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CN110136940B - 一种基于电容串联恒流源高压取能装置 - Google Patents

一种基于电容串联恒流源高压取能装置 Download PDF

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Abstract

一种基于电容串联恒流源高压取能装置，包括电容、绝缘管、三相连接件和高压取电电源；三相连接件的两侧对称开设有等大第一通孔；两个绝缘管的一端分别对称设置在三相连接件两侧的通孔内，两个绝缘管内均同轴设置电容；高压取电电源设置在三相连接件内；本发明因为采用高频开关变压器，直流负载的异常会引起磁芯的电磁饱和，此时直流输出电压会急剧变化，自动稳压电路控制功因矫正专用芯片会自动中断场效应晶体管工作，所以避免了铁磁谐振现象的发生。

Description

一种基于电容串联恒流源高压取能装置
技术领域
本发明属于高压取能领域，特别涉及一种基于电容串联恒流源高压取能装置。
背景技术
常见的高压取电方法有电流互感器取电、电压互感器取电。电流互感器取电需要在互感器二次侧串联阻抗才能获取电压和电能，阻抗上的电压与一次电流成正比，因此基于电流互感器取电技术的电源不容易实现稳压。电压互感器主要有电磁式电压互感器和电容电压互感器，电磁式电压互感器体积大，安装不方便，而且成本高。此外，传统的电容式电压互感器的非线性阻抗和固有的电容有时会在电容式电压互感器内引起铁磁谐振，因而需要用阻尼装置抑制谐振，为了提高带载能力，降低继电器等负载对测量的影响，中压变压器输入端还需要串补偿电抗器，增加了互感器的复杂程度。
目前比较好点的电容分压取电方法是过电容分压从高压母线取电，并将电能存储到超级电容中，但是中间需要使用交直流转换电源模块将交流转化为直流，造成零部件过多，使其结构复杂，体积增大，另外在工作中还会引起铁磁谐振现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于电容串联恒流源高压取能装置，以解决上述问题。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于电容串联恒流源高压取能装置，包括电容、绝缘管、三相连接件和高压取电电源；三相连接件的两侧对称开设有等大第一通孔；两个绝缘管的一端分别对称设置在三相连接件两侧的通孔内，两个绝缘管内均同轴设置电容；高压取电电源设置在三相连接件内；
高压取电电源包括取电电源电路板、初级线圈、磁芯、次级线圈和直流输出电路板；磁芯的两端分别设置有初级骨架和次级骨架，初级线圈绕在初级骨架内，次级线圈绕在次级骨架内；初级线圈与取电电源电路板连接，次级线圈与直流输出电路板连接；电容通过导线连接到取电电源电路板。
进一步的，两个绝缘管的另一端均设置有上法兰，上法兰与绝缘管通过螺纹连接；上法兰的几何中心通过螺纹连接设置有铜嵌件，铜嵌件与电容表面焊接连接。
进一步的，电容与上法兰之间的铜嵌件上套设有弹簧垫圈；绝缘管朝向三相连接件一侧设置有端盖，端盖、绝缘管和上法兰形成的密封空间内灌注密封胶。
进一步的，三相连接件的底部开设有第二通孔，第二通孔上设置有防水接头，防水接头与三相连接件之间设置有O型密封圈；直流输出电路板的输出线通过防水接头引出。
进一步的，三相连接件内顶部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，取电电源电路板卡在凹槽内；三相连接件内底部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，直流输出电路板卡在凹槽内。
进一步的，绝缘管外侧套设有伞裙；三相连接件内腔浇筑聚氨酯；三相连接件外侧包裹硅胶。
进一步的，取电电源电路板包括交流输入电路、桥式整流电路、功因矫正电路、开关电路和自动稳压电路；交流输入电路包括电压输入端子P1和压敏电阻RV1；桥式整流电路包括桥式整流器DB、滤波电容C2；功因矫正电路包括L6561芯片U和外围阻容器件；开关电路包括电阻器R3、场效应晶体管Q3、高频开关变压器T和外围阻容器件；自动稳压电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D6、精密分压电阻R6、精密分压电阻R7和电容C3；电压输入端子P1的2端与压敏电阻RV1的2端连接，电压输入端子P1的1端与压敏电阻RV1的1端连接后，分别与桥式整流电路DB的电压输入1端和2端连接，桥式整流电路DB的直流输出3端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与高频开关变压器T的初级绕组1端连接，桥式整流电路DB的直流输出4端与电容器C2的负极连接，二极管D1的负极与电容器C2的正极连接；功因矫正专用芯片L6561的驱动端7脚与电阻器R3的1端连接，电阻器R3的2端与场效应晶体管Q3的1端连接，场效应晶体管Q3的2端与高频开关变压器T的初级绕组2端连接，场效应晶体管Q3的3端通过R5与L6561的4端及高频开关变压器T的7端连接；高频开关变压器T的次级绕组8端通过快恢复二极管D6后与精密分压电阻R6、R7连接，经过R6、R7分到的电压直接送到功因矫正专用芯片L6561的取样输入1端。
