CN111890960A - 配网巡检设备无线充电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的一种配网巡检设备无线充电系统，包括供电单元；所述供电单元包括感应取电单元、第一稳压单元、第二稳压单元、充电控制单元、逆变器、控制单元以及发射线圈；所述感应取电单元用于从输电线路进行感应取电并输出直流电，所述第一稳压单元与感应取电单元的第一输出端连接，所述充电控制单元用于检测无人机在承载台的着陆状态并控制感应取电单元的第二输出端与第二稳压单元的输入端之间的通断，所述逆变器的输入端连接于第二稳压单元的输出端，逆变器的输出端与发射线圈连接，所述控制单元用于逆变器的工作以及充电控制单元，能够有效避免传统技术中蓄电池的续航能力对无人机进行输电线路巡检造成影响，从而提高巡检效率。

Description

配网巡检设备无线充电系统
技术领域
本发明涉及一种电力巡检系统，尤其涉及一种配网巡检设备无线充电系统。
背景技术
在输电线路运行过程中需要对输电线路进行巡检以确保输电线路能够持续稳定运行，尤其是架空输电线路，由于架空输电路暴露于周遭环境中，最是容易受到影响，比如塑料膜以及鱼线等缠绕、树枝影响等等，为了对架空的输电线路进行检测，传统采用人工巡检，其效率低，浪费人力，随着无人机技术的发展，逐渐采用无人机对输电路进行巡检，即在无人机上搭载摄像头以及无线通讯设备，将实时采集的巡检图像上传，但是，无人机的动力一般采用蓄电池，其巡检持续时间受到蓄电池的续航能力的影响，当处于较为偏僻的野外时，则无人机的巡检更是受到影响，从而影响输电线路的巡检效率，为了满足无人机的蓄电池的续航能力，传统技术往往采用备用电池进行替换或者对无人机蓄电池进行供电，这种方式，仍然受到备用电池的影响。
因此，为了解决上述技术问题，继续提出一种新的技术手段加以解决。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种配网巡检设备无线充电系统，能够为无人机的蓄电池进行在线取电并通过无线充电的方式进行充电，能够有效避免传统技术中蓄电池的续航能力对无人机进行输电线路巡检造成影响，从而提高巡检效率。
本发明提供的一种配网巡检设备无线充电系统，包括固定设置于输电线路杆塔的承载台，所述承载台设置有用于对无人机进行无线充电的供电单元；
所述供电单元包括感应取电单元、第一稳压单元、第二稳压单元、充电控制单元、逆变器、控制单元以及发射线圈；
所述感应取电单元用于从输电线路进行感应取电并输出直流电，所述第一稳压单元与感应取电单元的第一输出端连接，用于将感应取电单元输出的直流电进行稳压处理并输出5V直流电，所述充电控制单元用于检测无人机在承载台的着陆状态并控制感应取电单元的第二输出端与第二稳压单元的输入端之间的通断，所述逆变器的输入端连接于第二稳压单元的输出端，逆变器的输出端与发射线圈连接，所述控制单元用于逆变器的工作以及充电控制单元，所述第二稳压单元输出24V直流电，所述发射线圈设置于承载台的感应充电区。
进一步，所述充电控制单元包括三个压力传感器、可控硅Q2以及可控硅控制电路；
三个压力传感器位于承载台的上表面且围绕感应充电区的圆周方向布置，三个压力传感器的输出端与可控硅控制电路的检测输入端连接，所述可控硅控制电路的控制输入端与控制单元连接，所述可控硅控制电路的控制输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅Q2的正极通过电阻R13连接于感应取电单元的输出端，可控硅Q2的负极连接于第二稳压单元的输入端。
进一步，所述可控硅控制电路包括可控硅导通控制电路和可控硅关断控制电路；
所述可控硅导通控制电路的输入端与三个压力传感器的输出端连接，可控硅导通控制电路的输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅关断控制电路的控制输入端连接于控制单元，可控硅关断控制电路的输出端向可控硅Q2的负极输出关断电压。
进一步，所述可控硅导通控制电路包括三极管Q3、电阻R6、电阻R7、到妹子R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及三个结构相同的比较控制电路；
三个比较控制电路的输入端分别与三个压力传感器的输出端连接，三个比较控制电路与二极管D1、二极管D2以及二极管D3的一一对应，且比较控制电路的输出端与向对应的二极管的负极连接，所述比较器控制电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R9、比较器U3以及三极管Q4；
