另一半波的电流；然后，双向瞬态抑制二极管TVS、MOS管和R1、R2并联构成保护电路，当电路瞬时电压超过正常电压时，TVS管发生雪崩,给瞬时电流提供一个超低电阻通路,瞬时电流通过管被引开,避开被保护器件,并且在电压恢复正常值之前使被保护回路一直处于截止状态。当瞬时脉冲结束以后,TVS管自动恢复高阻状态,整个回路进入正常电压。同时，当电压达到MOS管的开启电压时，MOS管导通，从而保护了后端负载，当电压减小时，MOS管又可以恢复断开的状态；接下来，电感L1、L2，全控型器件IGBT，电容C1、C2及二极管VD组成斩波电路，其中，电感L1、L2都有储能的作用，另外，在IGBT处于断态时，第一电感L1还可以向负载供电，同时向第一电容C1充电，第一电容C1储存的能量在IGBT处于通态时向第二电感L2转移；最后是双路输出部分，主要由稳压芯片LM7812和LM7805，C3、C4为LM7812的滤波电容，C5、C6为LM7805的滤波电容，第三电容C3和第五电容C5是用来稳定输出，保证两端电压不突变，第四电容C4和第六电容C6是用来滤除高频干扰，保证输出稳定的电压值。
取能线圈与电阻R1串联，将取出的交流电流变换为交流电压，再与桥式半控整流装置并联，在整流模块中，正半周的时候，电流经VT1的阳极流入，经VD3的阴极流出，在负半周的时候，电流经VT2的阳极流入，经VD4的阴极流出；在过流保护模块中，瞬态抑制二极管的一端连接MOS管的源极，另一端连接MOS管的漏极，MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联；在稳压模块中，IGBT的集电极连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电感L2和二极管的阳极，二极管的阴极连接并联的电容C2、C3、C4，电容C4连接芯片LM7812，芯片LM7812的另一端连接并联的电容C5、C6，在连接芯片LM7805，芯片LM7812与芯片LM7805分别有一端接地。
Claims (8)
1.一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：它从输入端到输出端依次包括取能线圈电路(1)，与取能线圈电路(1)连接的整流电路(2)、与整流电路(2)连接的过流保护电路(3)、与过流保护电路(3)连接的斩波电路、以及与斩波电路连接的双路输出电路(4)。
2.根据权利要求1所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述取能线圈电路(1)包括感应线圈以及磁芯，感应线圈采用螺旋式绕线，磁芯包括2个半圆形的硅胶片。
3.根据权利要求1所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述整流电路(2)为桥式整流电路。
4.根据权利要求1或2其中之一所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述过流保护电路(3)包括瞬态抑制二极管以及与瞬态抑制二极管并联的MOS管。
5.根据权利要求1或2所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述双路输出电路(4)包括3个电磁继电器，实现线路上的自动开关。
6.根据权利要求3所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述取能线圈电路(1)中的取能线圈与电阻R1串联，再与桥式半控整流装置并联。
7.根据权利要求6所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述在过流保护模块中，瞬态抑制二极管的一端连接MOS管的源极，另一端连接MOS管的漏极，MOS管的栅极和源极与R2并联，MOS管的栅极和漏极与R3并联。
8.根据权利要求6或7所述的一种双路输出的高压感应取电装置，其特征在于：所述在稳压模块中，IGBT的集电极连接电感L1的一端和电容C1的一端，电容C1的另一端连接电感L2和二极管的阳极，二极管的阴极连接并联的电容C2、C3、C4，电容C4连接芯片LM7812，芯片LM7812的另一端连接并联的电容C5、C6，在连接芯片LM7805，芯片LM7812与芯片LM7805分别有一端接地。
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