一种简易型电场感应取能电源制造技术

本发明专利技术公开了一种简易型电场感应取能电源，包括依次级联的取能模块、整流储能模块、放电控制模块和稳压模块；取能模块通过金属感应极板与高压导线间等效电容产生空间位移电流，从空间电场中获取电场能；整流储能模块将获取的空间位移电流整流成为直流电流，为储能电容充电；放电控制模块对储能电容能量的存储与释放进行开关控制，当储能电容两端电压达到放电导通阈值时，能量释放；当储能电压降至放电截止阈值时，仅储能；稳压模块将储能电容放电电压稳压后供给负载。本发明专利技术提供的简易型电场感应取能电源，无需经过变压器阻抗变换后为负载供能，具备电源电路简便、易于实现、体积小等优点，为输电线路在线监测装置工作电源提供了一种新途径。

A simple electric field induction power supply

【技术实现步骤摘要】
一种简易型电场感应取能电源
本专利技术涉及电力系统在线监测设备
，具体的说是涉及一种简易型电场感应取能电源。
技术介绍
随着泛在电力物联电网的发展，输电线路作为电力系统重要组成部分，利用在线监测装置对其状态参数进行实时感知和监测是基础。现有的输电线路在线监测装置工作电源采用太阳能电池或电磁感应取能电源等，存在受环境因素影响大、体积大及结构复杂等弊端，难以满足现场要求，工作电源已成为制约输电线路在线监测装置发展的技术瓶颈。因此，开展在线监测装置新型电源技术的研究具有实际工程意义。目前，电场感应取能技术凭借其寿命长、供能稳定、受环境因素影响小等优点逐渐成为在线监测装置取能领域研究的热点。国内外主要集中于研究基于变压器阻抗变换特性获取电场能的取能方式，并取得了一定的研究成果和进展，该方式能获取较高能量，但是存在体积较大、变压器负载阻抗变化计算复杂、放电控制电路复杂等问题，一定程度上影响了电场感应取能技术应用范围。
技术实现思路
为解决上述
技术介绍
中提出的问题，本专利技术的目的在于提供一种简易型电场感应取能电源。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：本专利技术提供了一种简易型电场感应取能电源，包括依次级联的取能模块、整流储能模块、放电控制模块和稳压模块；所述取能模块、用于通过金属感应极板P与高压导线间等效电容Cm产生空间位移电流Iac(即取能电流)，实现从空间电场中获取电场能；所述整流储能模块、用于将取能模块获取的空间位移电流Iac整流成为直流电流Idc，并为储能电容Cs充电；所述放电控制模块、用于对整流储能模块中储能电容Cs能量的存储与释放进行开关控制；当储能电容Cs两端电压达到放电导通阈值时，释放能量；当储能电容Cs两端电压降至放电截止阈值时，存储能量；所述稳压模块、用于将放电控制模块控制储能电容Cs能量释放时的放电电压稳压后供给负载，保证电场感应取能电源输出的直流电压在负载电流发生变化时保持稳定。进一步的，所述取能模块包括所述金属感应极板P，所述金属感应极板P放置于距高压导线下方，所述金属感应极板P与高压导线间等效电容Cm产生空间位移电流Iac通过整流储能模块整流后流回大地，形成一个完整电路回路。更进一步的，所述金属感应极板P的形状为弧面型，金属感应极板P的表面积为100cm2～5000cm2，金属感应极板P的厚度为0.5mm～3mm，金属感应极板P的材质为铝、铜或铁。更进一步的，所述金属感应极板P放置于距高压导线正下方不小于0.7m处。本专利技术通过改变金属感应极板与输电导线间距离、弧面型金属感应极板面积，使得取能模块获取相应不同的取能电流，从而满足10kV及以上电压等级输电线路监测装置工作电源需求；进一步的，所述整流储能模块包括整流桥D和储能电容Cs；所述整流桥D的交流输入端分别接金属感应极板P和大地；所述整流桥D的整流正极输出端接储能电容Cs的正极，所述整流桥D的整流负极输出端接储能电容Cs的负极，其中，所述金属感应极板P与高压导线间等效电容Cm产生空间位移电流Iac通过整流桥D整流后流回大地，形成一个完整电路回路，整流桥D的输出电压为储能电容Cs充电，整流桥D的最大反向峰值电压不低于600V，储能电容Cs为电容量不低于100mF、电压不低于4.3V的超级电容。