从电力线磁场获取能量的自励电源装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种从高压电力线磁场获取能量的自励电源装置，包括取能装置和电源装置两部分，其中取能装置由套在电力线上的取能线圈、尖峰吸收电容、扼流线圈组成，电源装置由整流电路、蓄能电容或电池、稳压模块以及充电控制电路组成。该装置有效地克服现有自励电源存在的小电流时取不到足够能量、大电流时无法限制多余能量以及取能线圈饱和时产生的高压尖脉冲对整流稳压电路造成破坏等问题，为光隔离电子式电流互感器及其它电气隔离型仪表的高压侧电路提供稳定的工作电源。产品具有激发电流小、适应范围宽、可自动储能、安全可靠、价格低、使用寿命长、免于维护等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力测量
，涉及一种可用于为光隔离电子式电流互感器及其它电气隔离型仪表提供稳定工作电源的送能装置。
技术介绍
近年来，随着电网容量及电压等级的不断提高，采用光纤传输作为一、二次绝缘隔离的电子式电流互感器的研发已在国内外受到高度重视，其中“有源式”电流互感器结构更是由于其所具有的优越性能和易于实现产业化的特点而得到业界的普遍认同。但是如何获取一次侧电源却是目前阻碍该项技术进一步发展的最大难题，以往国内外研发者普遍采用的是由低压侧通过光缆向高压侧输送激光能量的方法，例如国外ABB公司以及国内已出现的产品均采用了激光送能方案，此类方案实施中存在的缺点是①、激光源的寿命周期短，仅8000～10000小时；②、激光源价格昂贵，约占整机造价的一半多；③、现场维护难度大。为此有不少国内外研发者转而希望寻求通过电磁感应直接从待测高压母线磁场获取能量作为高压侧电源的方案，例如《高压电器》2004年2期论文《有源电子式电流互感器中高压侧电路的供能方法》以及《电力电子技术》2004年7期论文《电子电流互感器高压侧电源方案研究》均为对此方案的论述。但由于电力线电流动态范围很大，上述方案在运行时仍存在有两个技术难点，其一是当一次电流小于3A时，自励电源不能获得足够的能量；其二是在一次电流增大至数千安以上时，自励电源不易解决有害温升以及高压尖脉冲对器件造成损坏的问题，因此阻碍了自励源供电技术进入完全实用的程度。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的缺陷，提供一种从电力线磁场获取能量的自励电源装置，采用该装置可在小电流磁场条件下获取更多的能量、在大电流条件下自动限制能量的转换，进而实现安全稳定提供电能的作用。用于实现上述专利技术目的的技术解决方案是这样的所提供的自励电源装置包括取能装置和电源装置两部分，其中取能装置由取能线圈、尖峰吸收电容、扼流线圈组成，取能线圈套在电力线上，其输出端并联尖峰吸收电容，扼流线圈串联在取能线圈输出端与电源装置输入端之间；电源装置由整流电路、蓄能电容或电池、稳压模块以及充电控制电路组成，整流电路的直流输出连接至稳压模块和充电控制电路，蓄能电容或电池连接在充电控制电路输出端与稳压模块端之间。实际工作中，紧套在高压电力线上的取能线圈直接从电力线磁场获取能量，通过对取能线圈磁芯环骨架材料的选择，使之形成尽可能高的弱磁场感应灵敏度，以便装置在电力线小电流条件下获取较大的能量，并可在大电流条件下限制更多能量的转换，避免使电路过热；当取能线圈磁芯处于磁饱和状态时，其输出波形出现高压尖脉冲，并联于取能线圈输出端的尖峰吸收电容具有快速吸收尖峰和缓冲高频能量的作用，可有效吸收过高电压并储存尖峰波的能量，在尖峰间隙通过扼流线圈传输所存能量。扼流线圈选用初始磁导率较小、具有显著磁滞效应的磁性材料做骨架，其电感量略大于取能线圈的电感量，以使其成为具有电流漏斗效应的特殊电感，即当取能线圈小电流输出时，扼流线圈的磁芯处于磁滞区，所以呈现零阻抗，电流可以顺利送入整流电路，当取能线圈的输出电流增大时，扼流线圈的磁芯进入动态磁化区，磁导率增大，因而感抗显著增大，限制大电流通过，促使取能线圈磁芯进入饱和区，限制能量的进一步转换；扼流线圈后续连接桥式整流电路，整流电路的直流输出连接至稳压模块；由充电控制电路判断并根据整流电路的输出电压余度，向蓄能电容或电池充电。与现有技术相比，本专利技术所述自励电源装置的功能结构合理、使用方便，具有激发电流小、适应范围宽、可自动储能、安全可靠、价格低、使用寿命长、免于维护等特点，该装置有效地克服现有自励电源存在的小电流时取不到足够能量、大电流时无法限制多余能量以及取能线圈饱和时产生的高压尖脉冲对整流稳压电路造成破坏等问题，为光隔离电子式电流互感器及其它电气隔离型仪表的高压侧电路提供稳定的工作电源。