CN107733101B - 宽域智能互感取电控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种宽域智能互感取电控制系统，DC‑DC电源模块P2用于将积分电容C1端直流电压隔离转换为后续电路所需电压，CPU模块用于通过AD模块检测DC‑DC电源模块P2的输出电压，斩波电路用于抑制取能线圈L2的感应电能输出，CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4相互通信，DC‑DC电源模块P2输出端为CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4供电；通过使用穿心式CT单边绕线圈感应取电，并将感应电流信号整流、滤波后使用DC‑DC电源模块转换为用户所需电压，（1）当一次侧电流很不稳定、电压突变高时使用固态继电器SSR泄能；（2）当一次侧电流相对稳定时，使用斩波电路泄能，有效改善电源输出品质。
Description
技术领域
本发明涉及感应取能电源技术领域，尤其涉及一种宽域智能互感取电控制系统。
背景技术
在电力系统安全运行中，对输电线路设备、配网设备进行感知监测具有非常重要的意义。而很多一次设备电压等级高，当监测装置负荷较大时不具备安装大量太阳能电池的条件，因此研制互感取电技术有重要的实用意义。输电线路监测装置目前主要供电方式是感应取能供电，由于高压线电流波动范围较大，要求取能电源适应很宽的电流变化范围，相关研究有多线圈法、增加备用电池避免电流死区法等。
从CT取得电能越来越成为电力系统测控装置能源来源的趋势，它具有成本低、体积小、寿命长、安全可靠的优点，只要导线中有足够大的电流，它就可以给测控装置持续提供足够的电能。但也有它的特点甚至缺点，（1）在电流较大时如何泄放互感器中感应出的多余的电能；（2）如何在尽可能小的导线电流下取得尽可能多的电能；（3）在电流较小时如何让装置能够维持工作等。
针对第一个问题常见的解决方案有：（1）在取能铁芯设置取能线圈和补偿线圈，取能线圈负责将感应到的电能整流降压为供电电源，补偿线圈用于泄放多余的电能。这种方法补偿线圈与取能线圈的匝数、补偿线圈的控制策略是电源成败的关键。（2）取能线圈兼泄放多余电能功能，这种方式的特点是取控一体，但要控制好泄放电路，采用高频泄放电路容易感染主电缆以及电源输出品质，采用可控硅泄放电路易造成取能铁芯震动问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种宽域智能互感取电控制系统，使用穿心式CT单边绕线圈感应取电，并将感应电流信号整流、滤波后使用DC-DC电源模块转换为用户所需电压，（1）当一次侧电流很不稳定、电压突变高时使用固态继电器SSR泄能；（2）当一次侧电流相对稳定时，使用寿命高、开关频率可控的斩波电路泄能，电源输出品质好、不发热、无响动。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种宽域智能互感取电控制系统，包括取电装置、斩波电路、固态继电器SSR1、DC-DC电源模块P2、CPU控制模块P3、交流斩波电路驱动模块P4和整流桥B1，所述取电装置包括取能线圈L2、输能线圈L1和CT铁芯，取能线圈L2和输能线圈L1单边绕制在CT铁芯两侧，取能线圈L2通过整流桥B1和积分电容C1后输入DC-DC电源模块P2，DC-DC电源模块P2用于将C1端直流电压隔离转换为后续电路所需电压，CPU模块用于通过AD模块检测DC-DC电源模块P2的输入电压，在C1两端通过电阻R2和R3串联分压后接电压截止管D1，电压截止管D1驱动三极管Q1导通生成固体继电器SSR1的控制信号，斩波电路用于抑制取能线圈L2的感应电能输出，所述CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4相互通信，DC-DC电源模块P2输出端为CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4供电。
