CN112117097A - 一种稳定高压发生装置及其稳压方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高压电网技术领域，解决了现有技术中变压器输出电压不稳定、抗干扰能力差的技术问题，提供了一种稳定高压发生装置及其稳压方法，包括散热安装架、高压发生单元和瓷套管，所述高压发生单元包括变压器和壳体，所述壳体安装在散热安装架上，所述变压器安装在壳体内部，所述瓷套管安装在高压箱上，所述变压器包括铁芯、初级线圈以及次级线圈，所述铁芯包括初级铁芯和次级铁芯，所述初级线圈缠绕在初级铁芯上，所述次级线圈缠绕在次级铁芯上，所述初级线圈和次级线圈的轴线平行设置，所述初级铁芯的截面积大于次级铁芯的截面积。本发明所述的稳定高压发生装置及其稳压方法具有变压器输出电压稳定、抗干扰能力强的优点。
Description
技术领域
本发明涉及高压电网技术领域，尤其涉及一种稳定高压发生装置及其稳压方法。
背景技术
监所、各类重要场所安全防范的重点是周界防范设施，周界防范设施唯一具有打击效果和威慑力的就是周界高压电网设备，它是监狱的最后一道防线。若高压电网设备不能实现全天候有效打击、事故预警，其后果则不堪设想。高压电网一般以不同角度固定在墙头或地面，高压线数量为4-12线间隔20厘米分布，每100-150米为一区段配备一个高压发生器(简称高压箱)，该设备可输出3千伏～10千伏的脉冲高压到高压线网上，有人触碰高压线网时可对人体产生高压放电，使其失去行动能力，从而阻止不法分子的非法越界。
但是目前高压箱内的变压器，输出的电压稳定性不高，抗干扰的能力差，电路短路以后，变压器也容易烧毁。
发明内容
本发明实施例提供了一种稳定高压发生装置及其稳压方法，用以解决变压器输出电压不稳定、抗干扰能力差的技术问题。
本发明实施例提供一种稳定高压发生装置，包括散热安装架、高压发生单元和瓷套管，所述高压发生单元包括变压器和壳体，所述壳体安装在散热安装架上，所述变压器安装在壳体内部，所述瓷套管安装在高压箱上，所述变压器包括铁芯、初级线圈以及次级线圈，所述铁芯包括初级铁芯和次级铁芯，所述初级线圈缠绕在初级铁芯上，所述次级线圈缠绕在次级铁芯上，所述初级线圈和次级线圈的轴线平行设置，所述初级铁芯的截面积大于次级铁芯的截面积，所述次级铁芯的截面积小于普通变压器的次级铁芯的截面积，所述次级线圈的两端并联有一个电容器。
其工作原理和过程如下：
低压电路内的电能传输至壳体内的高压发生单元，通过变压器升压为高压电路，从瓷套管中输出；初级线圈的初级铁芯截面积大，为非饱和线圈；次级线圈的次级铁芯的截面积小，为饱和线圈；当变压器工作时，随着电源电压的增加，电能进入到初级线圈和初级铁芯，次级铁芯内磁通也随之增加，当次级铁芯内磁通达到饱和点时，电源电压再增加，增加的磁通只能漏到空气中，而次级铁芯内磁通基本上不再增加，所以次级线圈所产生的输出电压也就基本不变了，起到了稳压作用；在次级线圈的两端并联一个电容器，构成并联谐振回路，当电源频率与谐振回路的固有频率相等时，即可产生震荡，谐振回路内电流无限大，因此使次级铁芯很快饱和，当谐振回路产生震荡时，其阻抗视为无限大，因而谐振电路两端电流很小，减少了电源的供电功率，提高了变压器的效率，并且能够减少外部的干扰，次级铁芯的截面积相比其它变压器次级铁芯的截面积要小，用以漏掉多余的磁通，散热安装架能够与壳体实现热交换，将变压器产生的的温度导出，防止壳体内部温度过高。
优选的，所述高压发生单元包括4070V、5600V和9600V三种型号，其对应的变比分别为220：4070、220:5600和220:9600。
根据需要选取不同型号的高压发生单元。
优选的，所述初级铁芯和次级铁芯组成中间开口的回字形结构。
