CN111953248A - 一种管道发电机的整流稳压装置及控制方法 - Google Patents

一种管道发电机的整流稳压装置及控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种管道发电机的整流稳压装置及控制方法，包括与管道发电机输出端连接的整流器、采样电路、空耗电路、变压电路、输出电路、单片机和电池；所述整流器分别与相互并联的采样电路、空耗电路和变压电路连接；所述变压电路给输出电路供电，所述变压电路经过输出电路给电池充电；所述电池给输出电路供电，所述变压电路输出的电压高于电池输出的电压；所述采样电路的采样数据反馈至单片机，所述单片机控制空耗电路的通断，所述单片机控制变压电路的启停；所述电池给单片机供电。有益效果：本发明解决了管道发电机由于管道内流量不稳定生产的电量波动大无法直接利用的问题，提高了管道发电机的应用范围。

Description

一种管道发电机的整流稳压装置及控制方法
技术领域
本发明涉及一种整流稳压装置及控制方法，特别涉及一种管道发电机的整流稳压装置及控制方法，属于电力控制技术领域。
背景技术
管道发电机是一种安装在有液体或气体流动并产生压力及流量的管道上，利用这些流量及压力发电的设备，管道发电机主要用于野外没有接入电源并且需要电力供电的野外管道设备或者通讯设备。特别是数百上千公里的石油或天然气或化工管道中需要实时监测各段管道的流量情况，当管理内的流体流量异常时需要进行远程关闭部分管路的阀，这种实时监测和远程控制阀都需要提供电力作为保障，但是在野外通常是通过电池外接太阳能或者风力发电装置供电，这种供电方式可靠性不高，经常发生故障，需要人工去抢修费时费力。管道发电力可以将流体的动能转化为电能为管道附近的用电设备提供源源不断的电力。
中国专利CN201620569342.X 耐高压磁感应管道发电机和CN201620359406.3 磁感应管道发电机都是提供了一种将线圈组件和永磁体组件分别安装管道内壁的内外两侧的磁感应管道发电机，通过管道流动的流体带动永磁体和线圈发生相对切割磁感应线的运动。但是由于管道中的压力或流量处于一种很不稳定的状态，所以发出的电压及电量非常不稳定，在给用电设备供电过程中经常会造成设备的损坏或者电压不足无法工作，导致了管道发电机产生的电量无法直接使用，严重制约了管道发电机的应用。
发明内容
发明目的：本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够给用电设备直接提供稳定电压和电量的管道发电机的整流稳压装置及控制方法。
技术方案：一种管道发电机的整流稳压装置，包括与管道发电机输出端连接的整流器、采样电路、空耗电路、变压电路、输出电路、单片机和电池；所述整流器分别与相互并联的采样电路、空耗电路和变压电路连接；所述变压电路给输出电路供电，所述变压电路经过输出电路给电池充电；所述电池给输出电路供电，所述变压电路输出的电压高于电池输出的电压；所述采样电路的采样数据反馈至单片机，所述单片机控制空耗电路的通断，所述单片机控制变压电路的启停；所述电池给单片机供电。
本发明首先给过对管道发电机产生的交流电进行整流形成直流电，然后对该直流电的电压进行监测，当管道发电机产生的交流电经整流后形成的直流电的电压值处于可用范围内时，单片机切断空耗电路，同时启动变压电路给输出电路供电，输出电路给搭载外接用电设备的输出端供电，并且由于变压电路输出的电压高于电池输出的电压，因此可以同时给电池充电；当管道发电机产生的交流电经整流后形成的直流电的电压值过高或者过低时，管道发电机产生的电能无法为输出端提供电能，通过单片机接通空耗电路，同时切断变压电路，并且由电池为输出端提供电能，有效地保护了输出端用电设备的用电安全，并且保证了用电设备的正常运转。
