本發(fā)明屬于電子設(shè)備領(lǐng)域，尤其涉及一種雙路輸出的高壓感應(yīng)取電裝置。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)電能質(zhì)量及穩(wěn)定性的要求越來越高，輸電線路上用于線路監(jiān)測(cè)的設(shè)備也越來越多，但是仍然存在兩個(gè)方面的問題，一是監(jiān)測(cè)設(shè)備的供能問題，二是如何使取能裝置輸出多路電壓?jiǎn)栴}。針對(duì)這兩個(gè)問題，首先，目前的供電電源仍舊主要采用太陽(yáng)能和蓄電池或者太陽(yáng)能和風(fēng)力混合供電，對(duì)環(huán)境要求較高，并且需要更換蓄電池，后期維護(hù)工作量大，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)不間斷供電，導(dǎo)致輸電線路監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行受限。雖然感應(yīng)取電的技術(shù)還不太成熟，應(yīng)用不夠普遍，但是，相比現(xiàn)有的取能方式，感應(yīng)取電有很大的優(yōu)勢(shì)：體積小，穩(wěn)定性高，成本低等特點(diǎn)，因此，本專利選取了感應(yīng)取電裝置進(jìn)行供能，并涉及感應(yīng)取電裝置的完整的感應(yīng)取電原理和電路結(jié)構(gòu)。其次，現(xiàn)有的感應(yīng)取電裝置只能輸出一種電壓值，本專利是一種雙路輸出的高壓感應(yīng)取電裝置，設(shè)計(jì)了雙路輸出電路12V和5V，保證可以為不同電壓值的監(jiān)控設(shè)備提供穩(wěn)定的電壓值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及一種雙路輸出的高壓感應(yīng)取電裝置，它能解決對(duì)高壓線路監(jiān)測(cè)設(shè)備不能實(shí)現(xiàn)不間斷供電的問題，以及感應(yīng)取電只能輸出一種電壓值，不能很好的適用于高壓線路監(jiān)測(cè)設(shè)備上的問題。

發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一種雙路輸出的高壓感應(yīng)取電裝置，它從輸入端到輸出端依次包括取能線圈電路，與取能線圈電路連接的整流電路、與整流電路連接的過流保護(hù)電路、與過流保護(hù)電路連接的斬波電路、以及與斬波電路連接的雙路輸出電路。該裝置用于解決220kV及以下的高壓輸電線路上監(jiān)控設(shè)備的供電問題。本裝置采用開口式連接，可直接卡在輸電線路上，位置應(yīng)盡量靠近輸電桿塔處，這樣可以避免外界環(huán)境條件對(duì)裝置的影響；取能線圈繞線后在包上絕緣材料，同時(shí)外殼采用阻燃、耐高溫的聚碳酸酯材料，保證供電的可靠性。

上述取能線圈電路包括感應(yīng)線圈以及磁芯，感應(yīng)線圈采用螺旋式繞線，磁芯材料為硅鋼片，由一個(gè)個(gè)片狀的硅鋼壓縮制成，兩個(gè)半圓形材料組成一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯，鐵芯帶有1mm絕緣氣隙，這樣可以減小磁導(dǎo)率，避免鐵芯過快飽和，這樣就使得該裝置可以適用于較大的電流變化范圍，該裝置適用于220kV及以下的高壓輸電線路。

采用開口式連接，安裝時(shí)可直接卡在輸電線路上，方便安裝。取能線圈的外殼采用阻燃、耐高溫的聚碳酸酯材料。

上述整流電路為橋式半控整流電路。為了對(duì)每個(gè)回路進(jìn)行控制，需要兩個(gè)晶閘管，兩個(gè)二極管，這樣既簡(jiǎn)化了電路，又可以控制每個(gè)回路。二極管選用IN4002型號(hào)，最高反向峰值電壓為100V，額定電流為1A；晶閘管選用KPSO型號(hào)，正向平均電流為50A，斷態(tài)峰值電壓為100V。

上述過流保護(hù)電路包括瞬態(tài)抑制二極管以及與瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)的MOS管。MOS管的柵極和源極與R2并聯(lián)，MOS管的柵極和漏極與R3并聯(lián)，其中，瞬態(tài)抑制二極管(TVS)采用P6KE15A，擊穿電壓為15V；MOS管選用IRFY130M，極限電壓為100V，極限電流為10.8A。

上述控制模塊為80C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的控制。

上述雙路輸出電路包括3個(gè)電磁繼電器，實(shí)現(xiàn)線路上的自動(dòng)開關(guān)。

上述報(bào)警電路包括電阻R4和與電阻串聯(lián)的三極管LM9018，三極管的發(fā)射集接地，集電極連接蜂鳴器。

上述取能線圈電路中的取能線圈與電阻R1串聯(lián)，再與橋式半控整流裝置并聯(lián)。

上述在過流保護(hù)模塊中，瞬態(tài)抑制二極管的一端連接MOS管的源極，另一端連接MOS管的漏極，MOS管的柵極和源極與R2并聯(lián)，MOS管的柵極和漏極與R3并聯(lián)。