本专利技术以高压侧取能代替复杂而昂贵的低压侧激光送能装置，简化了有源电子式电流互感器的体系结构，增加可靠性和使用寿命，与激光送能式结构相比，降低整机造价一半以上。附图说明图1是本专利技术一个具体实施例结构的电路原理图。图2是取能线圈及扼流线圈磁芯的磁化曲线对比图。具体实施例方式参见图1，本专利技术所述的从电力线磁场获取能量的自励电源装置包括取能装置和电源装置两部分，其中取能装置由取能线圈1、尖峰吸收电容2以及扼流线圈3组成，电源装置由整流电路4、蓄能电容或电池5、稳压模块6以及充电控制电路7组成。取能线圈1套在电力线P上，选用尽可能高的初始磁导率及具有较低饱和磁通量软磁芯环作骨架(例如可选用初始磁导率大于80000Gs/Oe且饱和磁通量小于2.5×10-4韦伯的软磁材料制作)，以使形成尽可能高的磁场取能灵敏度以及较小的饱和能量转换。图1所示实施例中，取能线圈1骨架采用内径60mm、外径80mm、厚20mm的铁基微晶磁芯环，用Φ0.5mm漆包线在磁芯环上匀绕75匝即成为取能线圈，安装时电力线P从环心穿过，若多匝往复穿过，则取能效果与穿心匝数成正比。取能线圈1的输出串接扼流线圈3，扼流线圈3选用初始磁导率较小并具有显著磁滞效应的磁性材料做骨架(例如可选用初始磁导率小于1000Gs/Oe的矫顽力大于30A/m的磁性材料制作)，其电感量略大于取能线圈1的电感量，以使其成为具有电流漏斗效应的特殊电感。在本专利技术的技术解决方案中，取能线圈1与扼流线圈3配合形成的电流漏斗效应是本专利技术形成的一个新概念，以下将结合附图2对其加以进一步说明图2中标号8是取能线圈1的磁化曲线，其特点是，磁感应强度B随磁场强度H的变化上升快、饱和磁感小；而扼流线圈3的磁化曲线9上升慢、有明显磁滞现象、饱和磁感大，这就形成了以下电气特征①、当电力线电流很小时(图中I区，即漏流区)，由于取能线圈1的初始磁导率较高，可以获取较多的能量，而扼流线圈3处于磁滞区，其感抗几乎为零，这相当于漏斗的小流量无碍通过的特点；②、当电力线电流较大时(图中II区，即限流区)，取能线圈1的输出电流也随之增大，扼流线圈3进入高磁导区，感抗增大，相当于漏斗对大流量的限流作用；③、当电力线电流进一步增大时(图中III区，即饱和区)，取能线圈1会先于扼流线圈3进入磁饱和态，取能将不再增加，而由于扼流线圈3的电感量大于取能线圈1，所以可以有效地阻挡高压尖峰进入后续电路。在图1所示的实施例中，扼流线圈3铁芯采用内径32mm、外径55mm、厚20mm的普通冷轧硅钢片带绕环制作，用Φ0.5mm漆包线在磁芯环上双线并绕50～75匝即成为两个对称线圈，两线圈的任一组异名端作为输入端与取能线圈1相连接，另一组异名端为输出端与整流电路4相连。下表列举了铁基纳米晶与冷轧硅钢片的一组典型磁性能参数，使用中可根据需要调整选用参数，以使漏斗电路获得不同的取能和限流效果。 尖峰吸收电容2并联在取能线圈1输出端，采用电容值为0.1～0.47μF、耐压值大于400V的高速电容(磁介电容或无感电容)，以使具有快速吸收尖峰和缓冲高频能量作用，当取能线圈1的磁芯处于磁饱和态时，其输出波形出现高压尖脉冲，并联尖峰吸收电容2可有效吸收过高电压并存储尖峰波的能量，在尖峰间隙通过扼流线圈3传输所存能量。整流电路4采用一般四端整流桥式电路即可。蓄能电容或电池5可根据续用时间的长短选用。稳压模块6选用低压差本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从电力线磁场获取能量的自励电源装置，包括取能装置和电源装置两部分，其特征在于：取能装置由取能线圈（１）、尖峰吸收电容（２）、扼流线圈（３）组成，取能线圈（１）套在电力线（Ｐ）上，其输出端并联尖峰吸收电容（２），扼流线圈（３）串联在取能线圈（１）输出端与电源装置输入端之间；电源装置由整流电路（４）、蓄能电容或电池（５）、稳压模块（６）以及充电控制电路（７）组成，整流电路（４）的直流输出连接至稳压模块（６）和充电控制电路（７），蓄能电容或电池（５）连接在充电控制电路（７）输出端与稳压模块（６）端之间。

【技术特征摘要】
1.一种从电力线磁场获取能量的自励电源装置，包括取能装置和电源装置两部分，其特征在于取能装置由取能线圈(1)、尖峰吸收电容(2)、扼流线圈(3)组成，取能线圈(1)套在电力线(P)上，其输出端并联尖峰吸收电容(2)，扼流线圈(3)串联在取能线圈(1)输出端与电源装置输入端之间；电源装置由整流电路(4)、蓄能电容或电池(5)、稳压模块(6)以及充电控制电路(7)组成，整流电路(4)的直流输出连接至稳...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘忠战，
申请(专利权)人：西安华伟光电技术有限公司，
类型：发明
国别省市：87[中国|西安]