一种面向无线能量传输系统的高压取电装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，本发明专利技术可安装在高压线上，将高压母线附近的磁场能转换为电能来为无线能量传输系统进行供电。本发明专利技术通过优化高压取电装置内部结构和搭建外围电路，实现了在50A的母线小电流下可实现40W的大功率输出。本发明专利技术可以满足高压环境下无线能量传输设备的用电需求，特别是无线能量传输设备对大功率电源的需求，可为高压线路上各类监测控制设备提供强有力的电源支持。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高压取电装置，尤其是涉及一种面向无线能量传输系统的高压取电装置。
技术介绍
随着电力系统的发展以及输电线路的日益复杂化，越来越多的监测和控制设备被运用于高压输电线路之上。并且由于高压输电线路自身的高电压等级特性以及其对电气绝缘性的高要求，常规的低压侧供电方式不能满足高压侧用电设备的用电需求，而一种由高压取电装置和无线能量传输系统组合而成的供电体系可以完善的解决这个问题，如图1所示。又因为高压取电装置作为无线能量传输系统的电能来源，其取电性能更是影响着整个供电体系的供电性能。因此，本专利技术提出了一种面向无线能量传输系统供电的高压取电装置设计方案。高压取电装置利用了电磁感应原理，将高压母线附近的磁场能转换为电能来为无线能量传输系统进行供电，再由无线能量传输系统将电能用无线的方式传递出去供给监测设备使用。这种将高压取电装置的取电与无线能量传输的传电结合起来的供电方式具有稳定性高、绝缘性好、可持续供电、便于安装等诸多优点，有着很大的发展空间。传统的高压取电装置设计原理一般利用电磁感应原理，通过特制的取电线圈和磁芯来感应高压输电线路上的交变电流，从而产生相应的交流电输出，然后经过功率控制、电压控制、整流、滤波、稳压等各电路调制后输出稳定的直流。而且目前对高压母线感应取电电源装置的研究大部分都是在较宽的母线电流波动范围内确保输出稳定的功率为主，功率较小，一般在1W～2W左右，这样的设计明显不能满足无线能量传输设备大功率输入的要求。
技术实现思路
本文提出的高压取电技术的理论基础为电磁感应原理，该技术是利用高压母线中的交变电流所产生的交变磁场来取电，即是用一种特制的取电式电流互感器(现有技术)去感应交变磁场从而取出电能。高压取电装置对该电能进行一系列整流、滤波、稳压处理之后就可以得到稳定的直流输出。本专利技术采用如下技术方案：一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，包括感应取电部分和整流稳压部分，感应取电部分包括取电CT，整流稳压部分包括整流电路、稳压电路、滤波电路、驱动电路、电源电路；取电CT输出的电能先输入整流电路整流，稳压电路位于整流电路与装置输出接口之间，用于对输入的电压稳压，防止输出电压过大，滤波电路位于装置输出接口与稳压电路之间，用于对输出电压进行滤波，驱动电路检测装置直流输出端的输出电压DC-OUT，并将其与一个预设值进行比较，根据比较结果控制稳压电路是否导通，即稳压电路是否进行稳压。采用n个取电CT间接并联进行取电；且利用RLC串联电路的谐振对取电CT内部感抗设置无功补偿，即在取电CT的输出端串联补偿电容以抵消取电CT中的电感性阻抗；其中，n大于3。所述整流电路的电路结构为单相桥式整流电路，采用的整流电路为ASEMI半导体公司的“KBPC1510”集成整流模块。所述稳压电路的实现采用的是n个大功率MOSFET“CSD19501KCS-80V”和200W、1Ω的金属电阻形成的泄流支路，在泄放支路的后级输出部分，正向串联一个限流二极管“SF1004”；且在直流输出端DC-OUT设置一个检测点来检测输出的直流电压，当检测到的电压达到设定值时，对整流电路输出端进行短路处理，此时取电CT停止向后级电路供应电能，只有当电压回落在预设值以下时，才继续使整流电路输出功率供给后级电路；其中，n大于3；所述限流二极管的作用是当输出直流电压DC_OUT达到设定值使得控制信号CONT1-CONTn驱动MOSFET导通时，直流输出电压的后级电路的电流不会反向流动，对后级电路起到保护的作用。所述驱动电路是实现稳压电路功能的控制电路；采用检测电路—芯片MAX931EPA检测装置直流输出端的输出电压DC-OUT，并将其与一个预设值进行比较，以选择输出或不输出一个高电平的控制信号CONT1-CONTn。所述驱动电路还包括有功率放大电路—芯片IR2110；所述功率放大电路设置在“MAX931EPA”的输出端。所述滤波电路通过滤波电容调节MOSFET在泄流稳压时的开关频率。所述取电CT为深圳市奥波尔技术有限公司生产的AP38/130取能互感器；所述取电CT串联耐压值2000V，容量为1000uf的无极性瓷片电容作为补偿电容组成谐振电路。所述滤波电路采用耐压值100V的电解电容和2KV/0.1uf的高压瓷片电容。所述电源电路采用金升阳公司的“URB_YMD-10WR3”系列电源模块。与现有技术相比，本专利技术通过优化高压取电装置内部结构和设计搭建外围电路，设计出了一套体积、重量合适，可实现在50A的母线小电流下时最大输出40W的功率，在母线电流较大时又能泄能以保护电路，运行稳定且便于安装的可开合式高压取电装置。