上述在穩(wěn)壓模塊中，IGBT的集電極連接電感L1的一端和電容C1的一端，電容C1的另一端連接電感L2和二極管的陽(yáng)極，二極管的陰極連接并聯(lián)的電容C2、C3、C4，電容C4連接芯片LM7812，芯片LM7812的另一端連接并聯(lián)的電容C5、C6，在連接芯片LM7805，芯片LM7812與芯片LM7805分別有一端接地。

采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明具有如下有益效果：

1、本專利設(shè)計(jì)了一種應(yīng)用于高壓輸電線路的感應(yīng)取電裝置，完整闡述了感應(yīng)取電的結(jié)構(gòu)原理。

2、取能模塊主要是對(duì)感應(yīng)線圈的設(shè)計(jì)，根據(jù)感應(yīng)電壓的影響因素，相應(yīng)的提高參數(shù)設(shè)置，保證在較小的輸電電流情況下，可以取出更多的交流電。

3、過流保護(hù)模塊采用雙向瞬態(tài)抑制二極管和MOS管，吸收多余的能量，將電壓控制在電路能夠承受的范圍內(nèi)，保護(hù)后端電路。

4、采用雙輸出電路，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的設(shè)備需要選擇不同的輸出，保證了裝置的普遍適用性。

5、當(dāng)輸電線路上電量充足的情況下，完成負(fù)載的供電及蓄電池的充電，當(dāng)電量減少時(shí)，主要完成對(duì)負(fù)載的供電，當(dāng)電量繼續(xù)減少已不能為負(fù)載供電時(shí)，則由蓄電池完成供電。

6、本專利設(shè)置了報(bào)警模塊，當(dāng)檢測(cè)到的電壓信號(hào)小于芯片的輸入電壓時(shí)，報(bào)警模塊啟動(dòng)，從而提高了供電可靠性。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：

圖1為本發(fā)明的電路圖；

圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3為本發(fā)明整流電路的電路圖；

圖4為本發(fā)明過流保護(hù)電路的電路圖；

圖5為本發(fā)明雙端輸出電路圖；

圖6為本發(fā)明儲(chǔ)能電路的電路圖。

圖7為本發(fā)明報(bào)警電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種雙路輸出的高壓感應(yīng)取電裝置，它從輸入端到輸出端依次包括取能線圈電路1，與取能線圈電路1連接的整流電路2、與整流電路2連接的過流保護(hù)電路3、與過流保護(hù)電路3連接的斬波電路、以及與斬波電路連接的雙路輸出電路4。

所述取能線圈電路1包括感應(yīng)線圈以及磁芯，感應(yīng)線圈采用螺旋式繞線，磁芯材料為硅鋼片，由一個(gè)個(gè)片狀的硅鋼壓縮制成，兩個(gè)半圓形材料組成一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯，鐵芯帶有1mm絕緣氣隙，這樣可以減小磁導(dǎo)率，避免鐵芯過快飽和，這樣就使得該裝置可以適用于較大的電流變化范圍，該裝置適用于220kV的高壓輸電線路。

采用開口式連接，安裝時(shí)可直接卡在輸電線路上，方便安裝。取能線圈的外殼采用阻燃、耐高溫的聚碳酸酯材料。

所述整流電路2為橋式整流電路。該整流模塊為半控整流電路。為了對(duì)每個(gè)回路進(jìn)行控制，需要兩個(gè)晶閘管，兩個(gè)二極管，這樣既簡(jiǎn)化了電路，又可以控制每個(gè)回路。二極管選用IN4002型號(hào)，最高反向峰值電壓為100V，額定電流為1A；晶閘管選用KPSO型號(hào)，正向平均電流為50A，斷態(tài)峰值電壓為100V。

所述過流保護(hù)電路3包括瞬態(tài)抑制二極管以及與瞬態(tài)抑制二極管并聯(lián)的MOS管。MOS管的柵極和源極與R2并聯(lián)，MOS管的柵極和漏極與R3并聯(lián)，其中，瞬態(tài)抑制二極管(TVS)采用P6KE15A，擊穿電壓為15V；MOS管選用IRFY130M，極限電壓為100V，極限電流為10.8A。

所述控制模塊為80C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的控制。根據(jù)輸入的電壓信號(hào)，通過單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能模塊和報(bào)警模塊的控制。