所述斩波电路包括三极管Q3、电阻R5、二极管D3和电容C3，所述电阻R5与电容C3串联，二极管D3与电阻R5和电容C3形成的支路并联，并联形成的支路两端分别连接三极管Q3的集电极和发射极，三极管Q3的基极连接交流斩波电路驱动模块，二极管D3的正极连接交流斩波电路驱动模块接地端。
所述取能线圈L2并联设置双向TVS管和压敏电阻R1。
所述固态继电器SSR1型号为mager JGX-5F，所述DC-DC电源模块P2型号为mornsunURB1D_LMD-10WR3。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明通过采用与取能线圈L2配套设置斩波电路和固态继电器SSR1，并使用CPU控制模块对斩波电路的工作状态进行控制，当取能线圈L2的电压在40~150V之间时，固态继电器SSR1泄能模块不工作，由CPU控制模块控制的斩波电路投入泄能，使积分电容C1的电压控制在96V附近，且PWM频率（1~10KHz）由CPU控制，用于躲避用户电路板敏感的频段，实现智能化控制，当感应线圈L2电压超过150V时有可靠的固态继电器SSR1实施泄能，有效改善电能输出品质，延长使用寿命。
附图说明
图1是本发明的系统原理图；
图2是CPU控制模块电路原理图；
图3是交流斩波电路驱动模块电路原理图。
实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1所示，本发明公开了一种宽域智能互感取电控制系统，包括取电装置、斩波电路、固态继电器SSR1、DC-DC电源模块P2、CPU控制模块P3、交流斩波电路驱动模块P4和整流桥B1，所述取电装置包括取能线圈L2、输能线圈L1和CT铁芯，取能线圈L2和输能线圈L1单边绕制在CT铁芯两侧，取能线圈L2通过整流桥B1和积分电容C1后输入DC-DC电源模块P2，DC-DC电源模块P2用于将C1端直流电压隔离转换为后续电路所需电压，CPU模块用于通过AD模块检测DC-DC电源模块P2的输出电压，在C1两端通过电阻R2和R3串联分压后接电压截止管D1，电压截止管D1驱动三极管Q1导通生成固体继电器SSR1的控制信号，斩波电路用于抑制取能线圈L2的感应电能输出，所述CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4相互通信，DC-DC电源模块P2输出端为CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4供电。
所述斩波电路包括三极管Q3、电阻R5、二极管D3和电容C3，所述电阻R5与电容C3串联，二极管D3与电阻R5和电容C3形成的支路并联，并联形成的支路两端分别连接三极管Q3的集电极和发射极，三极管Q3的基极连接交流斩波电路驱动模块，二极管D3的正极连接交流斩波电路驱动模块接地端；所述取能线圈L2并联设置双向TVS管和压敏电阻R1；所述固态继电器SSR1型号为mager JGX-5F，所述DC-DC电源模块P2型号为mornsun URB1D_LMD-10WR3。
在具体应用过程中，附图1中所示的AC为导线电流，通过输能L1线圈（单匝、穿心通过CT铁芯），在CT铁芯单边绕制取能线圈L2感应输出电能；取能线圈L2输出端接双向TVS管和压敏电阻R1进行；之后取能线圈L2感应电流通过整流桥B1接积分电容C1后输入DC-DC电源模块P2；在积分电容C1两端通过电阻R2和R3串联分压后接电压截止管D1驱动三极管Q1导通生成固体继电器SSR1的控制信号，R4为控制信号的限流电阻，固态继电器SSR1在使能后短路取能线圈L2，DC-DC电源模块P2将积分电容C1端直流电压隔离转换为后续电路所需的5V、24V等电压；P3为CPU控制模块，该CPU控制模块使用AD监测电源模块P2输入电压，并依据电压实时生成调节斩波电路的控制信号PWM；P4为交流斩波电路的驱动模块；三极管Q3、电阻R5、二极管D3和电容C3组成取能线圈L2输出端的斩波电路，用于智能抑制取能线圈L2的感应电能输出，从而控制DC-DC电源模块P2的输入电压为最佳功率点。
其中：
（1）CT铁芯设计及其安装方式
