寬電流范圍工作的電流互感取能電源的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型涉及電流互感取能技術(shù)領(lǐng)域，是一種寬電流范圍工作的電流互感取能 電源。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著輸電線路在線監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，解決高壓側(cè)監(jiān)測設(shè)備供電問題成為研究的新 熱點(diǎn)。常見的供電方式主要有太陽能供電、電池供電、激光供電及超聲波供電等，由于體積、 成本、輸出功率、轉(zhuǎn)化效率、絕緣等問題，上述方法均未得到有效的利用。電流互感取能是通 過在線路上套裝可開啟式的良磁導(dǎo)體，利用電磁感應(yīng)原理從線路電流在其周圍產(chǎn)生的交變 磁場中截獲能量。為滿足輸電線路在線監(jiān)測裝置日益增加的負(fù)載需求，電流互感供電方式 具備較好的發(fā)展前景。
[0003] 由于輸電線路電流波動(dòng)范圍非常大，通常在幾安培至數(shù)千安培，因此，電流互感取 能電源需要解決兩個(gè)問題：一是在輸電線路電流較大導(dǎo)致取能過剩時(shí)，必須采取合理的泄 能方式，以保證電源保持平穩(wěn)輸出；二是在輸電線路電流很小時(shí)，具備較高的取能效率，最 大限度地降低最小啟動(dòng)電流，同時(shí)具有儲能裝置作為備用電源，當(dāng)取能不足時(shí)，消除電源工 作死區(qū)。
[0004] 為提高電流互感取能電源工作電流的上限值，目前主要通過穩(wěn)壓式，反饋控制式 和斬波控制式控制電路來降低電源的熱耗。穩(wěn)壓式是將穩(wěn)壓管接在濾波電容后面，設(shè)定其 反向擊穿電壓小于濾波電容最大電壓，在一次大電流時(shí)濾波電容電壓升高，從而擊穿穩(wěn)壓 管使電容電壓保持穩(wěn)定，缺點(diǎn)是穩(wěn)壓管發(fā)熱量較大，嚴(yán)重縮短電源壽命。反饋控制式是通 過設(shè)置一個(gè)電壓閾值，當(dāng)濾波后的電容直流電壓超過電壓閾值時(shí)，通過電壓監(jiān)測電路使并 在取能線圈二次側(cè)的開關(guān)管閉合，由于開關(guān)管低導(dǎo)通阻抗的特性使取能線圈二次側(cè)近似短 路，感應(yīng)電流都通過開關(guān)管泄放掉，缺點(diǎn)是控制電路復(fù)雜，開關(guān)管的電流過大仍然會(huì)使電源 溫升比較明顯。斬波控制式是二次側(cè)包含取能線圈和控制線圈，并在控制線圈中接入開關(guān)， 直接利用半導(dǎo)體開關(guān)的開通與關(guān)斷的時(shí)間比例來控制供電電源整流濾波器的平均輸入電 流，實(shí)現(xiàn)供電電源輸出穩(wěn)定電壓，此種方式在高開關(guān)頻率下可以達(dá)到很高的控制精度，但占 空比的自動(dòng)調(diào)節(jié)需通過CPU編程來實(shí)現(xiàn)，使控制電路變得比較復(fù)雜，并且開關(guān)高頻動(dòng)作可 能會(huì)對取能線圈產(chǎn)生干擾。
[0005] 由于以上方式均不能動(dòng)態(tài)改變?nèi)∧芫€圈匝數(shù)，使供電電源的熱耗始終隨母線電流 增大而增大，無法兼顧電流動(dòng)態(tài)范圍的下限和上限，導(dǎo)致電流互感取能電源工作電流范圍 較窄。針對該問題，參考文獻(xiàn)"一種適應(yīng)母線電流動(dòng)態(tài)范圍寬的光電式電流互感器供電電 源"提出了一種基于電流互感器次級電流大小來控制電流互感器變比，以降低電源熱耗的 方法，采用傳感線圈檢測電流互感器次級電流，并通過另一遲滯比較器控制繼電器，實(shí)現(xiàn)電 流互感器變比切換，使電流互感器次級電流始終保持在預(yù)先設(shè)定的范圍內(nèi)，但增加控制鐵 芯、傳感線圈和較復(fù)雜的控制電路，功耗較大，降低了取能效率，提高了啟動(dòng)電流下限。