进一步的，直流输出电路板包括直流输出电路，直流输出电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D5、滤波电容C1和直流输出端子P2；高频开关变压器T的次级绕组6端与快恢复二极管D5的正极连接，快恢复二极管D5的负极与直流输出端子P2的正极1端及滤波电容C1的正极连接，高频开关变压器T的次级绕组5端与直流输出端子P2的负极2端及滤波电容C1的负极连接。
与现有技术相比，本发明有以下技术效果：
本发明因为采用高频开关变压器，直流负载的异常会引起磁芯的电磁饱和，此时直流输出电压会急剧变化，自动稳压电路控制功因矫正专用芯片会自动中断场效应晶体管工作，所以避免了铁磁谐振现象的发生；
本发明因高压取电电源含有整流及滤波电路，所以输出为直流电压，结构紧凑；
本发明此为高压相间取能，所以没有对地容性电流；
本发明高频开关变压器通过固体绝缘，在耐同等电压时体积缩小两倍有余；
本发明高低压完全隔离，安全可靠。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明应用结构示意图。
图3是本发明电路原理图。
1-上法兰，2-弹簧垫圈，3-铜嵌件，4-电容，5-绝缘管，6-伞裙，7-端盖，8-三相连接件，9-高压取电电源，10-防水接头，11-O型密封圈，12-取电电源电路板，13-初级线圈，14-磁芯，15-次级线圈，16-直流输出电路板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进一步说明：
请参阅图1和图3，一种基于电容串联恒流源高压取能装置，包括电容4、绝缘管5、三相连接件8和高压取电电源9；三相连接件8的两侧对称开设有等大第一通孔；两个绝缘管5的一端分别对称设置在三相连接件8两侧的通孔内，两个绝缘管5内均同轴设置电容4；高压取电电源9设置在三相连接件8内；
高压取电电源9包括取电电源电路板12、初级线圈13、磁芯14、次级线圈15和直流输出电路板16；磁芯14的两端分别设置有初级骨架和次级骨架，初级线圈13绕在初级骨架内，次级线圈15绕在次级骨架内；初级线圈13与取电电源电路板12连接，次级线圈15与直流输出电路板16连接；电容4通过导线连接到取电电源电路板12。电容、绝缘管等件关于三相连接件左右对称。高压取电电源安装在三相连接件的四个卡槽内，三相连接件下方过线孔通过防水接头连接。整体装配完之后，三相连接件内腔浇满聚氨酯实现固体绝缘的目的，待聚氨酯凝固后给三相连接件包上硅胶。
两个绝缘管5的另一端均设置有上法兰1，上法兰1与绝缘管5通过螺纹连接；上法兰1的几何中心通过螺纹连接设置有铜嵌件3，铜嵌件3与电容4表面焊接连接。
电容4与上法兰1之间的铜嵌件3上套设有弹簧垫圈2；绝缘管5朝向三相连接件8一侧设置有端盖7，端盖7、绝缘管5和上法兰1形成的密封空间内灌注密封胶。电容尾端通过端盖压在绝缘管内。
三相连接件8的底部开设有第二通孔，第二通孔上设置有防水接头10，防水接头10与三相连接件8之间设置有O型密封圈11；直流输出电路板16的输出线通过防水接头10引出。
三相连接件8内顶部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，取电电源电路板12卡在凹槽内；三相连接件8内底部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，直流输出电路板16卡在凹槽内。
绝缘管5外侧套设有伞裙6；三相连接件8内腔浇筑聚氨酯；三相连接件8外侧包裹硅胶。伞裙是通过硫化的方式安装在绝缘筒上。
取电电源电路板12包括交流输入电路、桥式整流电路、功因矫正电路、开关电路和自动稳压电路；交流输入电路包括电压输入端子P1和压敏电阻RV1；桥式整流电路包括桥式整流器DB、滤波电容C2；功因矫正电路包括L6561芯片U和外围阻容器件；开关电路包括电阻器R3、场效应晶体管Q3、高频开关变压器T和外围阻容器件；自动稳压电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D6、精密分压电阻R6、精密分压电阻R7和电容C3；电压输入端子P1的2与压敏电阻RV1的2连接，电压输入端子P1的1与压敏电阻RV1的1连接后，分别与桥式整流电路DB的1和2连接，桥式整流电路DB的3与二极管D1的1连接，二极管D1的2连接与高频开关变压器T的1连接，桥式整流电路DB的4与电容器C2的2连接，二极管D1的2与电容器C2的1连接；功因矫正专用芯片U的7与电阻器R3的1连接，电阻器R3的2与场效应晶体管Q3的1连接，场效应晶体管Q3的2与高频开关变压器T的2连接，场效应晶体管Q3的3通过R5与U的4及高频开关变压器T的7连接；高频开关变压器T的8通过快恢复二极管D6后与精密分压电阻R6、R7连接，经过R6、R7分到的电压直接送到功因矫正专用芯片U的1及C3。