进一步的，所述放电控制模块包括放电阈值电路模块和NMOS控制电路模块；所述放电阈值电路模块的输入正极端B+、输入负极端B-分别对应接至整流储能模块的储能电容Cs的正极、负极；所述放电阈值电路模块的输出正极端P+、输出负极端P-分别对应接至NMOS控制电路模块的输入正极端、输入负极端；其中，所述放电阈值电路模块为储能电容Cs两端电压提供2.4V～4.3V的放电电压范围，储能电容Cs两端电压的放电导通阈值为4.3V，储能电容Cs两端电压的放电截止阈值为2.4V；所述NMOS控制电路模块32控制储能电容Cs两端电压为0～2.4V低电压范围时，仅储能，无电压输出。上述技术方案中，所述放电阈值电路模块为DW01+型锂电池保护芯片。上述技术方案中，所述NMOS控制电路模板包括第一电阻R1、第二电阻R2和NMOS场效应管M；所述第一电阻R1一端分别与放电阈值电路模板的输出正极端P+相和稳压模块的输入正极端连接，所述第一电阻R1另一端分别与第二电阻R2的一端及NMOS场效应管M的栅极G连接，所述第二电阻R2的另一端分别与放电阈值电路模块31的输出负极端P-及NMOS场效应管M的源极S连接，所述NMOS场效应管M的漏极D接入稳压模块4的输入负极端；其中，所述第一电阻R1与第二电阻R2之间串联构成分压电路，对放电阈值电路模板的输出电压进行分压；所述第二电阻R2两端电压为NMOS场效应管提供开启电压UGS(th)；所述放电控制模块的电压输出端串联于NMOS场效应管M回路中，当第二电阻R2分压值达到UGS(th)时，NMOS场效应管导通，输出放电电压，当第二电阻R2分压值低于UGS(th)时，NMOS场效应管关断，无放电电压输出。上述技术方案中，所述稳压模块包括低压差线性稳压器U、输入电容Ci及输出电容Co，所述输入电容Ci的正极端分别接至放电控制模块3的输出正极端和低压差线性稳压器U的输入电压引脚Vi，所述输入电容Ci的负极端分别接至放电控制模块的输出负极端和信号地，所述低压差线性稳压器U的接地端引脚G接至信号地，所述低压差线性稳压器U的输出电压引脚Vo接至输出电容Co的正极端和负载的电源正极端，所述输出电容Co的负极端接至信号地。上述技术方案中，所述低压差线性稳压器U采用MCP1700系列低压差线性稳压器，用于输出满足负载工作电源需求的不同电压标称值。本专利技术的工作原理为：由于高压导线周围存在较高的电场强度，当将金属感应极板P放置于高压导线下方时，金属感应极板P与高压导线间会产生等效电容Cm，与此同时等效电容Cm会产生空间位移电流Iac，而产生的空间位移电流Iac则会由高压导线端流经等效电容Cm至金属感应极板P，然后再通过整流桥D被整流成直流电流Idc，为储能电容Cs充电，最后再流入地面，形成一个完整电流回路。随着充电时间增加，储能电容Cs两端电压逐渐增大，当储能电容Cs两端电压达到放电导通阈值时，则放电控制模块输出电压，并经稳压模块稳压输出给负载供能；当储能电容Cs两端电压降至放电截止阈值时，则放电控制模块不输出电压，此时电场感应取能电源仅储能。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：(1)电源电路简便，易于实现，无需涉及变压器阻抗变换，直接取能、整流、存储、放电控制及稳压输出，省去复杂的变压器阻抗变换计算及变压器功耗，在电场感应取能电源实际应用中更易于实现；(2)体积小。采用弧面型金属感应极板，增大了金属感应极板与高压导线间的正对面积，从而增大了金属感应极板与高压导线间的等效电容，与平面型金属感应极板相比，利用较小的体积获得了相同的取能电流；由于取能电源安装于高空杆塔附近，体积越小，安装越方便本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种简易型电场感应取能电源，其特征在于，包括依次级联的取能模块(1)、整流储能模块(2)、放电控制模块(3)和稳压模块(4)；/n所述取能模块(1)、用于通过金属感应极板(P)与高压导线(100)间等效电容(C

