一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，該取電裝置包括電流互感器的設(shè)計及其取電電路，該取電裝置在高壓或中低壓電纜小電流狀態(tài)下和大電流狀態(tài)下均具有很好的特性。在輸電線路電流較小時，互感器激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，電流互感器的一小部分磁芯材料進入磁飽和狀態(tài)，既實現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓功能，又抑制了裝置整體損耗，大大減少互感器本體的發(fā)熱。該取電裝置的外圍電路非常簡單，具有很高的供電穩(wěn)定性，有廣泛的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景。
【專利說明】一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于電工【技術(shù)領(lǐng)域】，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器，通過輸電線路感應(yīng)獲取電能的裝置和電路，特別適用高壓輸電線路監(jiān)控設(shè)備提供電源。
【背景技術(shù)】
[0002]高壓電纜是我國電力網(wǎng)架的主要組成部分，對其運行狀況進行在線監(jiān)控成為提高電網(wǎng)可靠性的重要環(huán)節(jié)，但是對這些安置于輸電線路周邊的監(jiān)控設(shè)備的供電很不方便，如在野外或地下一般不能提供220V交流市電，而采用光伏電池板或蓄電池供電的穩(wěn)定性和免維護性較差。只有采用電流互感器通過電磁感應(yīng)直接從高壓輸電線路取電是一種較為安全穩(wěn)定、可長期免維護的供電方式。然而，高壓輸電線路的電流波動很大，傳統(tǒng)的電流互感器取電裝置在輸電線路電流小時，不能從輸電線路上獲得足夠的輸出電壓和功率，難以維持對監(jiān)控設(shè)備的正常供電；在輸電線路電流較大時，傳統(tǒng)電流互感器的磁芯將進入飽和狀態(tài)，引起磁芯發(fā)熱，影響電纜絕緣層的壽命。因此，解決取電電路在小電流狀況下輸出合適功率、在大電流情況下滿足負載要求情況下，互感器不發(fā)熱者兩個問題，成為取電裝置設(shè)計的關(guān)鍵。
[0003]專利號200910045470.9的中國實用新型專利，公開了一種基于電流互感器的高壓輸電線路取電裝置，其電路原理圖如圖1所示，電流互感器⑴的輸出端經(jīng)二極管整流濾波單元(2)后得到為負載供電的直流電壓。設(shè)穿過電流互感器的輸電線路交變電流的角頻率為Qci，有效值為 Js;電流互感器的副邊匝數(shù)為/7，副邊勵磁電感為Zm;負載為阻值等于慫的電阻。則該取電裝置獲得的直流輸出電壓K完全由上述輸電線路、取電裝置、負載等的參數(shù)決定，不可人為控制。隨慫增大，K也逐漸增大，在慫時該取電裝置獲得最高的直流輸出電壓
[0004]Umi =

M
[0005]在Js較小時，即使是也較小。此時在不改變電流互感器副邊匝數(shù)/7的條件下，為通過該取電裝置獲得足夠大的輸出電壓和功率，只能采用增大電流互感器的勵磁電感Zm的方法；亦即，該取電裝置必須配合大勵磁電感、大體積的電流互感器使用，才能在輸入小電流時獲得足夠的輸出電壓和功率，帶來電流互感器成本的增加和安裝的不便。在輸電線路電流大時，該取電裝置獲得的輸出電壓和功率過大，該專利添加能量泄放電路將獲得的過量功率通過泄放電阻消耗，造成能量的浪費。
[0006]為增大互感器輸出阻抗，專利號201310206669.1的中國實用新型專利，公開了一種基于電流互感器諧振取電的直流源，如圖2所示，其采用外部并聯(lián)電容的方法，使外部并聯(lián)電容與互感器電感諧振，以達到增大設(shè)備輸出阻抗的效果。但是，該方法在大電流情況下的穩(wěn)壓控制方法比較復(fù)雜，容易產(chǎn)生失控現(xiàn)象。
實用新型內(nèi)容[0007]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器、諧振電容、整流濾波單元、負載。電流互感器采用復(fù)合磁芯材料，在輸電線路電流較小時，該取電裝置具有很高的取電效率；輸電線路電流較大時，該取電裝置在輸出穩(wěn)定電壓的同時，避免電流互感器發(fā)熱。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案。
[0009]一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器、諧振電容C；、整流濾波單元、負載&，所述電流互感器與諧振電容C；、整流濾波單元、負載&連接；所述電流互感器采用復(fù)合磁芯材料，電流互感器用于獲取穿過其磁芯的電纜上的感應(yīng)電
流；電流互感器副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即? I ,其/為互感器原
邊電流頻率。
[0010]優(yōu)選的是，所述電流互感器套在高壓輸電線路上，輸電線路交變電流穿過電流互感器磁芯，并在其副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流。