直流输出电路板16包括直流输出电路，直流输出电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D5、滤波电容C1和直流输出端子P2；高频开关变压器T的6与快恢复二极管D5的1连接，快恢复二极管D5的2与直流输出端子P2的1及滤波电容C1的1连接，高频开关变压器T的5与直流输出端子P2的2及滤波电容C1的2连接。
本发明的实施例是10kV真空断路器取电系统，高压取电装置分为两路，分别安装在10kV真空断路器任意两个母排上，如图2所示。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，
任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于电容串联恒流源高压取能装置，其特征在于，包括电容（4）、绝缘管（5）、三相连接件（8）和高压取电电源（9）；三相连接件（8）的两侧对称开设有等大第一通孔；两个绝缘管（5）的一端分别对称设置在三相连接件（8）两侧的通孔内，两个绝缘管（5）内均同轴设置电容（4）；高压取电电源（9）设置在三相连接件（8）内；
高压取电电源（9）包括取电电源电路板（12）、初级线圈（13）、磁芯（14）、次级线圈（15）和直流输出电路板（16）；磁芯（14）的两端分别设置有初级骨架和次级骨架，初级线圈（13）绕在初级骨架内，次级线圈（15）绕在次级骨架内；初级线圈（13）与取电电源电路板（12）连接，次级线圈（15）与直流输出电路板（16）连接；电容（4）通过导线连接到取电电源电路板（12）；
两个绝缘管（5）的另一端均设置有上法兰（1），上法兰（1）与绝缘管（5）通过螺纹连接；上法兰（1）的几何中心通过螺纹连接设置有铜嵌件（3），铜嵌件（3）与电容（4）表面焊接连接；
电容（4）与上法兰（1）之间的铜嵌件（3）上套设有弹簧垫圈（2）；绝缘管（5）朝向三相连接件（8）一侧设置有端盖（7），端盖（7）、绝缘管（5）和上法兰（1）形成的密封空间内灌注密封胶；
三相连接件（8）的底部开设有第二通孔，第二通孔上设置有防水接头（10），防水接头（10）与三相连接件（8）之间设置有O型密封圈（11）；直流输出电路板（16）的输出线通过防水接头（10）引出；
取电电源电路板包括交流输入电路、桥式整流电路、功因矫正电路、开关电路和自动稳压电路；交流输入电路包括电压输入端子P1和压敏电阻RV1；桥式整流电路包括桥式整流器DB、滤波电容C2；功因矫正电路包括L6561芯片U和外围阻容器件；开关电路包括电阻器R3、场效应晶体管Q3、高频开关变压器T和外围阻容器件；自动稳压电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D6、精密分压电阻R6、精密分压电阻R7和电容C3；电压输入端子P1的2端与压敏电阻RV1的2端连接，电压输入端子P1的1端与压敏电阻RV1的1端连接后，分别与桥式整流电路DB的电压输入1端和2端连接，桥式整流电路DB的直流输出3端与二极管D1的正极连接，二极管D1的负极与高频开关变压器T的初级绕组1端连接，桥式整流电路DB的直流输出4端与电容器C2的负极连接，二极管D1的负极与电容器C2的正极连接；功因矫正专用芯片L6561的驱动端7脚与电阻器R3的1端连接，电阻器R3的2端与场效应晶体管Q3的1端连接，场效应晶体管Q3的2端与高频开关变压器T的初级绕组2端连接，场效应晶体管Q3的3端通过R5与L6561的4端及高频开关变压器T的7端连接；高频开关变压器T的次级绕组8端通过快恢复二极管D6后与精密分压电阻R6、R7连接，经过R6、R7分到的电压直接送到功因矫正专用芯片L6561的取样输入1端。
2.根据权利要求1所述的一种基于电容串联恒流源高压取能装置，其特征在于，三相连接件（8）内顶部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，取电电源电路板（12）卡在凹槽内；三相连接件（8）内底部设置有两个凸起，两个凸起相对的两个面上设置有凹槽，直流输出电路板（16）卡在凹槽内。
3.根据权利要求1所述的一种基于电容串联恒流源高压取能装置，其特征在于，绝缘管（5）外侧套设有伞裙（6）；三相连接件（8）内腔浇筑聚氨酯；三相连接件（8）外侧包裹硅胶。
4.根据权利要求1所述的一种基于电容串联恒流源高压取能装置，其特征在于，直流输出电路板包括直流输出电路，直流输出电路包括高频开关变压器T、快恢复二极管D5、滤波电容C1和直流输出端子P2；高频开关变压器T的次级绕组6端与快恢复二极管D5的正极连接，快恢复二极管D5的负极与直流输出端子P2的正极1端及滤波电容C1的正极连接，高频开关变压器T的次级绕组5端与直流输出端子P2的负极2端及滤波电容C1的负极连接。
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