所述雙路輸出電路4包括3個(gè)電磁繼電器，實(shí)現(xiàn)線路上的自動(dòng)開關(guān)。

所述報(bào)警模塊電路包括電阻R4和與電阻串聯(lián)的三極管LM9018，三極管的發(fā)射集接地，集電極連接蜂鳴器。

對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，單片機(jī)、報(bào)警模塊等電子元件屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)，對(duì)它們型號(hào)的選用不局限于本說明書的記載，單片機(jī)與常規(guī)電子元器件的連接及控制關(guān)系屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，在本說明書中不再贅述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況選擇公知手段對(duì)各個(gè)電子芯片進(jìn)行安裝。

具體的，取能線圈：本專利中的感應(yīng)線圈采用螺旋式繞線，磁芯選取兩個(gè)半圓形的硅鋼片，兩個(gè)半圓形材料組成一個(gè)圓環(huán)形的鐵芯，鐵芯帶有1mm絕緣氣隙，這樣可以減小磁導(dǎo)率，避免鐵芯過快飽和，這樣就使得該裝置可以適用于較大的電流變化范圍，鐵芯的一次側(cè)是單匝線圈，二次側(cè)是多匝線組，在輸電線路周圍存在交變磁場(chǎng)，閉合線圈穿過交變磁場(chǎng)時(shí)，就會(huì)感應(yīng)出感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，二次側(cè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)有效值為

其中，f為頻率；N₁為一次側(cè)線圈匝數(shù)；N₂為二次側(cè)線圈匝數(shù)；μ為硅鋼片磁導(dǎo)率；A為硅鋼片磁芯的有效截面積；I₁為一次側(cè)電流，即輸電線路上的電流；L為磁路有效長(zhǎng)度。當(dāng)輸電線路電流大于70A時(shí)，就可以取出4W的功率，可以為輸電線路上的監(jiān)控設(shè)備供電。220kV及以下電壓等級(jí)的輸電線路的母線電流可高達(dá)1000A，此時(shí)的二次側(cè)電壓可達(dá)到45V，因此，取能線圈后面必須有相應(yīng)的保護(hù)電路及穩(wěn)壓電路。

整流電路：該整流模塊為半控整流電路。利用二極管的單向?qū)ǖ奶匦?，在電流正半周期的時(shí)候，VT1、VD3導(dǎo)通，VT2、VD4截止，電流在經(jīng)過該整流電路后，得到一半波的電流，在負(fù)半周期的時(shí)候，VT2、VD4導(dǎo)通，VT1、VD3截止，電流在經(jīng)過該整流電路后，得到另一半波的電流，將交流電變成直流電。

過流保護(hù)電路：過流保護(hù)模塊主要是由雙向瞬態(tài)抑制二極管(TVS)和MOS管并聯(lián)，再M(fèi)OS管的柵極和源極與R2并聯(lián)，MOS管的柵極和漏極與R3并聯(lián)。主要是利用雙向瞬態(tài)抑制二極管和MOS管完成對(duì)電路的保護(hù)作用，當(dāng)電路瞬時(shí)電壓超過正常電壓時(shí)，TVS管發(fā)生雪崩,給瞬時(shí)電流提供一個(gè)超低電阻通路,瞬時(shí)電流通過管被引開,避開被保護(hù)器件,并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后,TVS管自動(dòng)恢復(fù)高阻狀態(tài),整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。同時(shí)，當(dāng)電壓達(dá)到MOS管的開啟電壓時(shí)，即

MOS管導(dǎo)通，從而保護(hù)了后端負(fù)載，當(dāng)電壓減小時(shí)，MOS管又可以恢復(fù)斷開的狀態(tài)。其中，瞬態(tài)抑制二極管(TVS)采用P6KE15A，擊穿電壓為15V；MOS管選用IRFY130M，極限電壓為100V，極限電流為10.8A，R1＝R2＝50Ω。

穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路主要利用穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7805進(jìn)行穩(wěn)壓，同時(shí)為了保證穩(wěn)壓芯片的正常工作，在穩(wěn)壓芯片前面還加了DC-DC穩(wěn)壓電路，從而保證輸入可以滿足穩(wěn)壓芯片的工作需要。在DC-DC穩(wěn)壓電路中，輸出電壓由全控型器件IGBT的占空比控制，可以進(jìn)行升降壓的調(diào)節(jié)，且輸入輸出同極性，其中L1＝L2＝208uH，C1＝1.67mF,C2＝700uF，C₃＝2200μF,C₄＝0.1μF,C₅＝10μF,C₆＝0.1μF,本專利設(shè)計(jì)了雙輸出，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)不同的設(shè)備需要選擇不同的輸出，選用穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7805，C3、C4為L(zhǎng)M7812的濾波電容，C5、C6為L(zhǎng)M7805的濾波電容。