[0011]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述電流互感器的副邊繞組與諧振電容(；并聯(lián)，并接到整流濾波單元的輸入端，整流濾波單元的輸出端接負載&，用于將電流互感器的副邊繞組上產(chǎn)生的交變感應(yīng)電能轉(zhuǎn)換為直流電能。
[0012]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述整流濾波單元包括第一二極管、第二二極管、第三二極管、第四二極管、濾波電容Cf
[0013]在上述任一技 術(shù)方案中優(yōu)選的是，電流互感器(I)采用的復(fù)合磁芯材料包括兩種磁芯材料A和B, A磁芯材料與B磁芯材料固定于非金屬包裹物中。
[0014]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述復(fù)合磁芯材料配置為A磁芯材料占的比例大于B磁芯材料。
[0015]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，復(fù)合磁芯材料中A磁芯材料的飽和磁感應(yīng)強度高于B磁芯材料,而B磁芯材料的磁滯損耗則小于A磁芯材料。
[0016]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述A磁芯材料米用娃鋼片。
[0017]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，所述B磁芯材料采用鐵氧體、坡莫合金、非晶、鐵粉芯、納米晶中的任意一種。
[0018]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，電流互感器的外形尺寸和形狀可以根據(jù)電纜的實際尺寸制作。
[0019]對于上述采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的取電方法為:當輸電線路電流較小時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的取電裝置具有較高取電效率；當輸電線路電流較大時，該電流互感器取電裝置在輸出穩(wěn)定電壓的同時可避免電流互感器發(fā)熱。
[0020]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，當輸電線路電流較小時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；當輸電線路電流較大時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的B磁芯材料部分則進入磁飽和狀態(tài)，可保護其余的A磁芯材料不進入磁飽和狀態(tài)。
[0021]在上述任一技術(shù)方案中優(yōu)選的是，進入磁飽和狀態(tài)的B磁芯材料部分，具有較小的損耗，抑制電流互感器取電裝置發(fā)熱。[0022]本實用新型的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器的設(shè)計及其取電電路。該裝置在高壓電纜小電流狀態(tài)下和大電流狀態(tài)下均具有很好的負載特性。采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器取電裝置的取電方法，在輸電線路電流較小時，互感器激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，電流互感器的一小部分磁芯材料進入磁飽和狀態(tài)，這樣既實現(xiàn)了輸出穩(wěn)壓功能，又抑制了裝置整體損耗。采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器取電裝置的外圍電路非常簡單，具有很高的供電穩(wěn)定性，有廣泛的應(yīng)用價值和廣闊的市場前景，特別是適用高壓電纜感應(yīng)取電。
[0023]本實用新型的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，通過磁芯特性和電路設(shè)計，能自動實現(xiàn)小電流輸入時諧振取電和大電流輸入時限制輸出電壓的特點，具有電路簡單、可靠性高的優(yōu)點。
[0024]本實用新型的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，復(fù)合磁芯的尺寸和繞組匝數(shù)及電流互感器(I)的外形尺寸依據(jù)電纜的實際尺寸設(shè)計，A磁芯材料、B磁芯材料的磁芯截面根據(jù)實際應(yīng)用情況設(shè)計。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種傳統(tǒng)取電裝置的電路原理圖；
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)的一種諧振取電裝置的電路原理圖；
[0027]圖3為本實用新型的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置的一優(yōu)選實施例的電路原理圖；
[0028]圖4為本實用新 型的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置的一優(yōu)選實施例的基于復(fù)合磁芯材料的電流互感器結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作詳細說明，以下描述僅作為示范和解釋，并不對本實用新型作任何形式上的限制。
