专利名称：具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种适用于配电系统的无线测温装置，更特别地说，是指一种对输配电系统中开关的导电触头、连接端头和母线的工作温度进行在线检测的具有悬浮自供电的无线测温装置。
背景技术：
中低压开关柜、柱上开关和高压GIS接触部位过热现象已成为开关柜故障的常见隐患，由于开关柜体的密闭性，在负荷较重尤其接触不良时，会出现接触处温度升高，接触电阻增加，温度进一步升高的恶性循环，直接影响绝缘件的性能及设备寿命，甚至出现燃烧爆炸事故，极大地降低了设备的安全运行可靠性公告日2009年8月沈日，授权公告号为CN 100533081C的中国专利公开了一种 “开关柜触点温度监测报警系统”，其由一个开关柜温度检测电路、多个开关柜触点温度检测电路、对应的上位机和远方监控中心组成(如图1所示)；其中开关柜触点温度检测电路由供电单元、温度传感器、信号检测微处理器组和数据发送蓝牙模块组成(如图2所示)，上位机由数据接收蓝牙模块、数据处理微处理器组、数据显示报警单元、数据通讯口和电源组成；上位机对接收到的触点温度数据、开关柜空气温度数据和开关柜环境温度数据进行分析、处理后送到数据显示报警单元和数据通讯口，通过网络传输至远方监控中心。现有开关柜触点温度检测电路在母线电流过大时，易造成高压冲击，以至于损坏供电单元。
发明内容
本发明的目的是提出一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，该装置利用电磁耦合方式来获得工作用电压，并对感应线圈输出的电压进行过压、过流及短路保护， 从而实现了开关柜触点无线测温的悬浮自供电。本发明的一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，该装置包括有供电单元、温度传感器、信号检测微处理器和数据发送模块，所述的供电单元包括有悬浮感应模块和电源管理模块；母线在工作状态下产生的磁场B(t) = {Bp (t)，Bz(t)}通过悬浮感应模块进行电压感应处理后输出耦合交流电压V3m (t)给电源管理模块；BP (t)表示采样时间周期t内的横向磁场分量，Bz(t)表示采样时间周期t内的纵向磁场分量；耦合交流电压V3m (t)经电源管理模块进行过压、过流及短路保护处理后输出工作用直流电压Vffiffi (t)；所述的工作用直流电压Vffiffi (t)能够为信号检测微处理器和数据发送模块进行供电。所述悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元(11)、第一聚磁单元(1 、磁饱和保护单元(1 、纵向磁场改变单元、第二聚磁单元0 、磁感应积分回路单元(10)、电磁感应单元(20)、过电压饱和保护单元(31)、短路保护单元(3 和低压磁滞补偿单元(33)；
横向磁场改变单元(11)用于接收采样时间周期t内的横向磁场分量Bp⑴，并对 Bp (t)采用磁通连续性原理进行聚磁分布改变处理，得到横向一级磁场强度B11 ；第一聚磁单元(1 用于对横向一级磁场强度B11进行磁场矢量累加处理，得到横向二级磁场强度磁饱和保护单元(13)用于对横向二级磁场强度^2依据磁滞回线进行处理，得到限值磁场强度B13 ；纵向磁场改变单元用于接收采样时间周期t内的纵向磁场分量Bz(t)，并对 Bz(t)利用聚磁特性进行磁场分布改变处理，得到纵向一级磁场强度I1 ；第二聚磁单元0 用于对纵向一级磁场强度I1进行磁场矢量累加处理，得到纵向二级磁场强度B22 ；磁感应积分回路单元(10)初始时对接收的限值磁场强度B13和纵向二级磁场强度 B22进行矢量叠加处理，得到初始似稳磁场强度Bwii,；过电压饱和保护单元(31)对接收的初始似稳磁场强度与过电压饱和保护单元(31)设置的高压报警门限HV作比，若B__1Q>HV时，则输出过电压反馈磁场强度B31 ； SBwij-KlSHV时，过电压饱和保护单元(31)不输出反馈信号；短路保护单元(3 对接收的初始似稳磁场强度Bwij,与短路保护单元(3 设置的高电流报警门限HI作比，若Βω _1(1 > HI时，则输出短路反馈磁场强度B32 ；若Βω _1(1彡HI 时，短路保护单元(32)不输出反馈信号；低压磁滞补偿单元(33)对接收的初始似稳磁场强度与低压磁滞补偿单元 (33)设置的低压报警门限PV作比，若< PV时，则输出低压反馈磁场强度B33 ；若Bft 始-10彡PV时，低压磁滞补偿单元(33)不输出反馈信号；启动后的磁感应积分回路单元(10)对接收的限值磁场强度B13、纵向二级磁场强度化2、过电压反馈磁场强度B31、短路反馈磁场强度B32和低压反馈磁场强度 3进行串联校正处理，得到校正似稳磁场强度B1(l。