CT铁芯为硅钢材料，截面为20毫米*20毫米，对口齿接、气隙0.5毫米，单边绕线610匝，线径大于等于0.6毫米；
（2）取能线圈L2输出并联220V 1.5KA双向TVS管，避免雷击、停送电冲击；取能线圈L2输出端使用压敏电阻R1进行过压保护；
（3）AC为导线电流，通过输能L1线圈（单匝、穿心通过CT），CT铁芯单边绕制取能线圈L2感应输出电能；
（4）取能线圈L2感应的交流电通过整流桥B1、在积分电容C1端生成直流信号；
（5）积分电容C1端直流信号通过电阻R2和R3串联分压，通过电压截止管D1驱动功率三极管Q1导通生成固体继电器SSR1（本方案选用mager JGX-5F）控制信号，R4为控制信号的限流电阻。当积分电容C1端电压超过200V时固态继电器SSR1输出端导通，短路取能线圈L2泄能，从而保护后续的DC-DC电源模块；固态继电器SSR1只能在过零点短路和泄能，因此容易造成铁芯CT振动，该泄能电路只在积分电容C1电压超过150V工作。
（6）P2为DC-DC电源模块（本方案选择mornsun URB1D_LMD-10WR3），将积分电容C1端直流电压隔离转换为后续电路所需的5V电压；
（7）三极管Q3、电阻R5、二极管D3和电容C3组成取能线圈L2输出端的斩波电路，用于抑制取能线圈L2的能量输出，从而控制DC-DC电源模块P2的输入电压为最佳功率点；
（8）P4为交流斩波电路的驱动模块，本方案使用EXB 841，具体电路原理参见附图3；
（9）P3为CPU控制模块，该模块用于AD监测P2输入电压，并依据电压实时生成调节斩波电路的控制信号PWM，具体原理参见附图2。
本发明在使用时，使用穿心式CT单边绕线圈感应取电方式，并将感应电流信号整流、滤波后使用DC-DC电源模块转换为用户所需电压，本发明使用两种泄能方式：（1）当一次侧电流很不稳定、电压突变高时使用固态继电器SSR1泄能；（2）当一次侧电流相对稳定时，使用寿命高、开关频率可控的斩波电路泄能，电源输出品质好、不发热、无响动。
Claims (3)
1.一种宽域智能互感取电控制系统，其特征在于：包括取电装置、斩波电路、固态继电器SSR1、DC-DC电源模块P2、CPU控制模块P3、交流斩波电路驱动模块P4和整流桥B1，所述取电装置包括取能线圈L2、输能线圈L1和CT铁芯，取能线圈L2和输能线圈L1单边绕制在CT铁芯两侧，取能线圈L2通过整流桥B1和积分电容C1后输入DC-DC电源模块P2，DC-DC电源模块P2用于将C1端直流电压隔离转换为后续电路所需电压，CPU模块用于通过AD模块检测DC-DC电源模块P2的输入电压，并依据电压实时生成调节斩波电路的控制信号PWM，在积分电容C1两端通过电阻R2和R3串联分压后接电压截止管D1，电压截止管D1驱动三极管Q1导通生成固体继电器SSR1的控制信号，R4为控制信号的限流电阻，固态继电器SSR1在使能后短路取能线圈L2，斩波电路用于抑制取能线圈L2的感应电能输出，所述CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4相互通信，DC-DC电源模块P2输出端为CPU控制模块P3和交流斩波电路驱动模块P4供电；
所述斩波电路包括三极管Q3、电阻R5、二极管D3和电容C3，所述电阻R5与电容C3串联，二极管D3与电阻R5和电容C3形成的支路并联，并联形成的支路两端分别连接三极管Q3的集电极和发射极，三极管Q3的基极连接交流斩波电路驱动模块，二极管D3的正极连接交流斩波电路驱动模块接地端。
2.根据权利要求1所述的宽域智能互感取电控制系统，其特征在于：所述取能线圈L2并联设置双向TVS管和压敏电阻R1。
3.根据权利要求2所述的宽域智能互感取电控制系统，其特征在于：所述固态继电器SSR1型号为mager JGX-5F，所述DC-DC电源模块P2型号为mornsun URB1D_LMD-10WR3。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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