优选项，为了提高本发明的可靠性，所述整流器输出端设有滤波保护电路，所述整流器经过滤波保护电路后分别与相互并联的采样电路、空耗电路和变压电路连接；所述滤波保护电路包括第一电容、热敏电阻和压敏电阻。当管道发电机启动时或者经过管道发电机流量发生突变时，瞬间产生的电压会非常大，容易对本发明的电器元件造成破坏，通过第一电容进行滤波，可以缩小电压值的波动范围，通过热敏电阻能够吸收瞬间的高压，当电压仍然过大时，压敏电阻能够进一步起到保护作用；最终电压稳定后滤波保护电路对整个整流稳压装置不产生影响，保证了本发明的稳定可靠。
优选项，为了准确可靠地对整流器输出的电压进行监测，所述采样电路包括第一采样电阻和第二采样电阻，第一采样电阻和第二采样电阻之间设有与单片机连接的采样点。通过第一采样电阻和第二采样电阻之间的电压值以及两个采样电阻的电阻值能够准确的计算出整流器输出的电压值。
优选项，为了保证整个电路的安全，所述空耗电路包括空耗电阻和空耗三极管，所述空耗三极管的集电极和发射极接入空耗电路的主电路，基极与单片机连接；所述空耗电阻位于空耗电路的主电路。当整流器输出的电压过高或者过低超出了变压电路的变压范围时，单片机通过基极对空耗三极管进行控制，使得管道发电机产生的电能经过空耗电路，保护了变压电路。
优选项，为了保证为输出端提供安全可靠的输出电压，所述变压电路包括变压器、驱动器、驱动三极管、电阻、第二电容、第一二极管和稳压器，所述变压器的初级线圈与驱动三极管和电阻构成初级线圈回路，单片机通过驱动器与驱动三极管的基极连接；所述变压器的次级线圈与第二电容、第一二极管和稳压器构成次级线圈回路并且与输出电路连接。
当整流器输出的电压处于变压器的变压范围内时，单片机通过驱动器控制驱动三极管将整流器产生的直流电变成交流电，经过变压器变压后，再经过第二电容、第一二极管和稳压器整流和稳压后形成最终稳定的输出电压。
优选项，为了实现管道发电机供电的同时给电池充电，并且电池供电时不影响变压器，所述输出电路包括第二二极管、第三二极管和第四二极管，所述第二二极管位于输出电路的正极所在的电路中，由变压电路向输出电路的正极一侧导通；所述第三二极管位于连接电池所在的电路，并且向电池一侧导通；所述第四二极管位于电池给输出电路供电的电路，并且向输出电路的正极一侧导通。当管道发电机供电时，第二二极管导通给输出端输出电压，同时第三二极管导通给电池充电；当电池供电时，第四二极管导通电池给输出端输出电压。
一种管道发电机的整流稳压装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、电压监测：管道发电机启动，整流器进行整流，单片机切断空耗电路和变压电路；采样电路监测经整流器整流后的电压，并将采样结果实时反馈至单片机；
步骤二、判定电压：将采样电路采集的电压值与设定值进行比较，当采集的电压值在设定范围内时，进入步骤三；当采集的电压值不在设定范围内时，进入步骤四；
步骤三、管道发电机供电：单片机切断空耗电路，同时接入变压电路，经过变压电路变压整流后给输出电路供电，输出电路给输出端供电，同时给电池充电；
步骤四、空耗电路工作：单片机切断变压电路，同时接入空耗电路，管道发电机产生的电量经整流器整流后经空耗电路形成空耗回路，同时输出端由电池供电；
步骤五、系统持续监测：采样电路持续采集经整流器整流后的电压，并反馈至单片机进行电压判定；在设定电压范围内由管道电机供电，否则由电池供电。
本发明根据管道发电机产生的电量经过整流器整流后，采样电路进行电压监测并反馈至单片机，单片机判定此时的电压值Vx是否为变压电路的变压范围，也就是单片机的设定值VMin和VMax，当Vx值处于之间VMin和VMax时，通过变压电路变压整流后给输出电路供电，同时给电池充电；当Vx值不在VMin和VMax之间时，Vx值过大或者过小时，单片机切断变压电路，同时接入空耗电路，管道发电机产生的电量经整流器整流后经空耗电路形成空耗回路，同时输出端由电池供电；采样电路需要持续监测整流器整流后的电压，当管道发电机产生的电能发生变化时，本发明需要切换供电模式，确保输出端安全可靠的供电。