电磁感应单元00)对接收的校正似稳磁场强度Atl进行电磁能量转换处理，得到耦合交流电压V5affi (t)。所述电源管理模块包括有倍压整流单元Gl)、稳压单元0 、输出过压保护单元 (43)、电压控制单元(44)、低压补偿单元(45)、限流保护单元(46)、过压保护单元07)和储能单元(48)；倍压整流单元在初始启动时对接收到的耦合交流电压V3m (t)采用滤波电容的储能特性进行倍压整流处理，得到初始翻倍-直流电压Vjaz^41 (t)；稳压单元0 对接收的所述初始翻倍-直流电压Viaz^41 (t)进行稳压处理，得到稳恒的初始直流电压V_-42(t)；输出过压保护单元采用稳压二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻倍-直流电进行限压处理，得到限压后-直流电压V43(t)；储能单元08)采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压Vg^^Jt)进行能量储存，得到预调直流电压V。ut(t)输出；低压补偿单元0 用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压 W4tl ；并将所述检测电压VV4tl与低压补偿单元05)设置的低压报警门限PPV作比，若VV4tl<PPV时，输出短路反馈电压V45(t)；若VV4tl彡PPV时，低压补偿单元05)不输出反馈信号；限流保护单元06)用于对预调直流电压V。ut(t)进行电流检测，得到检测电流 IV4tl ；并将所述检测电流IV4tl与限流保护单元06)设置的高电流报警门限PHI作比，若IV4tl >PHI时，输出限流反馈电压V46(t)；若IV4tl彡PHI时，限流保护单元06)不输出反馈信号；过压保护单元07)用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压 VV40 ；并将所述检测电压VV4tl与过压保护单元07)设置的预值工作电压PMV作比，若VB^1 > PMV时，输出过压反馈电压V47⑴；若VB20 ( PMV时，过压保护单元47不输出反馈信号；电压控制单元04) —方面对接收的V43 (t) ,V45 (t) ,V46 (t)和V47 (t)分别加上初始翻倍-直流电压 V 启动 _41 (t)，形成反馈校正电压 V44 (t) = {PV43 (t)，PV45 (t)，PV46 (t)，PV47 (t)} 输出；另一方面电压控制单元G4)对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压Vtl进行倍压整流单元41的反馈输出通断控制；若Vtl为高电平时，则不对稳压单元02)做输出 V41 (t)；若Vtl为低电平时，则对稳压单元(42)做校正后的V41(t)输出；启动后的倍压整流单元(41)会依据V44 (t) = {PV43 (t)，PV45 (t)，PV46 (t)，PV47 (t)} 对倍压整流单元41中倍压整流后的翻倍-直流电压进行校正，得到校正后翻倍-直流电压 V41 (t)；然后，V41(t)经稳压单元(42)处理后输出稳恒的直流电压V42 (t)给储能单元(48)； 在储能单元G8)中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压V42(t)进行能量储存，得到持续稳定的工作用直流电压Vffiffi⑴输出；所述工作用直流电压Vffiffi⑴能够为信号检测微处理器和数据发送模块供电。本发明具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置的优点在于①采用无线悬浮电源设计，耦合被测温设备附近工频交变电流磁场，做为测温电源能量来源，可以在50A 4000A工作，其测温范围为-25°C 125°C。②采用多模式的过压、过流保护，能够保护悬浮感应模块不输出过高电压、电流， 以损坏供电单元。③利用温度传感器测量开关设备触头、母线的温度，经单片机采样，通过无线发射装置传送到温度数据集控装置。