电阻R10的一端作为比较控制电路的输入端，电阻R10的另一端与比较器U3的同相端连接，比较器U3的反相端通过电阻R9接地，比较器U3的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11接5V电源，三极管Q4的集电极作为比较控制电路的输出端；
电阻R7的一端连接于5V电源，电阻R7的另一端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，电阻R7与电阻R8之间的公共连接点与二极管D1、二极管D2和二极管D3的正极连接，电阻R8和电阻R7之间的公共连接点作为充电控制单元的检测输出端与控制单元连接，三极管Q3的发射极与可控硅Q2的控制极连接，三极管Q3的基极通过电阻R6与5V电源连接。
进一步，所述可控硅关断控制电路包括三极管Q1、光耦OC1以及电阻R4；
三极管Q1的集电极连接于电阻R13与感应取电单元的输出端之间的公共连接点，三极管Q1的发射极连接于可控硅Q2的负极，三极管Q1的基极连接于光耦OC1的光敏三极管的发射极，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R4接5V电源，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的发光二极管的正极作为可控硅关断电路的控制输入端连接于控制单元。
进一步，所述感应取电单元包括电流互感器、整流电路REC1以及输出电路；
所述电流互感器设置于输电线路进行感应取电，电流互感器的输出端与整流电路REC1的输入端连接，整流电路REC1的输出端与输出电路的输入端连接，所述输出电路具有第一输出端和第二输出端。
进一步，所述输出电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、电容C1以及压敏电阻R2；
电阻R1的一端通过压敏电阻R2接地，电阻R1和压敏电阻R2之间的公共连接点作为输出电路的输入端，电阻R1的另一端通过电容C1接地，电阻R5的一端连接于电容C1和电阻R1之间的公共连接点，电阻R5的另一端作为输出电路的第二输出端，电阻R3的一端连接于电阻R1和电容C1之间的公共连接点，电阻R3的另一端作为输出电路的第一输出端。
进一步，所述控制单元包括控制器和逆变器驱动电路，所述控制器的检测输入端连接于充电控制单元的检测输出端，控制器的控制输出端与充电控制单元的控制输入端连接，控制器的逆变器控制输出单与逆变器驱动电路的输入端连接，所述逆变器驱动电路控制逆变器工作。
进一步，所述第一稳压单元为LM2596芯片及其外围电路。
进一步，所述第二稳压单元为LM7824芯片及其外围电路。
本发明的有益效果：通过本发明，能够为无人机的蓄电池进行在线取电并通过无线充电的方式进行充电，能够有效避免传统技术中蓄电池的续航能力对无人机进行输电线路巡检造成影响，从而提高巡检效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
图1为本发明结构示意图。
图2为本发明的电路原理图。
图3为比较控制电路原理图。
图4为逆变器电路原理图。
图5为压力传感器布置示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：
本发明提供的一种配网巡检设备无线充电系统，包括固定设置于输电线路杆塔的承载台3，所述承载台设置有用于对无人机进行无线充电的供电单元；
所述供电单元包括感应取电单元、第一稳压单元、第二稳压单元、充电控制单元、逆变器、控制单元以及发射线圈；
所述感应取电单元用于从输电线路进行感应取电并输出直流电，所述第一稳压单元与感应取电单元的第一输出端连接，用于将感应取电单元输出的直流电进行稳压处理并输出5V直流电，所述充电控制单元用于检测无人机在承载台的着陆状态并控制感应取电单元的第二输出端与第二稳压单元的输入端之间的通断，所述逆变器的输入端连接于第二稳压单元的输出端，逆变器的输出端与发射线圈连接，所述控制单元用于逆变器的工作以及充电控制单元，所述第二稳压单元输出24V直流电，所述发射线圈设置于承载台的感应充电区；通过本发明，能够为无人机的蓄电池进行在线取电并通过无线充电的方式进行充电，能够有效避免传统技术中蓄电池的续航能力对无人机进行输电线路巡检造成影响，从而提高巡检效率。