[0030]如圖3所示，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器
1、諧振電容C；、整流濾波單元2、負載&，其特征在于:所述電流互感器I采用復(fù)合磁芯材
料，且電流互感器I副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即? I,其/為互感
器原邊電流頻率。
[0031]如圖4所示，電流互感器I采用的復(fù)合磁芯材料包括兩種磁芯材料A和B，在復(fù)合磁芯材料中，A磁芯材料的占比大于B磁芯材料；A磁芯材料的飽和磁感應(yīng)強度高于B磁芯材料，而B磁芯材料的磁滯損耗則小于A磁芯材料。A磁芯材料可以為娃鋼片，B磁芯材料可以采用鐵氧體、坡莫合金、非晶、鐵粉芯、納米晶中等。
[0032]電流互感器⑴套在高壓輸電線路上，輸電線路交變電流is(i)穿過電流互感器I磁芯，并在其副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流。電流互感器采用在直徑為160mm、截面積為4cm2的環(huán)形硅鋼片磁芯中嵌入4_厚度的鐵氧體，磁芯外纏繞=400匝副邊繞組，然后一起置于絕緣外殼中，其副邊勵磁電感An約為2H。電流互感器I的副邊繞組與諧振電容(；并聯(lián)，并接到整流濾波單元2的輸入端，整流濾波單元2的輸出端接負載&，用于將電流互感器I的副邊繞組上產(chǎn)生的交變感應(yīng)電能轉(zhuǎn)換為直流電能。
[0033]其整流濾波單元2包括第一二極管D1、第二二極管D2、第三二極管D3、第四二極管D4、濾波電容Q。諧振電容(；采用4.7F的CBB電容，D1~Di采用貼片肖特基二極管SS34，濾波電容C。采用100yF/400V的電解電容。
[0034]取電最大輸出電壓為= 1--?* ,其中N為匝數(shù)，/為頻率，S為磁芯截面積，Bmax為飽和磁感應(yīng)強度。取Bmax=0.6Τ，可以得到U.- ? 24V。
[0035]在輸電線路電流較小時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器取電裝置具有較高取電效率；在輸電線路電流較大時，該電流互感器取電裝置在輸出穩(wěn)定電壓的同時可避免電流互感器發(fā)熱。
[0036]在輸電線路電流較小時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的激磁電感與外置電容諧振，提高輸出功率；在輸電線路電流較大時，采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器的B磁芯材料部分則進入磁飽和狀態(tài)，可保護其余的A磁芯材料不進入磁飽和狀態(tài)。進入磁飽和狀態(tài)的B磁芯材料部分，具有較小的損耗，大大抑制了電流互感器取電裝置發(fā)熱。
[0037]以上所述僅是對本實用新型的優(yōu)選實施方式進行描述，并非是對本實用新型的范圍進行限定，在 不脫離本實用新型設(shè)計精神的前提下，本領(lǐng)域普通工程技術(shù)人員對本實用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進，均應(yīng)落入本實用新型的權(quán)利要求書確定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，包括電流互感器(I)、諧振電容(C；)、整流濾波單元(2)、負載(?)，其特征在于:所述電流互感器(I)與諧振電容(C；)、整流濾波單元(2)、負載(?)連接；電流互感器(I)副邊激磁電感值Lm與(；滿足諧振條件，即其/為互感器原邊電流頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特征在于:所述電流互感器(I)采用復(fù)合磁芯材料，以獲取穿過其磁芯的電纜上的感應(yīng)電流。
3.如權(quán)利要求1所述的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特征在于:所述電流互感器(I)套在輸電線路上，輸電線路交變電流穿過電流互感器(I)磁芯，并在其副邊繞組上產(chǎn)生感應(yīng)電流。
4.如權(quán)利要求3所述的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特征在于:所述電流互感器(I)的副邊繞組與諧振電容((；)并聯(lián)，并接到整流濾波單元(2)的輸入端，整流濾波單元(2)的輸出端接負載(RJ。
5.如權(quán)利要求1所述的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特征在于:所述整流濾波單元(2)包括第一二極管(D1)、第二二極管(D2)、第三二極管(D3)、第四二極管(D4 )、濾波電容C1。
6.如權(quán)利要求1至3中任一項所述的采用復(fù)合磁芯材料的電流互感器獲取電能的裝置，其特征在于:電流 互感器(I)的外形尺寸和形狀可以根據(jù)電纜的實際尺寸制作。
【文檔編號】H01F27/24GK203774879SQ201420123245
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月19日
【發(fā)明者】黃武浩, 胡偉, 余立剛, 駱定華 申請人:浙江圖維電力科技有限公司