优选项，为了进一步提高可靠性，所述单片机监测电池的电量，当电池的电量低于最低安全值时，切断电池与输出端的供电电路，保持电池给单片机供电，并且给后台发出警报。当电池的电量过低无法支持输出端供电需求时，需要确保单片机的正常用电需求，此时需要切断空耗电路和变压电路，保证电路的安全，同时给控制后台发出警报；当管道发电机产生的电能可以正常使用时，再次给电池充电，警报解除。如果充电后仍然低于安全值时，再次发出警报提醒工作人员检修电池。
有益效果：本发明能够根据管道发电机产生的电能选取合适的电压范围进行变压整流给输出端的用电设备提供安全稳定的电压，并且能够通过电池对电能进行储备；解决了管道发电机由于管道内流量不稳定生产的电量波动大无法直接利用的问题，提高了管道发电机的应用范围。
附图说明
图1为本发明的电器原理图；
图2为本发明的控制流程图。
具体实施方式
下面将参照附图详细地描述实施例。
如图1所示，一种管道发电机的整流稳压装置，包括与管道发电机输出端连接的整流器1、采样电路2、空耗电路3、变压电路4、输出电路5、单片机6和电池7；所述整流器1分别与相互并联的采样电路2、空耗电路3和变压电路4连接；所述变压电路4给输出电路5供电，所述变压电路4经过输出电路5给电池7充电；所述电池7给输出电路5供电，所述变压电路4输出的电压高于电池7输出的电压；所述采样电路2的采样数据反馈至单片机6，所述单片机6控制空耗电路3的通断，所述单片机6控制变压电路4的启停；所述电池7给单片机6供电。
本发明首先给过对管道发电机产生的交流电进行整流形成直流电，然后对该直流电的电压进行监测，当管道发电机产生的交流电经整流后形成的直流电的电压值处于可用范围内时，单片机6切断空耗电路3，同时启动变压电路4给输出电路5供电，输出电路5给搭载外接用电设备的输出端供电，并且由于变压电路4输出的电压高于电池7输出的电压，因此可以同时给电池7充电；当管道发电机产生的交流电经整流后形成的直流电的电压值过高或者过低时，管道发电机产生的电能无法为输出端提供电能，通过单片机6接通空耗电路3，同时切断变压电路4，并且由电池7为输出端提供电能，有效地保护了输出端用电设备的用电安全，并且保证了用电设备的正常运转。
所述整流器1输出端设有滤波保护电路8，所述整流器1经过滤波保护电路8后分别与相互并联的采样电路2、空耗电路3和变压电路4连接；所述滤波保护电路8包括第一电容81、热敏电阻82和压敏电阻83。当管道发电机启动时或者经过管道发电机流量发生突变时，瞬间产生的电压会非常大，容易对本发明的电器元件造成破坏，通过第一电容81进行滤波，可以缩小电压值的波动范围，通过热敏电阻82能够吸收瞬间的高压，当电压仍然过大时，压敏电阻83能够进一步起到保护作用；最终电压稳定后滤波保护电路8对整个整流稳压装置不产生影响，保证了本发明的稳定可靠。
所述采样电路2包括第一采样电阻21和第二采样电阻22，第一采样电阻21和第二采样电阻22之间设有与单片机6连接的采样点。通过第一采样电阻21和第二采样电阻22之间的电压值以及两个采样电阻的电阻值能够准确的计算出整流器输出的电压值。
所述空耗电路3包括空耗电阻31和空耗三极管32，所述空耗三极管32的集电极和发射极接入空耗电路3的主电路，基极与单片机6连接；所述空耗电阻31位于空耗电路3的主电路。当整流器1输出的电压过高或者过低超出了变压电路4的变压范围时，单片机6通过基极对空耗三极管31进行控制，使得管道发电机产生的电能经过空耗电路3，保护了变压电路4。
所述变压电路4包括变压器41、驱动器42、驱动三极管43、电阻44、第二电容45、第一二极管46和稳压器47，所述变压器41的初级线圈与驱动三极管43和电阻44构成初级线圈回路，单片机6通过驱动器42与驱动三极管43的基极连接；所述变压器41的次级线圈与第二电容45、第一二极管46和稳压器47构成次级线圈回路并且与输出电路5连接。