具体地：所述充电控制单元包括三个压力传感器1、可控硅Q2以及可控硅控制电路；
三个压力传感器1位于承载台3的上表面且围绕感应充电区2的圆周方向布置，三个压力传感器的输出端与可控硅控制电路的检测输入端连接，所述可控硅控制电路的控制输入端与控制单元连接，所述可控硅控制电路的控制输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅Q2的正极通过电阻R13连接于感应取电单元的输出端，可控硅Q2的负极连接于第二稳压单元的输入端，在无人机进行无线充电式，影响到无线充电的效率主要因素为设置于无人机上的接收线圈与承载台的发射线圈是否准确对应，准确对应并非是完全对准，而是说无人机的接收线圈的感应区与承载台的感应充电区是否正对，从而确保充电效率，因此，在布置三个压力传感器时，三个压力传感器虽然总体上是围绕感应充电区布置，但是，每个压力传感器与感应充电区的圆心的距离不等，这样能够确保感应充电区与接收线圈的感应区能够正对，接收线圈接收感应电能后，然后通过设置在无人机的整流电路、滤波电路以及稳压电路等现有电路对无人机的动力电池进行充电。
所述可控硅控制电路包括可控硅导通控制电路和可控硅关断控制电路；
所述可控硅导通控制电路的输入端与三个压力传感器的输出端连接，可控硅导通控制电路的输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅关断控制电路的控制输入端连接于控制单元，可控硅关断控制电路的输出端向可控硅Q2的负极输出关断电压。
所述可控硅导通控制电路包括三极管Q3、电阻R6、电阻R7、到妹子R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及三个结构相同的比较控制电路；
三个比较控制电路的输入端分别与三个压力传感器的输出端连接，三个比较控制电路与二极管D1、二极管D2以及二极管D3的一一对应，且比较控制电路的输出端与向对应的二极管的负极连接，所述比较器控制电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R9、比较器U3以及三极管Q4；
电阻R10的一端作为比较控制电路的输入端，电阻R10的另一端与比较器U3的同相端连接，比较器U3的反相端通过电阻R9接地，比较器U3的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11接5V电源，三极管Q4的集电极作为比较控制电路的输出端；
电阻R7的一端连接于5V电源，电阻R7的另一端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，电阻R7与电阻R8之间的公共连接点与二极管D1、二极管D2和二极管D3的正极连接，电阻R8和电阻R7之间的公共连接点作为充电控制单元的检测输出端与控制单元连接，三极管Q3的发射极与可控硅Q2的控制极连接，三极管Q3的基极通过电阻R6与5V电源连接。
所述可控硅关断控制电路包括三极管Q1、光耦OC1以及电阻R4；
三极管Q1的集电极连接于电阻R13与感应取电单元的输出端之间的公共连接点，三极管Q1的发射极连接于可控硅Q2的负极，三极管Q1的基极连接于光耦OC1的光敏三极管的发射极，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R4接5V电源，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的发光二极管的正极作为可控硅关断电路的控制输入端连接于控制单元。
所述感应取电单元包括电流互感器、整流电路REC1以及输出电路；
所述电流互感器设置于输电线路进行感应取电，电流互感器的输出端与整流电路REC1的输入端连接，整流电路REC1的输出端与输出电路的输入端连接，所述输出电路具有第一输出端和第二输出端。
所述输出电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、电容C1以及压敏电阻R2；
电阻R1的一端通过压敏电阻R2接地，电阻R1和压敏电阻R2之间的公共连接点作为输出电路的输入端，电阻R1的另一端通过电容C1接地，电阻R5的一端连接于电容C1和电阻R1之间的公共连接点，电阻R5的另一端作为输出电路的第二输出端，电阻R3的一端连接于电阻R1和电容C1之间的公共连接点，电阻R3的另一端作为输出电路的第一输出端。
