本发明专利技术提供一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，包括集成LED阵列，低压侧的集成LED阵列产生的光能通过光能传输系统传输到高压侧的光电池。本发明专利技术提供的设备不仅可以实现较高的功率，而且成本比较低；本发明专利技术中提供的LED阵列与光纤束的耦合方法，提高了耦合效率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电カ系统监测和保护领域。特别涉及ー种给供电系统电流互感器供电的设备。
技术介绍
在电カ系统中，需要对输电线中的电流进行实时监测和保护。因为输电线中的电流很大，无法直接測量，这就需要使用电流互感器，将大电流信号转换为小电流或小电压信号。传统电流互感器是电磁式的，采用电磁感应原理，类似于变压器，一次侧线圈串联在电カ线中，二次侧绕组在低压侧。高低压侧之间需要绝缘。电压等级越高时，绝缘结构越复杂，互感器成本越高。除此之外，传统电流互感器还存在互感器饱和的问题。因为传统的电磁式电流互感器存在这些问题，近年来，电子式电流互感器发展起来。电子式电流互感器一般是在高压侧有ー个传感头，采集到信号再通过光纤传输到低压侦U。在电子式电流互感器的高压侧，需要信号采集系统。因此，就必须为信号采集系统提供电源。在工程中，目前已有的高压侧供电方法有以下几种。一是母线取电供电，使用一个小型的电流互感器，从输电线上感应出电流，再经过整流电路、滤波电路和后面的稳压电路，作为信号采集系统的电源；另ー种是使用激光器供电，激光器发出的光经过光纤传输到高压侧，照射到光电池上，光电池将光能转换为电能，为信号采集电路供能。直接从母线取电的方法，是目前较为广泛使用的供电方法，优点在于可以长期供电。但是也有缺陷，当母线电流较小时，这种方案提供的电压不稳定，互感器难以测出精确的电流值；当母线断电时，这种方案失效，互感器无法工作。采用激光器供能，消除了上述缺陷，但同时也存在着激光器寿命、价格、功率等问题。激光器价格较高，达到数千甚至数万元，提高了电流互感器的成本；寿命的限制使激光器不能长期工作；激光器发光功率、耦合效率、光电池转换效率等因素限制了电源所能提供的功率。功率较大的激光器寿命很短，价格很昂贵。
技术实现思路
专利技术目的针对现有技术中存在电流互感器高压侧电源成本高、不稳定的问题，本专利技术提出了一种基于LED作为光源的供电方案。该方案成本低，并且能提供稳定的电源，光耦合效率高。技术方案本专利技术提供了一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，包括集成LED阵列，低压侧的集成LED阵列产生的光能通过光能传输系统传输到高压侧的光电池，然后光电池给电流互感器高压侧信号采集电路供电。为了使光电池输出的电压更稳定，光电池输出端可以接ー个稳压升压电路。有益效果本专利技术与现有技术相比具有如下优点由于LED可以做的功率较大，而且LED价格十分低廉，因此专利技术提供的电源就可以实现较高的功率，同时降低设备成本。附图说明图1是本专利技术应用到电子式电流互感器上的结构示意图；图2是本专利技术采用光纤传光束作为光能传输系统的结构示意图；图3是本专利技术米用光纤作为光能传输系统的机构不意图；图4是光电池输出稳压电路框图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的技术方案作进ー步解释。如图1所示，在电カ线I上，通过低功率铁芯线圈2将大电流信号转换为小电压信号，通过导线3输入到信号采集电路4中进行处理，转换为光信号之后通过光纤6传输至低压侧的二次转换器7。本专利技术由图1所示的供电电源低压侧部分5a、光能传输系统8和供电电源高压侧部分5b组成，主要是为高压侧的信号处理电路提供电源。如图2所不，为了提高LED与光纤之间的光稱合效率,米用光纤传光束来实现率禹合，直接将光纤传光束11的输入端的端面对准集成LED阵列9的发光面。考虑到集成LED阵列发光光束有较大的发散角，因此光纤传光束11的输入端a从半球壳状固定装置10的外弧面穿过，并固定在半球壳状固定装置10的外弧面上，在半球壳状固定装置10内呈汇聚状，使光纤传光束11既能接收到直射的光束，也能接受到发散的光束，从而提高传光效率。其中，半球壳状固定装置10的直径要适当大于集成LED阵列9的发光面。光纤传光束11在半球壳状固定装置10上的固定方法为先在半球壳状固定装置10的弧面上向球心方向打数个小孔，每个小孔中固定一段塑料管，将光纤传光束11分成若干小束光纤，小束光纤从每个小孔中的塑料管中穿入，并固定在塑料管中。为了更好的保持光纤传光束的汇聚在可以将每一小束光纤粘合在一起，这样也能提高光纤的强度。