回字形结构更加连贯稳定。
优选的，所述铁芯由硅钢片制成。
硅钢片为制作铁芯的优选材料。
优选的，所述散热安装架横截面呈凹字形，所述壳体位于散热安装架的中部且与散热安装架的两侧壁之间留有散热的空隙。
留有空隙更加有利于热量的散发，凹字形的散热安装架，扩大了与空气的接触面积，有利于散热。
优选的，所述散热安装架包括导热合金层和位于导热合金层内部的石墨烯层。
通过在导热合金层之间设置石墨烯层，聚集的热量可以在石墨烯层中传输，进行热量的发散，从而提高复合相变材料整体的导热性，使散热安装架的散热效果更好。
优选的，所述散热安装架的侧壁外表面上设有若干散热翅片。
散热翅片增大了散热安装架与空气的接触面积。
一种稳定高压发生装置的稳压方法，包括以下步骤：
A1、设置次级铁芯的横截面积小于初级铁芯的横截面积；
A2、选取合适匝数的初级线圈和次级线圈；
A3、将初级线圈缠绕在初级铁芯上，将次级线圈缠绕在次级铁芯上；
A4、将输入电源连接在初级线圈上，将次级线圈与瓷套管连接。
优选的，还包括减少电源供电功率的方法，包括以下步骤：
B1、在次级线圈的两端并联电容器组成谐振回路；
B2、使电源频率与谐振回路的频率相等，产生震荡。
优选的，还包括使次级铁芯呈饱和的辅助方法，定义初级线圈为L1，次级线圈为L2，包括以下步骤：
C1、在初级线圈上缠绕电压补偿绕组L3；
C2、使L2和L3串联，设定单向电压相反。
综上所述，本发明的有益效果如下：
本发明采用饱和性变压器使得输出的高压电能更加稳定，同时通过电容器的设置不容易受到外部的干扰，降低了电源的供电功率，通过散热安装架的设置能够及时将箱体内部的热量导出，防止壳体内部温度过高，影响变压器的工作效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，这些均在本发明的保护范围内。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明中变压器的结构示意图。
图3为本发明中散热安装架的材料组成结构图；
图4为本发明另一实施例的主视图；
图5为本发明另一实施例的左视图。
图中零件部件及编号：1、高压发生单元；2、瓷套管；3、散热安装架；4、壳体；5、变压器；6、铁芯；7、初级铁芯；8、次级铁芯；9、初级线圈；10、次级线圈；11、电容器；12、导热合金层；13、石墨烯层；14、散热翅片。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。如果不冲突，本发明以及实施例中的各个特征可以相互结合，均在本实发明的保护范围之内。
实施例1：
如图1－图3所示，一种稳定高压发生装置及其稳压方法，包括散热安装架3、高压发生单元1和瓷套管2，高压发生单元1包括变压器5和壳体4，壳体4为长方体结构，壳体4安装在散热安装架3上，变压器5安装在壳体4内部，瓷套管2安装在高压箱上，变压器5包括铁芯6、初级线圈9以及次级线圈10，铁芯6包括初级铁芯7和次级铁芯8，初级铁芯7和次级铁芯8组成中间开口的回字形结构。回字形结构更加连贯稳定。初级线圈9缠绕在初级铁芯7上，次级线圈10缠绕在次级铁芯8上，初级线圈9和次级线圈10的轴线平行设置，初级铁芯7的截面积大于次级铁芯8的截面积，次级铁芯8的截面积小于普通变压器的次级铁芯的截面积，次级线圈10的两端并联有一个电容器11。
铁芯6由硅钢片制成。硅钢片为制作铁芯6的优选材料。
散热安装架3横截面呈凹字形，壳体4位于散热安装架3的中部且与散热安装架3的两侧壁之间留有散热的空隙。散热安装架3留有空隙更加有利于热量的散发，凹字形的散热安装架3，扩大了与空气的接触面积，有利于散热。散热安装架3包括导热合金层12和位于导热合金层12内部的石墨烯层13。