所述控制单元包括控制器和逆变器驱动电路，所述控制器的检测输入端连接于充电控制单元的检测输出端，控制器的控制输出端与充电控制单元的控制输入端连接，控制器的逆变器控制输出单与逆变器驱动电路的输入端连接，所述逆变器驱动电路控制逆变器工作。
所述第一稳压单元为LM2596芯片及其外围电路。
所述第二稳压单元为LM7824芯片及其外围电路。其中，控制器采用现有的单片机，逆变器采用IGBT组成的桥式逆变器，整流电路再用现有的二极管组成的全桥式整流电路，第一稳压单元和第二稳压单元还可以采用其他能够输出5V和24V直流电的稳压电路，逆变器驱动电路为现有的驱动电路。
以下对本发明的工作原理进一步描述：
对于无线充电来说，一方面要保证电能发送区(本申请中的感应充电区)和电能接收区能够对准，另一方面，由于电能发送为交流电，需要通过逆变器将稳定的直流电转换为交流电，逆变器为功率器件IGBT构成，这种情况下，其自身具有较大的发热，如果在承载台上没有无人机而逆变器始终工作，则会大大缩短逆变器的使用寿命，因此，本发明的上述结构解决了上述的两个问题，那么，是如何解决的呢？下面具体分析：
首先，是从输电线路上感应取电，由电流互感器实现，然后通过整流电路进行整流后，到输出电路，输出电路中，电阻R1和电阻R5以及电阻R1和电阻R3组成两个分压电路，分别向第二稳压单元和第一稳压单元供电，电阻R5的阻值小于电阻R3的阻值，压敏电阻R2用于钳压，防止过电压对后续电路冲击，电容C1一方面稳压，一方面滤出交流成分，第一稳压单元和第二稳压单元属于现有技术，在此不加以赘述，在上述中阐述了三个压力传感器的布置方式，那么在无人机上至少设置有与三个压力传感器相对应的支撑点，当相对应的支撑点均唯一压力传感器时，压力传感器输出电压检测信号，该信号输入到比较控制电路中，比较控制电路中的比较器在无压力信号输入时输出高电平，当有压力信号输入时，输出低电平，三极管Q4导通，从而将三极管Q4的集电极的电位拉低，三极管Q4的集电极输出低电平。
在电阻R7和电阻R8处，三个二极管的负极任一为低电平时，电阻R7和电阻R8的公共连接点极为低电平，当三个二极管的负极均为高电平时，表明有无人机着陆于本承载台且电能发送区和电能接收区对准，此时，电阻R8的左端为高电平，该高电平一方面输入到控制器中，另一方面控制三极管Q3导通，从而向可控硅Q2提供触发电压和电流，可控硅Q2导通，当充电完成后，无人机飞离承载台，此时，电阻R7和电阻R8之间恢复为低电平，该低电平不能使可控硅Q2截止，但是能够使三极管Q3截止，而且，该低电平向控制器提供了一个识别信号，该识别信号使得控制器向光耦OC1发出一个1-2秒的高电平脉冲，光耦导通，从而使得三极管Q1导通，三极管Q1的导通，使得电阻R5和电阻R13之间的电压直接加载于可控硅Q2的负极，从而使得可控硅Q2截止，同时，控制器也不再向逆变器驱动电路发送控制命令，进而实现对第二稳压电路及其后续电路的完全关断，进而实现对第二稳压电路以及逆变器进行保护。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：包括固定设置于输电线路杆塔的承载台，所述承载台设置有用于对无人机进行无线充电的供电单元；
所述供电单元包括感应取电单元、第一稳压单元、第二稳压单元、充电控制单元、逆变器、控制单元以及发射线圈；
所述感应取电单元用于从输电线路进行感应取电并输出直流电，所述第一稳压单元与感应取电单元的第一输出端连接，用于将感应取电单元输出的直流电进行稳压处理并输出5V直流电，所述充电控制单元用于检测无人机在承载台的着陆状态并控制感应取电单元的第二输出端与第二稳压单元的输入端之间的通断，所述逆变器的输入端连接于第二稳压单元的输出端，逆变器的输出端与发射线圈连接，所述控制单元用于逆变器的工作以及充电控制单元，所述第二稳压单元输出24V直流电，所述发射线圈设置于承载台的感应充电区。
2.根据权利要求1所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述充电控制单元包括三个压力传感器、可控硅Q2以及可控硅控制电路；
三个压力传感器位于承载台的上表面且围绕感应充电区的圆周方向布置，三个压力传感器的输出端与可控硅控制电路的检测输入端连接，所述可控硅控制电路的控制输入端与控制单元连接，所述可控硅控制电路的控制输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅Q2的正极通过电阻R13连接于感应取电单元的输出端，可控硅Q2的负极连接于第二稳压单元的输入端。