图1是本发明开关柜触点无线测温装置的结构框图。图2是本发明悬浮感应模块的结构框图。图2A是本发明悬浮感应模块中骨架的结构图。图3是本发明电源管理模块的结构框图。图3A是本发明电源管理模块的电路原理图。
具体实施例方式下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。本发明旨在对现有的开关柜触点温度检测电路的供电单元进行的改进。参见图1所示，本发明的一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，该装置包括有悬浮感应模块、电源管理模块、温度传感器、信号检测微处理器和数据发送模块； 其中，悬浮感应模块和电源管理模块构成供电单元。在本发明中，母线在工作状态下产生的磁场B(t) = {Bp (t)，Bz(t)}通过悬浮感应模块进行电压感应处理后输出耦合交流电压V5affi (t)给电源管理模块；耦合交流电压V3m (t)经电源管理模块进行过压、过流及短路保护处理后输出工作用直流电压Vis (t)给信号检测微处理器和数据发送模块；所述的工作用直流电压Vffiffi (t)能够为信号检测微处理器和数据发送模块进行供电；母线在工作状态下产生的工作温度Tin经温度传感器进行模数转换后得到数字温度DT ；该数字温度DT在信号检测微处理器中作为母线工作状态异常的判断依据，经信号检测微处理器处理后的上传信息DD = {DT，ID，PV，HV}经数据发送模块发送至上位机中。在本发明中，磁场B(t) = {Bp(t)，Bz(t)}中的Bp (t)表示采样时间周期t内的横向磁场分量，Bz (t)表示采样时间周期t内的纵向磁场分量。在本发明中，上传信息DD = {DT，ID, PV, HV}中的DT表示数字温度，ID表示母线所在开关柜的标识，PV表示低压报警门限，HV表示高压报警门限。(一 )悬浮感应模块在本发明中，悬浮感应模块的机械结构部分采用“工”字型铁芯骨架(如图2A所示)和漆铜线构成，该铁芯骨架包括有A侧板201、B侧板202和横梁203，横梁203安装在 A侧板201与B侧板202之间。横梁203上紧密缠绕有漆铜线(漆铜线的直径为0. Imm 0. 2mm, 一般缠绕5000匝 8000匝)。铁芯骨架采用磁饱和的硅钢片加工形成。本发明设计的悬浮感应模块能够紧密贴在配电系统上，不用改变配电装置内部结构，安装更加方便，而且体积小，更加适合于体积日益减小的配电装置。并且悬浮感应模块利用硅钢的磁饱和特性，当母线流入大电流时，铁芯磁饱和，使感应电势缓慢的变化，再通过多个保护单元(即图2中的磁饱和保护单元13、过电压饱和保护单元31、短路保护单元 32和低压磁滞补偿单元33)，可以提供较为稳定的耦合感应交流电压。多个保护单元为悬浮感应模块的电路结构部分。参见图2所示，悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元11、第一聚磁单元12、磁饱和保护单元13、纵向磁场改变单元21、第二聚磁单元22、磁感应积分回路单元10、电磁感应单元20、过电压饱和保护单元31、短路保护单元32和低压磁滞补偿单元33。横向磁场改变单元11用于接收采样时间周期t内的横向磁场分量Bp (t)，并对 Bp (t)采用磁通连续性原理(参考《现代电力电子的磁技术》，杨玉岗编著，第一章1. 1节麦克斯韦方程组的介绍)进行聚磁分布改变处理，得到横向一级磁场强度B11 ；第一聚磁单元12用于对横向一级磁场强度B11进行磁场矢量累加处理，得到横向二级磁场强度B12 ；磁饱和保护单元13用于对横向二级磁场强度B12依据磁滞回线(参考《现代电力电子的磁技术》，杨玉岗编著，第二章第2. 