[0006] 因此，研制一種能夠在較寬動(dòng)態(tài)電流范圍下正常工作，取能效率高的電源為輸電 線路在線監(jiān)測設(shè)備供能，是保證輸電線路在線監(jiān)測設(shè)備可靠運(yùn)行的先決條件，對其在電力 系統(tǒng)中的推廣應(yīng)用具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本實(shí)用新型提供了一種寬電流范圍工作的電流互感取能電源，克服了上述現(xiàn)有技 術(shù)之不足，其能有效解決現(xiàn)有輸電線路電流互感取能電源存在的工作電流范圍較窄，取能 效率較低和控制電路應(yīng)用效果不理想的問題。
[0008] 本實(shí)用新型的技術(shù)方案是通過以下措施來實(shí)現(xiàn)的：一種寬電流范圍工作的電流互 感取能電源，包括取能單元、沖擊保護(hù)單元、電壓調(diào)整單元、繞組切換控制電路、儲能單元和 電源通道選擇電路；取能單元包括能夠套裝在輸電導(dǎo)線上的可開閉式的環(huán)形鐵芯和繞置在 環(huán)形鐵芯上的帶中間抽頭的雙繞組二次取能線圈，所述中間抽頭位于雙繞組二次取能線圈 的總繞組的中部并形成分繞組；電壓調(diào)整單元包括整流濾波電路、過壓保護(hù)電路和DC/DC 模塊，整流濾波電路的輸入端與沖擊保護(hù)單元的輸出端電連接，整流濾波電路的輸出端與 過壓保護(hù)電路的輸入端電連接，過壓保護(hù)電路的輸出端與DC/DC模塊的輸入端電連接；繞 組切換控制電路包括繼電器控制電路和繼電器，繼電器控制電路的輸入端與過壓保護(hù)電路 的輸出端電連接，繼電器控制電路的輸出端與繼電器的輸入端電連接，繼電器的輸入端還 與雙繞組二次取能線圈電連接，并能夠在輸電線路電流較小時(shí)以總繞組接入電路而在輸電 線路電流較大時(shí)以分繞組接入電路，繼電器的輸出端與沖擊保護(hù)單元電連接；電源通道選 擇電路的輸入端同時(shí)與電壓調(diào)整單元的輸出端和儲能單元的輸出端電連接，并能夠切換選 擇電壓調(diào)整單元或儲能單元為在線監(jiān)測設(shè)備供電。
[0009] 下面是對上述實(shí)用新型技術(shù)方案的進(jìn)一步優(yōu)化或/和改進(jìn)：
[0010] 上述雙繞組二次取能線圈的中間抽頭可位于繞組的三分之一處，并能夠使總繞組 與分繞組的匝數(shù)比為三比一。
[0011] 上述儲能單元可包括MPPC充電電路和鋰電池組，MPPC充電電路的輸入端與過壓 保護(hù)電路的輸出端電連接，MPPC充電電路的輸出端與鋰電池組電連接，并能夠根據(jù)過壓保 護(hù)電路輸出端直流電壓的大小動(dòng)態(tài)調(diào)整充電電流為鋰電池組充電。
[0012]上述MPPC充電電路可包括最大功率點(diǎn)跟蹤電壓為12伏的高電壓控制器和電源管 理器芯片LTC4000。
[0013]上述繼電器控制電路的輸入門檻電壓可為52伏，并能夠在輸入電壓大于輸入門 檻電壓時(shí)令繼電器工作使雙繞組二次取能線圈由總繞組切換為分繞組接入電路。
[0014]上述繼電器控制電路可包括保護(hù)電阻、第一分壓電阻、第二分壓電阻、穩(wěn)壓電容、 三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431、光耦器件TLP521、上拉電阻和續(xù)流二極管；保護(hù)電阻的一端分 別與輸入電源連接和第一分壓電阻電連接，保護(hù)電阻的另一端分別與繼電器和續(xù)流二極管 的負(fù)極端電連接，第一分壓電阻的另一端與第二分壓電阻電連接，第二分壓電阻與穩(wěn)壓電 