光纤传光束11穿过球壳状固定装置10的长度在Icm左右。光纤传光束11的b端直接对准光电池12的感光面，为了减少光能的损失，光纤传光束11的输出端b与水平方向平行。光电池12的输出接ロ与稳压电路20相连，稳压电路20输出接ロ与DC-DC升压电路21输入接ロ相连，DC-DC升压电路21的输出为高压侧信号处理电路4提供电源。光纤传光束11的输入端a的端面面积与LED阵列发光面相当，就不必对光束进行汇聚，大大简化了稱合结构，提高了稱合效率。光纤传光束11的输入端a在半球壳状固定装置10上做成汇聚形状，并使光纤传光束11的输入端a端面的中间对准集成LED阵列，从而光纤传光束11能吸收集成LED阵列发光面范围内的光束,所以该结构能够为光电池提供足够的光能，使光电池有足够高的功率输出。系统工作吋，集成LED阵列9发出的光从空间照射到光纤传光束11端面Ila上，进入光纤传光束11的光从光纤传光束11的b端面出射后，照射到电流互感器高压侧的光电池12的感光面上。光电池12为信号采集电路4提供电源，光电池12的电压输出先经过稳压电路20稳压后，再通过DC-DC升压电路21升压，DC-DC升压电路21输出稳定的电压信号，作为信号采集电路4的电源。如图3所示，集成LED阵列9产生的光束在空间直接耦合到聚焦镜13 —面，聚焦镜13另ー侧的镜面与耦合透镜14的14a的镜面在同一直线上对准，耦合透镜14的14b端与供能光纤15的15a端相连,供能光纤15b端与扩束器19相连，同时供能光纤15经过光分路器17，光分路器17的17a、17b与供能光纤15相连，17c用于光功率检测，扩束器19的镜面与光电池12感光面在同一直线上对准。光电池12的输出接ロ与稳压电路I相连,稳压电路18输出接ロ与DC-DC升压电路19输入接ロ相连，升压电路19的输出为高压侧信号处理电路4提供电源。其中，集成LED阵列9有I 3个最优。系统工作吋，集成LED阵列9发出的光从空间照射到聚焦镜13上面，经过透镜聚焦，形成一个较小的光斑，光斑通过耦合透镜14进入供能光纤15和16，耦合透镜14和供能光纤15、16封装在一起。光束进入供能光纤15，并传播至电流互感器的低压侧，通过扩束器19扩束后出射。同时供能光纤15、16中传输的光有一部分通过光分路器17、18分路后，用于光功率检测。大部分的光从扩束器19出射后，照射到光电池12上。光电池12为信号采集电路4提供电源，光电池17的电压输出先经过稳压电路18稳压后，再通过升压电路19升压，升压电路19输出稳定的电压信号，作为信号采集电路4的电源。其中，LED阵列光源9采用红外光LED发射管，功率为100W，由100个LED集成而成；光纤束固定装置10用金属壳钻孔加工；光纤束11用多根芯径为62. 5 ii m的多模光纤组合而成；光电池12采用JZ020型多晶硅太阳能电池板，工作电压5V，工作电流40mA，尺寸为直径55mm，厚度2. 5mm，聚焦镜13采用808nm聚焦镜；耦合透镜14带有尾纤；供能光纤15和16采用芯径为62. m的多模光纤，因为耦合透镜上已经自带尾纤本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，其特征在于：包括集成LED阵列，低压侧的集成LED阵列产生的光能通过光能传输系统传输到高压侧的光电池，光电池给高压侧信号采集电路供电。
【技术特征摘要】
1.一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，其特征在于包括集成LED阵列，低压侧的集成LED阵列产生的光能通过光能传输系统传输到高压侧的光电池，光电池给高压侧信号采集电路供电。2.根据权利要求1所述的一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，其特征在于所述光能传输系统为光纤传光束，所述LED阵列产生的光源直接耦合到光纤传光束的输入端形成的端面上，光纤传光束输出端对准光电池感光面。3.根据权利要求2所述的一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，其特征在于所述光纤传光束的输出端与水平方向平行。4.根据权利要求2所述的一种基于LED的电流互感器高压端光供能设备，其特征在于还包括半球壳状固定装置，所述光纤传光束的输入端从半球壳状固定装置的外弧面穿过，并固定在半球壳状固定装置的外弧面上，在半球壳状固定装置内呈汇聚状。5.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：韦朴，孙小菡，张劲，王雪峰，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。