1节磁性材料的特性参数的介绍)进行处理，得到限值磁场强度B13;纵向磁场改变单元21用于接收采样时间周期t内的纵向磁场分量Bz(t)，并对 Bz(t)利用聚磁特性进行磁场分布改变处理，得到纵向一级磁场强度I1 ；第二聚磁单元22用于对纵向一级磁场强度B21进行磁场矢量累加处理，得到纵向二级磁场强度Bm ；磁感应积分回路单元10初始时对接收的限值磁场强度^3和纵向二级磁场强度 B22进行矢量叠加处理，得到初始似稳磁场强度Bwii,；过电压饱和保护单元31对接收的初始似稳磁场强度与过电压饱和保护单元31设置的高压报警门限HV作比，若> HV时，则输出过电压反馈磁场强度B31 ；若 Βω,_10 ( HV时，过电压饱和保护单元31不输出反馈信号；短路保护单元32对接收的初始似稳磁场强度Bwii,与短路保护单元32设置的高电流报警门限HI作比，若Bft始，> HI时，则输出短路反馈磁场强度B32 ；若Βω,_10彡HI 时，短路保护单元32不输出反馈信号；低压磁滞补偿单元33对接收的初始似稳磁场强度与低压磁滞补偿单元 33设置的低压报警门限PV作比，若Β·_1(ι < PV时，则输出低压反馈磁场强度B33 ；若Bft 始-10 ^ PV时，低压磁滞补偿单元33不输出反馈信号；启动后的磁感应积分回路单元10对接收的限值磁场强度B13、纵向二级磁场强度 B22、过电压反馈磁场强度B31、短路反馈磁场强度B32和低压反馈磁场强度 3进行串联校正处理，得到校正似稳磁场强度Β1(ι。电磁感应单元20对接收的校正似稳磁场强度Bltl进行电磁能量转换处理，得到耦合交流电压V5affi (t)。在本发明中，悬浮感应模块利用硅钢材料的饱和特性，设计出电磁感应线圈能产生的最高电压，而使得在电气接点处导线产生几千安至几十千安的电流时不会感应出过高电压以保护电源电路。采用“工”字形电磁感应线圈骨架、以及线圈匝数的最优选取，使线圈能以最小的体积产生最高的感应电压，而且一次回路电流在50A以上该感应线圈可稳定工作。在本发明中，悬浮感应模块采用横、纵的磁场强度叠加，有利于能量的最大化利用，使得单位体积下产生更高的电能，从而为信号检测微处理器和数据发送模块提供稳定的工作电压。在本发明中，采用多模式的过压、过流保护，能够保护悬浮感应模块不输出过高电压、电流，以损坏供电单元。( 二 )电源管理模块参见图3所示，电源管理模块包括有倍压整流单元41、稳压单元42、输出过压保护单元43、电压控制单元44、低压补偿单元45、限流保护单元46、过压保护单元47和储能单元48。倍压整流单元41在初始启动时对接收到的耦合交流电压V5affi (t)采用滤波电容的储能特性进行倍压整流处理，得到初始翻倍整流的直流电压Vjaz^41 (t)(简称为初始翻倍-直流电压V启动-41(t))；稳压单元42对接收的所述初始翻倍-直流电压Viaz^41 (t)进行稳压处理，得到稳恒的初始直流电；输出过压保护单元43采用稳压二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻倍-直流电进行限压处理，得到限压调整后的直流电压v43(t)(简称为限压后-直流电压V43⑴)；
储能单元48采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压V__42(t)进行能量储存，得到预调直流电压V。ut(t)输出；低压补偿单元45用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压VVtt ； 并将所述检测电压VV4tl与低压补偿单元45设置的低压报警门限PPV (PPV 一般设置为2V 2.7V)作比，若VV4tl < PPV时(即电能补偿)，输出短路反馈电压V45(t)；若VV4tl彡PPV时， 低压补偿单元45不输出反馈信号；限流保护单元46用于对预调直流电压V。ut(t)进行电流检测，得到检测电流IV4tl ； 并将所述检测电流IV4tl与限流保护单元46设置的高电流报警门限PHI (PHI 一般设置为 IOOmA)作比，若IV4tl > PHI时(即限流处理)，输出限流反馈电压V46⑴；若IV4tl彡PHI时， 限流保护单元46不输出反馈信号；过压保护单元47用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压NNio ； 并将所述检测电压VV4tl乙与过压保护单元47设置的预值工作电压PMV(PMV —般设置为 3V 3.6V)作比，若VB^1 > PMV时(即降压处理)，输出过压反馈电压V47⑴；若Vhtl彡PMV 时，过压保护单元47不输出反馈信号；电压控制单元44 一方面对接收的V43 (t) ,V45 (t) ,V46 (t)和V47 (t)分别加上初始翻倍-直流电压 V启动_41 (t)，形成反馈校正电压 V44 (t) = {PV43 (t)，PV45 (t)，PV46 (t)，PV47 (t)}输出；另一方面电压控制单元44对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压Vtl进行倍压整流单元41的反馈输出通断控制；若V。