容電并聯(lián)，三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的集電極和發(fā)射極與穩(wěn)壓電容的兩端電并聯(lián)，光耦 器件TLP521的輸入端負(fù)極端與三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源TL431的基極電連接，光耦器件TLP521 的輸入端正極端與續(xù)流二極管的正極端和繼電器電連接，光耦器件TLP521的輸出端與上 拉電阻的一端電連接，上拉電阻的另一端與外部電源電連接。
[0015]上述過壓保護(hù)電路可包括開關(guān)管和門檻電壓設(shè)為58伏并能夠根據(jù)門檻電壓令開 關(guān)管通斷的過壓保護(hù)芯片MAX6495,過壓保護(hù)電路輸入端的正極端可電串聯(lián)有具有自恢復(fù) 能力的正溫度系數(shù)的熱敏電阻，過壓保護(hù)電路還可包括二極管、輸入穩(wěn)壓電容、限流電阻、 齊納二極管、儲能電容、第三分壓電阻、第四分壓電阻和輸出穩(wěn)壓電容。
[0016] 上述DC/DC模塊可包括能夠使輸出電壓穩(wěn)定在5伏的降壓開關(guān)型集成穩(wěn)壓器芯片LT3431〇
[0017] 上述電源通道選擇電路可包括雙通道理想二極管集成芯片LTC4413,并能夠在電 壓調(diào)整單元的輸出電壓大于儲能單元的輸出電壓時(shí)由電壓調(diào)整單元為在線監(jiān)測設(shè)備供電， 能夠在電壓調(diào)整單元的輸出電壓小于儲能單元的輸出電壓時(shí)切換成由儲能單元供電；或/ 和，沖擊保護(hù)單元可為雙向瞬態(tài)抑制二極管，雙向瞬態(tài)抑制二極管電并聯(lián)在繼電器輸出端 的兩端。
[0018] 上述環(huán)形鐵芯可為冷乳有取向硅鋼環(huán)形鐵芯、坡莫合金環(huán)形鐵芯或鐵基納米晶環(huán) 形鐵芯。
[0019] 本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)合理而緊湊，使用方便，其通過繼電器控制在輸電線路電流較小 時(shí)以雙繞組二次取能線圈總繞組接入電路，而在輸電線路電流較大時(shí)以分繞組接入電路， 主要應(yīng)用于交流輸電線路在線監(jiān)測裝置的電源供給，其結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、能夠適應(yīng)較寬 的動(dòng)態(tài)電流范圍和具備較高的取能效率。
【附圖說明】
[0020] 附圖1為本實(shí)用新型最佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 附圖2為繞組切換控制電路圖。
[0022] 附圖3為過壓保護(hù)電路圖。
[0023] 附圖4為DC/DC模塊電路圖。
[0024] 附圖5為MPPC充電電路圖。
[0025] 附圖6為電源通道選擇電路圖。
[0026] 附圖7為整流濾波電路輸出電壓隨輸電線路電流變化曲線圖。
[0027] 附圖中的編碼分別為：1為取能單元，2為沖擊保護(hù)單元，3為電壓調(diào)整單元，301為 整流濾波電路，302為過壓保護(hù)電路，303為DC/DC模塊，4為繞組切換控制電路，401為繼 電器控制電路，402為繼電器，5為儲能單元，501為MPPC充電電路，502為鋰電池組，6為電 源通道選擇電路，7為在線監(jiān)測設(shè)備，R1為保護(hù)電阻，R2為第一分壓電阻，R3為第二分壓電 阻，C1為穩(wěn)壓電容，TL431為三端可調(diào)分流基準(zhǔn)源，TLP521為光耦器件，R4為上拉電阻，D1 為續(xù)流二極管，Vin為輸入電源，VCC為外部電源，Q1為開關(guān)管，F(xiàn)1為熱敏電阻，D2為二極 管，C2為輸入穩(wěn)壓電容，R5為限流電阻