3.根据权利要求2所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述可控硅控制电路包括可控硅导通控制电路和可控硅关断控制电路；
所述可控硅导通控制电路的输入端与三个压力传感器的输出端连接，可控硅导通控制电路的输出端与可控硅Q2的控制极连接，可控硅关断控制电路的控制输入端连接于控制单元，可控硅关断控制电路的输出端向可控硅Q2的负极输出关断电压。
4.根据权利要求3所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述可控硅导通控制电路包括三极管Q3、电阻R6、电阻R7、到妹子R8、二极管D1、二极管D2、二极管D3以及三个结构相同的比较控制电路；
三个比较控制电路的输入端分别与三个压力传感器的输出端连接，三个比较控制电路与二极管D1、二极管D2以及二极管D3的一一对应，且比较控制电路的输出端与向对应的二极管的负极连接，所述比较器控制电路包括电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R9、比较器U3以及三极管Q4；
电阻R10的一端作为比较控制电路的输入端，电阻R10的另一端与比较器U3的同相端连接，比较器U3的反相端通过电阻R9接地，比较器U3的输出端通过电阻R12与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极通过电阻R11接5V电源，三极管Q4的集电极作为比较控制电路的输出端；
电阻R7的一端连接于5V电源，电阻R7的另一端通过电阻R8与三极管Q3的基极连接，电阻R7与电阻R8之间的公共连接点与二极管D1、二极管D2和二极管D3的正极连接，电阻R8和电阻R7之间的公共连接点作为充电控制单元的检测输出端与控制单元连接，三极管Q3的发射极与可控硅Q2的控制极连接，三极管Q3的基极通过电阻R6与5V电源连接。
5.根据权利要求3所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述可控硅关断控制电路包括三极管Q1、光耦OC1以及电阻R4；
三极管Q1的集电极连接于电阻R13与感应取电单元的输出端之间的公共连接点，三极管Q1的发射极连接于可控硅Q2的负极，三极管Q1的基极连接于光耦OC1的光敏三极管的发射极，光耦OC1的光敏三极管的集电极通过电阻R4接5V电源，光耦OC1的发光二极管的负极接地，光耦OC1的发光二极管的正极作为可控硅关断电路的控制输入端连接于控制单元。
6.根据权利要求1所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述感应取电单元包括电流互感器、整流电路REC1以及输出电路；
所述电流互感器设置于输电线路进行感应取电，电流互感器的输出端与整流电路REC1的输入端连接，整流电路REC1的输出端与输出电路的输入端连接，所述输出电路具有第一输出端和第二输出端。
7.根据权利要求6所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述输出电路包括电阻R1、电阻R3、电阻R5、电容C1以及压敏电阻R2；
电阻R1的一端通过压敏电阻R2接地，电阻R1和压敏电阻R2之间的公共连接点作为输出电路的输入端，电阻R1的另一端通过电容C1接地，电阻R5的一端连接于电容C1和电阻R1之间的公共连接点，电阻R5的另一端作为输出电路的第二输出端，电阻R3的一端连接于电阻R1和电容C1之间的公共连接点，电阻R3的另一端作为输出电路的第一输出端。
8.根据权利要求1所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述控制单元包括控制器和逆变器驱动电路，所述控制器的检测输入端连接于充电控制单元的检测输出端，控制器的控制输出端与充电控制单元的控制输入端连接，控制器的逆变器控制输出单与逆变器驱动电路的输入端连接，所述逆变器驱动电路控制逆变器工作。
9.根据权利要求1所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述第一稳压单元为LM2596芯片及其外围电路。
10.根据权利要求1所述配网巡检设备无线充电系统，其特征在于：所述第二稳压单元为LM7824芯片及其外围电路。
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