为高电平时，则不对稳压单元42做输出V41⑴； 若Vtl为低电平时，则对稳压单元42做校正后的V41(t)输出；在本发明中，反馈校正电压V44 (t) = (PV43⑴，PV45⑴，PV46⑴，PV47 (t)}中的 PV43 (t) = V43(t)+VRa_4i(t)表不校正后的限压后-直、流电压；PV45 (t) = 乂45(1)+乂启动-41 (t) 表示校正后的短路反馈电压；PV46(t) = V46(t)+V^a_41 (t)表示校正后的限流反馈电压； PV47 (t) = V47(t)+V启动_41(t)表示校正后的过压反馈电压。在本发明中，启动后的倍压整流单元41会依据V44(t) = {PV43 (t), PV45 (t), PV46(t)，PV47(t)}对倍压整流单元41中倍压整流后的翻倍-直流电压进行校正，得到校正后翻倍-直流电压V41⑴；然后，V41 (t)经稳压单元42处理后输出稳恒的直流电压V42⑴ 给储能单元48 ；在储能单元48中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压V42(t)进行能量储存，得到持续稳定的工作用直流电压Vffiffi⑴输出；所述工作用直流电压Vffiffi⑴能够为信号检测微处理器和数据发送模块供电。在本发明中，整流后的直流电压然后再依次通过恒压电路和输出滤波电路后形成稳定的直流电压。为了防止外部输出回路短接或电磁冲击等对电源装置造成的不利影响， 还设计有输出保护电路，该电路具有过流、过压和短路保护功能。为了能够更稳定的提供较长时间的备用电源，还设计有储能电容C14。当高压线路中的电流较大时，电源管理模块输出的电能也大，超过负载需求时，储能电容C14将多余的电能储存越来；在高压线路空载或电流较小时，储能电容C14将储存的能量释放出来，从而可以提供稳定的电能输出。限压调整后的直流电压与储能单元48相连，储能单元48由大容量储能电容C14组成，储能电容C14采用容量大，体积小并且漏电流极小的钽电解电容。在本发明中，电源管理模块采用倍压整流电路(如图3A所示)将耦合交流电压V3^ ⑴利用滤波电容的储能作用，能够获得高于耦合交流电压V5affi⑴几倍的直流电压。倍压整流单元41产生的直流电压与输出过压保护单元43相连，过压保护单元43由三端稳压器HT7150芯片和滤波电容C7组成，在保证高精度和低功耗的同时，限定输出的直流电压不高于5V，以免电压过高对电路损坏。电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电压监视芯片U2、 稳压电源芯片U3、电容C9和电容ClO组成电压控制单元44，其中电阻R3、电阻R4、电阻R5 和U2组成的电压监控单元，对电压进行监控，U2采用带锁存功能的电压监视MC2778-3BM5 芯片，电阻R3、电阻R4和电阻R5用于调整电压监控的范围。当电压上升到5V时，U2将使能端RST置高，使U3与储能单元相连，开始给测温电路供电，当电压下降到2. 7V时，U2将使能端RST置0，使U3与储能单元断开，储能单元继续储能，当电压再次升到5V时将使能端 RST置高，以这个模式循环供电。电阻R6与U3用于对输出电压的3. 3V稳压和低压补偿功能。U3采用低功耗线性稳压电源MIC5207-3. 3BM5芯片，可以通过EN使能端来控制输出稳定的3. 3V直流电压。电感Li、电感L2和钽电容TCl用于数字量与模拟量的电气隔离。参见图3A所示，电源管理模块的电路连接为悬浮感应模块经电源接口 JPl与电源管理模块实现连接；电源接口 JPl的1端经电容C5、二极管D3后接地；电源接口 JPl的2端一方面经二极管D2、二极管D3后接地；另一方面2端经电容 C6接地；第三方面2端与三端稳压器芯片U2 (选用HT7150型号芯片)的2端连接；三端稳压器芯片U2的2端经电容C7后接地，1端接地；三端稳压器芯片U2的3端第一方面经电容C8接地；三端稳压器芯片U2的3端第二方面经电阻R8、电容C14接地；电容C14的两端并联有电阻R7和MOS管Ql (选用S19430型号)，MOS管Ql的4端经电阻RlO后连接在信号检测微处理器上；三端稳压器芯片U2的3端第三方面顺次经电阻R8、电阻R3、电阻R4、电阻R5后接地；三端稳压器芯片U2的3端第四方面顺次经电阻R8、电阻R3后连接在电压监视芯片U2的3端上；三端稳压器芯片U2的3端第五方面经电阻R8、电阻R6后连接在电压监视芯片U2 的4端上；三端稳压器芯片U2的3端第六方面经电阻R8后与电压监视芯片U2的5端连接；三端稳压器芯片U2的3端第七方面顺次经电阻R8、电阻R3、电阻R4后连接在电压监视芯片U2的1端上；电压监视芯片U2的2端接地；电压监视芯片U2的4端与稳压电源芯片U3的3端连接；电压监视芯片U2的5端与稳压电源芯片U3的1端连接；稳压电源芯片U3的2端接地；稳压电源芯片U3的4端经电容C9接地；稳压电源芯片U3的5端第一方面经电容ClO后接地，第二方面顺次经电感Li、钽电容TC1、电感L2后接地；第三方面作为工作用直流电压Vffiffi (t)输出。(三)温度传感器本发明的开关柜触点温度检测电路中采用的温度传感器是采用TMP100数字温度传感器。TMP100是超低功耗数字温度传感器芯片，体积更小、支持2. 7V 5. 5V的电压，工作时电流仅为45μΑ，待机时为0. ΙμΑ。具有测温系统简单、测温精度高、连接方便、占用口线少等优点。(四)信号检测微处理器本发明的开关柜触点温度检测电路中，信号检测微处理器采用Atmega 16微处理器芯片。Atmegal6的供电电压为2. 7V 5. 5V，而工作电流仅为1. 1mA，掉电模式只有不到 1 μ A。(五)数据发送模块本发明的开关柜触点温度检测电路中，数据发送模块采用nRF2401。nRFMOl是单片射频收发芯片，工作于2. 4 2. 5GHz ISM频段，采用数字模拟信号通讯，提高了精度，并可以实现多点通讯，功能更强大。芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块，输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低，以_5dBm的功率发射时，工作电流只有10. 5mA，接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式，节能设计更方便。本发明设计的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，采用无线悬浮电源设计，耦合被测温设备附近工频交变电流磁场，做为测温电源能量来源，可以在50A 4000A 工作，其测温范围为_25°C 125°C。
权利要求
1.一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，该装置包括有供电单元、温度传感器、信号检测微处理器和数据发送模块，其特征在于所述的供电单元包括有悬浮感应模块和电源管理模块；母线在工作状态下产生的磁场B (t) = {Bp(t), Bz(t)}通过悬浮感应模块进行电压感应处理后输出耦合交流电压V3m (t)给电源管理模块；BP (t)表示采样时间周期t内的横向磁场分量，Bz(t)表示采样时间周期t内的纵向磁场分量；耦合交流电压V3m (t)经电源管理模块进行过压、过流及短路保护处理后输出工作用直流电压Vm (t)；所述的工作用直流电压Vm⑴能够为信号检测微处理器和数据发送模块进行供电。
2.根据权利要求1所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，其特征在于 悬浮感应模块的机械结构部分采用“工”字型铁芯骨架和漆铜线构成，该铁芯骨架包括有A 侧板(201)、B侧板(202)和横梁(203)，横梁(203)安装在A侧板(201)与B侧板(202)之间；横梁(203)上紧密缠绕有漆铜线铁芯骨架采用磁饱和的硅钢片加工形成。
3.根据权利要求2所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，其特征在于 漆铜线的直径为0. Imm 0. 2mm，缠绕5000匝 8000匝。