其工作原理和过程如下：
低压电路内的电能传输至壳体4内的高压发生单元1，通过变压器5升压为高压电路，从瓷套管2中输出；初级线圈9的初级铁芯7截面积大，为非饱和线圈；次级线圈10的次级铁芯8的截面积小，为饱和线圈；当变压器5工作时，随着电源电压的增加，电能进入到初级线圈9和初级铁芯7，次级铁芯8内磁通也随之增加，当次级铁芯8内磁通达到饱和点时，电源电压再增加，增加的磁通只能漏到空气中，而次级铁芯8内磁通基本上不再增加，所以次级线圈10所产生的输出电压也就基本不变了，起到了稳压作用；在次级线圈10的两端并联一个电容器11，构成并联谐振回路，当电源频率与谐振回路的固有频率相等时，即可产生震荡，谐振回路内电流无限大，因此使次级铁芯8很快饱和，当谐振回路产生震荡时，其阻抗视为无限大，因而谐振电路两端电流很小，减少了电源的供电功率，提高了变压器5的效率，并且能够减少外部的干扰，次级铁芯8的截面积相比其它变压器次级铁芯的截面积要小，用以漏掉多余的磁通，散热安装架3能够与壳体4实现热交换，将变压器5产生的的温度导出，防止壳体4内部温度过高。通过在导热合金层12之间设置石墨烯层13，聚集的热量可以在石墨烯层13中传输，进行热量的发散，从而提高复合相变材料整体的导热性，使散热安装架3的散热效果更好。
一种稳定高压发生装置的稳压方法，包括以下步骤：
A1、设置次级铁芯8的横截面积小于初级铁芯7的横截面积；
A2、选取合适匝数的初级线圈9和次级线圈10；
A3、将初级线圈9缠绕在初级铁芯7上，将次级线圈10缠绕在次级铁芯8上，初级线圈9为非饱和线圈，次级线圈10为饱和线圈。
A4、将输入电源连接在初级线圈9上，将次级线圈10与瓷套管2连接，将电源电压通入到初级线圈9中，由于初级线圈9和次级线圈10的电磁感应原理，初级铁芯7和次级铁芯8同步产生磁通量；增大电源电压，初级铁芯7的磁通量增大，次级铁芯8的磁通量达到饱和点后，磁通量不再增加，输出电压保持稳定。
还包括减少电源供电功率的方法，包括以下步骤：
B1、在次级线圈10的两端并联电容器11组成谐振回路；
B2、使电源频率与谐振回路的频率相等，产生震荡，此时谐振回路里的电流大，因此使次级铁芯8很快饱和；当谐振回路产生震荡时，其阻抗视为无限大，因此谐振回路两端的电流很小，减少了电源的供电功率，提高了变压器的效率。
还包括使次级铁芯呈饱和的辅助方法，定义初级线圈9为L1，次级线圈10为L2，包括以下步骤：
C1、在初级线圈9上缠绕电压补偿绕组L3，采用非饱和区的一部分电压与输出电压反向串接，抵消变化部分；
C2、使L2和L3串联，设定单向电压相反，改变输入电压V1，L3对输出电压V0起到补偿作用；电压电感上的支路电流与电容C上的电流相互抵消，当二者大小相等时，尽管各自数值较大，但是供给该并联回路的电流却很小，降低了并联回路的总电流。不需要很大的电流即可让铁磁回路呈现饱和，从而克服稳压电路需要从电网吸收电流过大的缺点。
高压发生单元1包括4070V、5600V和9600V三种型号，其对应的变比分别为220：4070、220：5600和220：9600。根据需要选取不同型号的高压发生单元1。
4070V：输出4070V 最大输出电流200毫安，功率800瓦。
5600V：输出5600V 最大输出电流450－470毫安，功率2500瓦。
9600V：输出9600V 最大输出电流450－470毫安，功率3000瓦。
实施例2：
如图4和图5所示，本实施例在实施例1的基础上，散热安装架3两个侧壁的外表面上设有若干竖向布置的散热翅片14。散热翅片14为铝片，散热翅片14增大了散热安装架3与空气的接触面积。