負(fù)載電路：本模塊采用3個(gè)電磁繼電器，實(shí)現(xiàn)線路上的自動(dòng)開關(guān)，當(dāng)輸電線路上電流過大時(shí)，K1、K2、K3同時(shí)閉合，實(shí)現(xiàn)對(duì)蓄電池的充電和對(duì)負(fù)載的供電；當(dāng)電流減小時(shí)，K1、K3閉合，K2斷開，主要由感應(yīng)取電全部能量用于給負(fù)載供電；當(dāng)電流繼續(xù)減少，感應(yīng)電流已不足以提供負(fù)載工作電壓時(shí)，則K1斷開，只由蓄電池完成供電。這樣就使得供電更加穩(wěn)定可靠。本專利在負(fù)載側(cè)也設(shè)置了電磁繼電器，使得在更換后端設(shè)備時(shí)，操作更加方便。

上述控制模塊為80C51單片機(jī)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各項(xiàng)功能的控制。根據(jù)輸入的電壓信號(hào)，通過單片機(jī)80C51實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，然后實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)能模塊和報(bào)警模塊的控制。

所述報(bào)警模塊電路包括電阻R4和與電阻串聯(lián)的三極管LM9018，R4＝10k，三極管的發(fā)射集接地，集電極連接蜂鳴器。

采用上述結(jié)構(gòu)，使用時(shí)，取能線圈二次側(cè)取出交流電后，經(jīng)過電阻R1，將交流電流轉(zhuǎn)換為交流電壓，再經(jīng)過變壓器與橋式整流電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)交流電壓的整流作用，包括2只二極管和2只晶閘管，在電流正半周期的時(shí)候，VT1、VD3導(dǎo)通，VT2、VD4截止，電流在經(jīng)過該整流電路后，得到一半波的電流，在負(fù)半周期的時(shí)候，VT2、VD4導(dǎo)通，VT1、VD3截止，電流在經(jīng)過該整流電路后，得到另一半波的電流；然后，雙向瞬態(tài)抑制二極管TVS、MOS管和R1、R2并聯(lián)構(gòu)成保護(hù)電路，當(dāng)電路瞬時(shí)電壓超過正常電壓時(shí)，TVS管發(fā)生雪崩,給瞬時(shí)電流提供一個(gè)超低電阻通路,瞬時(shí)電流通過管被引開,避開被保護(hù)器件,并且在電壓恢復(fù)正常值之前使被保護(hù)回路一直處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)瞬時(shí)脈沖結(jié)束以后,TVS管自動(dòng)恢復(fù)高阻狀態(tài),整個(gè)回路進(jìn)入正常電壓。同時(shí)，當(dāng)電壓達(dá)到MOS管的開啟電壓時(shí)，MOS管導(dǎo)通，從而保護(hù)了后端負(fù)載，當(dāng)電壓減小時(shí)，MOS管又可以恢復(fù)斷開的狀態(tài)；接下來，電感L1、L2，全控型器件IGBT，電容C1、C2及二極管VD組成斬波電路，其中，電感L1、L2都有儲(chǔ)能的作用，另外，在IGBT處于斷態(tài)時(shí)，第一電感L1還可以向負(fù)載供電，同時(shí)向第一電容C1充電，第一電容C1儲(chǔ)存的能量在IGBT處于通態(tài)時(shí)向第二電感L2轉(zhuǎn)移；最后是雙路輸出部分，主要由穩(wěn)壓芯片LM7812和LM7805，C3、C4為L(zhǎng)M7812的濾波電容，C5、C6為L(zhǎng)M7805的濾波電容，第三電容C3和第五電容C5是用來穩(wěn)定輸出，保證兩端電壓不突變，第四電容C4和第六電容C6是用來濾除高頻干擾，保證輸出穩(wěn)定的電壓值。

取能線圈與電阻R1串聯(lián)，將取出的交流電流變換為交流電壓，再與橋式半控整流裝置并聯(lián)，在整流模塊中，正半周的時(shí)候，電流經(jīng)VT1的陽(yáng)極流入，經(jīng)VD3的陰極流出，在負(fù)半周的時(shí)候，電流經(jīng)VT2的陽(yáng)極流入，經(jīng)VD4的陰極流出；在過流保護(hù)模塊中，瞬態(tài)抑制二極管的一端連接MOS管的源極，另一端連接MOS管的漏極，MOS管的柵極和源極與R2并聯(lián)，MOS管的柵極和漏極與R3并聯(lián)；在穩(wěn)壓模塊中，IGBT的集電極連接電感L1的一端和電容C1的一端，電容C1的另一端連接電感L2和二極管的陽(yáng)極，二極管的陰極連接并聯(lián)的電容C2、C3、C4，電容C4連接芯片LM7812，芯片LM7812的另一端連接并聯(lián)的電容C5、C6，在連接芯片LM7805，芯片LM7812與芯片LM7805分別有一端接地。