4.根据权利要求1所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，其特征在于 所述悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元(11)、第一聚磁单元(12)、磁饱和保护单元 (13)、纵向磁场改变单元(21)、第二聚磁单元(22)、磁感应积分回路单元(10)、电磁感应单元(20)、过电压饱和保护单元(31)、短路保护单元(3 和低压磁滞补偿单元(33)；横向磁场改变单元(11)用于接收采样时间周期t内的横向磁场分量Bp (t)，并对 Bp (t)采用磁通连续性原理进行聚磁分布改变处理，得到横向一级磁场强度B11 ；第一聚磁单元(12)用于对横向一级磁场强度B11进行磁场矢量累加处理，得到横向二级磁场强度B12 ；磁饱和保护单元(13)用于对横向二级磁场强度B12依据磁滞回线进行处理，得到限值磁场强度B13 ；纵向磁场改变单元用于接收采样时间周期t内的纵向磁场分量Bz(t)，并对Bz(t) 利用聚磁特性进行磁场分布改变处理，得到纵向一级磁场强度B21 ；第二聚磁单元02)用于对纵向一级磁场强度B21进行磁场矢量累加处理，得到纵向二级磁场强度Bm ；磁感应积分回路单元(10)初始时对接收的限值磁场强度B13和纵向二级磁场强度化2 进行矢量叠加处理，得到初始似稳磁场强度Βω&_1(ι ；过电压饱和保护单元(31)对接收的初始似稳磁场强度~__1(|与过电压饱和保护单元 (31)设置的高压报警门限HV作比，若Β·_1(ι > HV时，则输出过电压反馈磁场强度B31 ；若 Βω,_10 ^ HV时，过电压饱和保护单元(31)不输出反馈信号；短路保护单元(32)对接收的初始似稳磁场强度Bwij,与短路保护单元(32)设置的高电流报警门限HI作比，若Bft始，> HI时，则输出短路反馈磁场强度B32 ；若Βω,_10彡HI 时，短路保护单元(32)不输出反馈信号；低压磁滞补偿单元(33)对接收的初始似稳磁场强度Β Μ _1(ι与低压磁滞补偿单元 (33)设置的低压报警门限PV作比，若< PV时，则输出低压反馈磁场强度B33 ；若Bft始-10彡PV时，低压磁滞补偿单元(33)不输出反馈信号；启动后的磁感应积分回路单元(10)对接收的限值磁场强度B13、纵向二级磁场强度化2、 过电压反馈磁场强度、短路反馈磁场强度B32和低压反馈磁场强度 3进行串联校正处理，得到校正似稳磁场强度B1(l。电磁感应单元00)对接收的校正似稳磁场强度Bltl进行电磁能量转换处理，得到耦合交流电压V5affi (t)。
5.根据权利要求1所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，其特征在于 所述电源管理模块包括有倍压整流单元(41)、稳压单元(42)、输出过压保护单元(43)、电压控制单元(44)、低压补偿单元(45)、限流保护单元(46)、过压保护单元07)和储能单元 (48)；倍压整流单元Gl)在初始启动时对接收到的耦合交流电压V5affi (t)采用滤波电容的储能特性进行倍压整流处理，得到初始翻倍-直流电压Vjaz^41 (t)；稳压单元0 对接收的所述初始翻倍-直流电压Viaz^41 (t)进行稳压处理，得到稳恒的初始直流电压V_-42(t)；输出过压保护单元采用稳压二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻倍-直流电压V启动-41ω进行限压处■，得到限压后-直流电压V43 (t)；储能单元G8)采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压Viaz^42 (t)进行能量储存， 得到预调直流电压V。ut(t)输出；低压补偿单元G5)用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压VV4tl ；并将所述检测电压VV4tl与低压补偿单元05)设置的低压报警门限PPV作比，若VV4tl < PPV时， 输出短路反馈电压V45⑴；若VV4(I> PPV时，低压补偿单元05)不输出反馈信号；限流保护单元G6)用于对预调直流电压V。ut(t)进行电流检测，得到检测电流IV4tl ；并将所述检测电流IV4tl与限流保护单元G6)设置的高电流报警门限PHI作比，若IV4tl > PHI 时，输出限流反馈电压V46⑴；若IV4tl彡PHI时，限流保护单元06)不输出反馈信号；过压保护单元G7)用于对预调直流电压V。