本专利技术可以满足高压环境下无线能量传输设备的用电需求，从而完善了高压环境下的供电体系，降低了高压输电线路上用电设备的供电成本，同时还可为各类监测控制设备提供强有力的电源支持。附图说明图1为使用本专利技术的整体应用场景；图2为使用本专利技术系统简要结构框图；图3为本专利技术高压取电装置的系统结构图；图4为本专利技术取电CT间接并联联接示意图；图5为本专利技术补偿电容的连接方法；图6为本专利技术“KBPC1510”的管脚图；图7为本专利技术电压波形随各个电路模块的变化；图8为本专利技术无功补偿和整流滤波电路的原理图；图9为本专利技术高压取电装置多个CT整流输出及稳压泄放电路；图10为本专利技术高压取电装置直流输出滤波电路；图11为本专利技术高压取电装置稳压值设定及大功率MOSFET驱动电路；图12为本专利技术“MAX931”内部比较器结构；图13为本专利技术“MAX931”工作时序图；图14为本专利技术高压取电装置电源电路；图15为本专利技术高压取电装置PCB图。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明。本专利技术所述高压取电装置可分为感应取电部分和整流稳压部分等两个部分，系统简要结构框图如图2所示；感应取电部分是指取电CT从高压线上感应取电，整流稳压部分是指将感应取电CT取出的电进行处理后输出的电路板部分，这两个部分共同组成本装置。整流稳压部分包含整流电路、稳压电路、滤波电路、驱动电路、电源电路。取电CT输出的电能先输入整流电路整流，如图8所示。稳压电路位于整流电路与输出接口之间，用于对输入的电压稳压，防止输出电压过大，如图9所示。滤波电路位于输出接口与稳压电路之间，用于对输出电压进行滤波，如图10所示，由图中标示可以看出，图10的电路时接在图9后面的。驱动电路可以检测直流输出端的输出电压DC-OUT，并将其与一个预设值进行比较，用于控制稳压电路的mosfet是否导通，即稳压电路是否进行稳压。电源电路用于给以上四部分电路中所使用的全部芯片提供电能。本专利技术所述面向无线能量传输系统的高压取电装置工作原理为先通过取电CT利用电磁感应原理从高压输电线路的母线上面获取一定功率的电能，此时的电能以交流电的形式表现。再将这样的电能进行适当的调制，经过整流、滤波、稳压之后得到稳定的直流输出。该直流输出则作为高压取电装置经过感应取电和调制后产生的驱动电源以驱动无线能量传输系统及作为其负载的监测装置工作。高压取电装置的系统结构图如图3所示。一、取电CT的选取本专利技术采用的取电CT为深圳市奥波尔技术有限公司生产的AP38/130取能互感器。该型号CT的性能较为优越，空载输出电压随母线电流的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，其特征在于：包括感应取电部分和整流稳压部分，感应取电部分包括取电CT，整流稳压部分包括整流电路、稳压电路、滤波电路、驱动电路、电源电路；取电CT输出的电能先输入整流电路整流，稳压电路位于整流电路与装置输出接口之间，用于对输入的电压稳压，防止输出电压过大，滤波电路位于装置输出接口与稳压电路之间，用于对输出电压进行滤波，驱动电路检测装置直流输出端的输出电压DC‑OUT，并将其与一个预设值进行比较，根据比较结果控制稳压电路是否导通，即稳压电路是否进行稳压。

【技术特征摘要】
1.一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，其特征在于：包括感应取电部分和整流稳压部分，感应取电部分包括取电CT，整流稳压部分包括整流电路、稳压电路、滤波电路、驱动电路、电源电路；取电CT输出的电能先输入整流电路整流，稳压电路位于整流电路与装置输出接口之间，用于对输入的电压稳压，防止输出电压过大，滤波电路位于装置输出接口与稳压电路之间，用于对输出电压进行滤波，驱动电路检测装置直流输出端的输出电压DC-OUT，并将其与一个预设值进行比较，根据比较结果控制稳压电路是否导通，即稳压电路是否进行稳压。2.根据权利要求1所述的一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，其特征在于：采用n个取电CT间接并联进行取电；且利用RLC串联电路的谐振对取电CT内部感抗设置无功补偿，即在取电CT的输出端串联补偿电容以抵消取电CT中的电感性阻抗；其中，n大于3。3.根据权利要求2所述的一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，其特征在于：所述整流电路的电路结构为单相桥式整流电路，采用的整流电路为ASEMI半导体公司的“KBPC1510”集成整流模块。4.根据权利要求3所述的一种面向无线能量传输系统的高压取电装置，其特征在于：所述稳压电路的实现采用的是n个大功率MOSFET“CSD19501KCS-80V”和200W、1Ω的金属电阻形成的泄流支路，在泄放支路的后级输出部分，正向串联一个限流二极管“SF1004”；且在直流输出端DC-OUT设置一个检测点来检测输出的直流电压，当检测到的电压达到设定值时，对整流电路输出端进行短路处理，此时取电CT停止向后级电路供应电能，只有当电压回落在预设值以下时，才继...

【专利技术属性】
技术研发人员：周洪，陈晶，周骏驰，胡文山，邓其军，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42