实施例2其余结构及其工作原理同实施例1。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种稳定高压发生装置，其特征在于，包括散热安装架、高压发生单元和瓷套管，所述高压发生单元包括变压器和壳体，所述壳体安装在散热安装架上，所述变压器安装在壳体内部，所述瓷套管安装在高压箱上，所述变压器包括铁芯、初级线圈以及次级线圈，所述铁芯包括初级铁芯和次级铁芯，所述初级线圈缠绕在初级铁芯上，所述次级线圈缠绕在次级铁芯上，所述初级线圈和次级线圈的轴线平行设置，所述初级铁芯的截面积大于次级铁芯的截面积，所述次级铁芯的截面积小于普通变压器的次级铁芯的截面积，所述次级线圈的两端并联有一个电容器。
2.根据权利要求1所述的稳定高压发生装置，其特征在于，所述高压发生单元包括4070V、5600V和9600V三种型号，其对应的变比分别为220：4070、220:5600和220:9600。
3.根据权利要求2所述的稳定高压发生装置，其特征在于，所述初级铁芯和次级铁芯组成中间开口的回字形结构。
4.根据权利要求3所述的稳定高压发生装置，其特征在于，所述铁芯由硅钢片制成。
5.根据权利要求4所述的稳定高压发生装置，其特征在于，所述散热安装架横截面呈凹字形，所述壳体位于散热安装架的中部且与散热安装架的两侧壁之间留有散热的空隙。
6.根据权利要求5所述的稳定高压发生装置及其稳压方法，其特征在于，所述散热安装架包括导热合金层和位于导热合金层内部的石墨烯层。
7.根据权利要求6所述的稳定高压发生装置及其稳压方法，其特征在于，所述散热安装架的侧壁外表面上设有若干散热翅片。
8.一种稳定高压发生装置的稳压方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1、设置次级铁芯的横截面积小于初级铁芯的横截面积；
A2、选取合适匝数的初级线圈和次级线圈；
A3、将初级线圈缠绕在初级铁芯上，将次级线圈缠绕在次级铁芯上；
A4、将输入电源连接在初级线圈上，将次级线圈与瓷套管连接。
9.根据权利要求8所述的稳定高压发生装置的稳压方法，其特征在于，还包括减少电源供电功率的方法，包括以下步骤：
B1、在次级线圈的两端并联电容器组成谐振回路；
B2、使电源频率与谐振回路的频率相等，产生震荡。
10.根据权利要求9所述的稳定高压发生装置的稳压方法，其特征在于，还包括使次级铁芯呈饱和的辅助方法，定义初级线圈为L1，次级线圈为L2，包括以下步骤：
C1、在初级线圈上缠绕电压补偿绕组L3；
C2、使L2和L3串联，设定单向电压相反。
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87208651U (zh) * | 1987-06-02 | 1988-03-23 | 杨彦昌 | 磁饱和交流稳压电源 |
| CN206451575U (zh) * | 2017-02-17 | 2017-08-29 | 江苏聚合新能源科技有限公司 | 散热型变压器 |
-
2020
- 2020-10-09 CN CN202011075398.7A patent/CN112117097A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN87208651U (zh) * | 1987-06-02 | 1988-03-23 | 杨彦昌 | 磁饱和交流稳压电源 |
| CN206451575U (zh) * | 2017-02-17 | 2017-08-29 | 江苏聚合新能源科技有限公司 | 散热型变压器 |
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