ut(t)进行电压检测，得到检测电压VV4tl ；并将所述检测电压VV4tl与过压保护单元07)设置的预值工作电压PMV作比，若VB2(1>PMV时， 输出过压反馈电压V47⑴；若VB2tl彡PMV时，过压保护单元47不输出反馈信号；电压控制单元(44) 一方面对接收的V43 (t)、V45(t)、V46(t)和V47 (t)分别加上初始翻倍-直流电压V启动-41⑴，形成反馈校正电压V44 (t) = {PV43 (t)，PV45 (t)，PV46 (t)，PV47 (t)} 输出；另一方面电压控制单元G4)对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压Vtl进行倍压整流单元41的反馈输出通断控制；若Vtl为高电平时，则不对稳压单元02)做输出 V41 (t)；若Vtl为低电平时，则对稳压单元(42)做校正后的V41(t)输出；启动后的倍压整流单元(41)会依据 V44(t) = {PV43(t), PV45(t), PV46(t)，PV47(t)}对倍压整流单元41中倍压整流后的翻倍-直流电压进行校正，得到校正后翻倍-直流电压 V41 (t)；然后，V41(t)经稳压单元(42)处理后输出稳恒的直流电压V42 (t)给储能单元(48)； 在储能单元G8)中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压V42(t)进行能量储存，得到持续稳定的工作用直流电压Vffiffi⑴输出；所述工作用直流电压Vffiffi⑴能够为信号检测微处理器和数据发送模块供电。
6.根据权利要求1所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，其特征在于所述电源管理模块的电路连接为悬浮感应模块经电源接口 JPl与电源管理模块实现连接； 电源接口 JPl的1端经电容C5、二极管D3后接地；电源接口 JPl的2端一方面经二极管D2、二极管D3后接地；另一方面2端经电容C6接地；第三方面2端与三端稳压器芯片U2 (选用HT7150型号芯片)的2端连接； 三端稳压器芯片U2的2端经电容C7后接地，1端接地； 三端稳压器芯片U2的3端第一方面经电容C8接地；三端稳压器芯片U2的3端第二方面经电阻R8、电容C14接地；电容C14的两端并联有电阻R7和MOS管Ql (选用SI9430型号)，MOS管Ql的4端经电阻RlO后连接在信号检测微处理器上；三端稳压器芯片U2的3端第三方面顺次经电阻R8、电阻R3、电阻R4、电阻R5后接地； 三端稳压器芯片U2的3端第四方面顺次经电阻R8、电阻R3后连接在电压监视芯片U2 的3端上；三端稳压器芯片U2的3端第五方面经电阻R8、电阻R6后连接在电压监视芯片U2的4 端上；三端稳压器芯片U2的3端第六方面经电阻R8后与电压监视芯片U2的5端连接； 三端稳压器芯片U2的3端第七方面顺次经电阻R8、电阻R3、电阻R4后连接在电压监视芯片U2的1端上；电压监视芯片U2的2端接地；电压监视芯片U2的4端与稳压电源芯片U3的3端连接；电压监视芯片U2的5端与稳压电源芯片U3的1端连接； 稳压电源芯片U3的2端接地； 稳压电源芯片U3的4端经电容C9接地；稳压电源芯片U3的5端第一方面经电容ClO后接地，第二方面顺次经电感Li、钽电容 TC1、电感L2后接地；第三方面作为工作用直流电压Vffiffi (t)输出。
全文摘要
本发明公开了一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置，该装置包括有悬浮感应模块、电源管理模块、温度传感器、信号检测微处理器和数据发送模块；其中，悬浮感应模块和电源管理模块构成供电单元。母线在工作状态下产生的磁场B(t)＝{Bρ(t)，Bz(t)}通过悬浮感应模块进行电压感应处理后输出耦合交流电压V交流(t)给电源管理模块；耦合交流电压V交流(t)经电源管理模块进行过压、过流及短路保护处理后输出工作用直流电压V直流(t)；所述的工作用直流电压V直流(t)能够为信号检测微处理器和数据发送模块进行供电。本发明的装置利用电磁耦合方式来获得工作用电压，并对悬浮感应模块输出的电压进行过压、过流及短路保护，从而实现了开关柜触点无线测温的悬浮自供电。
文档编号G01K1/00GK102252766SQ20111009803
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月19日 优先权日2011年4月19日
发明者廉世军, 张路明, 武建文, 金慧宇 申请人:北京航空航天大学, 珠海市可利电气有限公司