当整流器1输出的电压处于变压器的变压范围内时，单片机6通过驱动器42控制驱动三极管43将整流器1产生的直流电变成交流电，经过变压器41变压后，再经过第二电容45、第一二极管46和稳压器47整流和稳压后形成最终稳定的输出电压。
所述输出电路5包括第二二极管51、第三二极管52和第四二极管53，所述第二二极管51位于输出电路5的正极所在的电路中，由变压电路4向输出电路5的正极一侧导通；所述第三二极管52位于连接电池7所在的电路，并且向电池一侧导通；所述第四二极管53位于电池7给输出电路5供电的电路，并且向输出电路5的正极一侧导通。当管道发电机供电时，第二二极管51导通给输出端输出电压，同时第三二极管52导通给电池7充电；当电池7供电时，第四二极管53导通电池给输出端输出电压。
如图2所示，一种管道发电机的整流稳压装置的控制方法，包括以下步骤：
步骤一、电压监测：管道发电机启动，整流器1进行整流，单片机6切断空耗电路3和变压电路4；采样电路2监测经整流器1整流后的电压，并将采样结果实时反馈至单片机6；
步骤二、判定电压：将采样电路2采集的电压值与设定值进行比较，当采集的电压值在设定范围内时，进入步骤三；当采集的电压值不在设定范围内时，进入步骤四；
步骤三、管道发电机供电：单片机6切断空耗电路3，同时接入变压电路4，经过变压电路4变压整流后给输出电路5供电，输出电路5给输出端供电，同时给电池7充电；
步骤四、空耗电路工作：单片机6切断变压电路4，同时接入空耗电路3，管道发电机产生的电量经整流器1整流后经空耗电路3形成空耗回路，同时输出端由电池7供电；
步骤五、系统持续监测：采样电路2持续采集经整流器1整流后的电压，并反馈至单片机6进行电压判定；在设定电压范围内由管道电机供电，否则由电池7供电。
本发明根据管道发电机产生的电量经过整流器1整流后，采样电路2进行电压监测并反馈至单片机6，单片机6判定此时的电压值Vx是否为变压电路4的变压范围，也就是单片机6的设定值VMin和VMax，当Vx值处于之间VMin和VMax时，通过变压电路4变压整流后给输出电路5供电，同时给电池7充电；当Vx值不在VMin和VMax之间时，Vx值过大或者过小时，单片机6切断变压电路4，同时接入空耗电路3，管道发电机产生的电量经整流器1整流后经空耗电路3形成空耗回路，同时输出端由电池7供电；采样电路2需要持续监测整流器1整流后的电压，当管道发电机产生的电能发生变化时，本发明需要切换供电模式，确保输出端安全可靠的供电。
所述单片机6监测电池7的电量，当电池7的电量低于最低安全值时，切断电池7与输出端的供电电路，保持电池7给单片机6供电，并且给后台发出警报。当电池7的电量过低无法支持输出端供电需求时，需要确保单片机6的正常用电需求，此时需要切断空耗电路3和变压电路4，保证电路的安全，同时给控制后台发出警报；当管道发电机产生的电能可以正常使用时，再次给电池7充电，警报解除。如果充电后仍然低于安全值时，再次发出警报提醒工作人员检修电池7。

Claims (8)

1.一种管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：包括与管道发电机输出端连接的整流器（1）、采样电路（2）、空耗电路（3）、变压电路（4）、输出电路（5）、单片机（6）和电池（7）；所述整流器（1）分别与相互并联的采样电路（2）、空耗电路（3）和变压电路（4）连接；所述变压电路（4）给输出电路（5）供电，所述变压电路（4）经过输出电路（5）给电池（7）充电；所述电池（7）给输出电路（5）供电，所述变压电路（4）输出的电压高于电池（7）输出的电压；所述采样电路（2）的采样数据反馈至单片机（6），所述单片机（6）控制空耗电路（3）的通断，所述单片机（6）控制变压电路（4）的启停；所述电池（7）给单片机（6）供电。