【技术特征摘要】
1.一种简易型电场感应取能电源，其特征在于，包括依次级联的取能模块(1)、整流储能模块(2)、放电控制模块(3)和稳压模块(4)；
所述取能模块(1)、用于通过金属感应极板(P)与高压导线(100)间等效电容(Cm)产生空间位移电流(Iac)，即取能电流，实现从空间电场中获取电场能；
所述整流储能模块(2)、用于将取能模块(1)获取的空间位移电流(Iac)整流成为直流电流(Idc)，并为储能电容(Cs)充电；
所述放电控制模块(3)、用于对整流储能模块(2)中储能电容(Cs)能量的存储与释放进行开关控制；当储能电容(Cs)两端电压达到放电导通阈值时，释放能量；当储能电容(Cs)两端电压降至放电截止阈值时，存储能量；
所述稳压模块(4)、用于将放电控制模块(3)控制储能电容(Cs)能量释放时的放电电压稳压后供给负载，保证电场感应取能电源输出的直流电压在负载电流发生变化时保持稳定。


2.根据权利要求1所述的一种简易型电场感应取能电源，其特征在于，所述取能模块(1)包括金属感应极板(P)，所述金属感应极板(P)放置于高压导线(100)下方，所述金属感应极板(P)与高压导线(100)间等效电容(Cm)产生空间位移电流(Iac)通过整流储能模块(2)整流后流回大地(200)，形成一个完整电路回路。


3.根据权利要求2所述的一种简易型电场感应取能电源，其特征在于，所述金属感应极板(P)的形状为弧面型，所述金属感应极板(P)的表面积为100cm2～5000cm2，所述金属感应极板(P)的厚度为0.5mm～3mm，所述金属感应极板(P)的材质为铝、铜或铁。


4.根据权利要求2所述的一种简易型电场感应取能电源，其特征在于，所述金属感应极板(P)放置于距高压导线(100)正下方不小于0.7m处。


5.根据权利要求2-4中任一项所述的一种简易型电场感应取能电源，其特征在于：所述整流储能模块(2)包括整流桥(D)和储能电容(Cs)；所述整流桥(D)的交流输入端分别接金属感应极板(P)和大地(200)；所述整流桥(D)的整流正极输出端接储能电容(Cs)的正极，所述整流桥(D)的整流负极输出端接储能电容(Cs)的负极；
其中，所述金属感应极板(P)与高压导线(100)间等效电容(Cm)产生空间位移电流(Iac)通过整流桥(D)整流后流回大地(200)，形成一个完整电路回路，所述整流桥(D)的输出电压为储能电容(Cs)充电，所述整流桥(D)的最大反向峰值电压不低于600V，所述储能电容(Cs)为电容量不低于100mF、电压不低于4.3V的超级电容。


6.根据权利要求1所述的一种简易型电场感应取能电源，其特征在于：所述放电控制模块(3)包括放电阈值电路模块(31)和NMOS控制电路模块(32)；所述放电阈值电路模块(31...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵华锋，李小双，腾广逸，邹翔，程鹰，
申请(专利权)人：武汉新电电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42