2.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：所述整流器（1）输出端设有滤波保护电路（8），所述整流器（1）经过滤波保护电路（8）后分别与相互并联的采样电路（2）、空耗电路（3）和变压电路（4）连接；所述滤波保护电路（8）包括第一电容（81）、热敏电阻（82）和压敏电阻（83）。
3.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：所述采样电路（2）包括第一采样电阻（21）和第二采样电阻（22），第一采样电阻（21）和第二采样电阻（22）之间设有与单片机（6）连接的采样点。
4.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：所述空耗电路（3）包括空耗电阻（31）和空耗三极管（32），所述空耗三极管（32）的集电极和发射极接入空耗电路（3）的主电路，基极与单片机（6）连接；所述空耗电阻（31）位于空耗电路（3）的主电路。
5.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：所述变压电路（4）包括变压器（41）、驱动器（42）、驱动三极管（43）、电阻（44）、第二电容（45）、第一二极管（46）和稳压器（47），所述变压器（41）的初级线圈与驱动三极管（43）和电阻（44）构成初级线圈回路，单片机（6）通过驱动器（42）与驱动三极管（43）的基极连接；所述变压器（41）的次级线圈与第二电容（45）、第一二极管（46）和稳压器（47）构成次级线圈回路并且与输出电路（5）连接。
6.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置，其特征在于：所述输出电路（5）包括第二二极管（51）、第三二极管（52）和第四二极管（53），所述第二二极管（51）位于输出电路（5）的正极所在的电路中，由变压电路（4）向输出电路（5）的正极一侧导通；所述第三二极管（52）位于连接电池（7）所在的电路，并且向电池一侧导通；所述第四二极管（53）位于电池（7）给输出电路（5）供电的电路，并且向输出电路（5）的正极一侧导通。
7.根据权利要求1所述的管道发电机的整流稳压装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、电压监测：管道发电机启动，整流器（1）进行整流，单片机（6）切断空耗电路（3）和变压电路（4）；采样电路（2）监测经整流器（1）整流后的电压，并将采样结果实时反馈至单片机（6）；
步骤二、判定电压：将采样电路（2）采集的电压值与设定值进行比较，当采集的电压值在设定范围内时，进入步骤三；当采集的电压值不在设定范围内时，进入步骤四；
步骤三、管道发电机供电：单片机（6）切断空耗电路（3），同时接入变压电路（4），经过变压电路（4）变压整流后给输出电路（5）供电，输出电路（5）给输出端供电，同时给电池（7）充电；
步骤四、空耗电路工作：单片机（6）切断变压电路（4），同时接入空耗电路（3），管道发电机产生的电量经整流器（1）整流后经空耗电路（3）形成空耗回路，同时输出端由电池（7）供电；
步骤五、系统持续监测：采样电路（2）持续采集经整流器（1）整流后的电压，并反馈至单片机（6）进行电压判定；在设定电压范围内由管道电机供电，否则由电池（7）供电。
8.根据权利要求7所述的管道发电机的整流稳压装置的控制方法，其特征在于：所述单片机（6）监测电池（7）的电量，当电池（7）的电量低于最低安全值时，切断电池（7）与输出端的供电电路，保持电池（7）给单片机（6）供电，并且给后台发出警报。
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