专利名称：单铁心差动电流互感器式电源的制作方法
技术领域：
本发明属于电力电源技术领域，具体涉及一种差动电流互感器式电源， 该电源可以为电子式互感器高压侧提供电能。
背景技术：
在电力系统中广泛使用着铁心电流互感器。铁心电流互感器同时具有 电流变换和提供电能两种作用，具有自我供能的能力。
电子式互感器，包括空心线圈式或Rogowski线圈式以及各种光纤式互 感器等，近年来发展迅速。电子式互感器有高压侧和低压侧两个部分，高、 低压侧间用光纤连接，以达到隔离线路高压的目的。与传统的铁心电流互 感器不同，电子式互感器的高压侧没有自我供能的能力，需另装备电源为 其工作供能。为实现高、低压间电气隔离，高压侧供能电源必须与高压侧 电路等电位，而与低压侧绝缘。因此高压侧供能电源不能从低压线路，如 220V线路上取能。电子式互感器高压侧的供能问题现已受到电力行业的高 度关注。目前电子式互感器高压侧的供能方式有两种1、激光式电源供能， 2、铁心电流互感器式电源供能。激光式电源供能依据激光传输和光电转换 原理工作，其缺点为长期稳定性不高、价贵、输出功率偏小、维护麻烦等。 铁心电流互感器式电源供能依据铁心电流互感器本身可向外输出电能的特 点工作，无以上激光式电源供能的缺点，因此受到人们的欢迎。但铁心电 流互感器式电源仍存在电源输出电压易受一次电流大小的影响，导致输出 电压不稳等问题。为此人们提出了分流改进方案。但该方案只适用于一次 电流不超过lkA的场合，因为当一次电流很大时，电源电路发热严重、难 以长 工作。考虑到实际高压线路中一次额定电流常超过lkA，因此这种解 决方案应用范围有限(见文献[l]王海明，郑绳楦.电子电流互感器高压侧电源方案研究.电力电子技术，2004， (7) :72-74)。后人们又提出双铁心差动 方案，但该方案中电源因有两套取能铁心线圈，体积过大，实际使用很不 方便，应用范围受限(见文献[2]徐垦，等.差动电流互感器式电源.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单铁心差动电流互感器式电源，该电源即 使在一次额定电流远超过lkA时发热仍较低，并且具有体积小、使用方便 的优点。
本发明提供的差动电流互感器式电源，其特征在于它包括取能环形 铁心、桥式整流电路、滤波电路和稳压电路；取能环形铁心上分别绕有第 一、第二线圈，第一、第二线圈共同构成二次线圈，二者相互反接，组成 差动线圈；
桥式整流电路的二个交流输入端分别与差动线圈的两个输出端相连， 桥式整流电路的负直流输出端接地，正直流输出端输出脉动直流电压，并 接入滤波电路的正输入端；
滤波电路的正输出端接稳压电路的正输入端，滤波电路的负输入端和 负输出端均接地；稳压电路的正输出端与电解电容C3的正极相连，稳压电 路的负输入端和负输出端均接地，电解电容C3的负极接地，电解电容G的 正、负极分别作为电源的正、负输出端。 ，
本发明的改进方案为第二线圈的匝数为第一线圈的匝数的30%至90%。
本发明的进一步改进方案为滤波电路为由电解电容G、电感L、电解 电容C2构成的"形滤波电路，电感L的两端分别与电解电容d、, C2的正极 相连，电解电容G、 C2的负极相连，并接地，电解电容d的正极接桥式整 流电路的正直流输出端，电解电容C2的正极接稳压电路的正输入端。
本发明差动电流互感器式电源可为电子式互感器的高压侧提供可靠的、电压稳定的电能供应，即使在一次额定电流远超过lkA时发热仍很低， 远低于仅采用可控硅或二极管的电流互感器式电源，因此差动电流互感器 式电源可在实际线路中长期、稳定的工作。同时该电源只使用一个取能环 形铁心，体积小，使用方便。
图1为本发明单铁心差动电流互感器式电源的结构示意图。 图2为差动电流互感器式电源为电子式互感器高压侧供能的电路框图， 其中用虚线包围部分为差动电流互感器式电源。
图3为本发明单铁心差动电流互感器式电源一种电路具体实现图。
具体实施例方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，本发明单铁心差动电流互感器式电源的结构为取能环
形铁心1，取能环形铁心1上分别绕有第一、第二线圈2、 3，第一、第二 线圈2和3共同构成二次线圈，二者相互反接，组成差动线圈。
第一线圈2的匝数与一次电流额定值、输出功率等许多因素有关，实 际设计时应根据实验结果来确定， 一般为数十匝至数百匝，第二线圈3的 匝数与一次电流最大值、输出功率等许多因素有关， 一般可为第一线圈2 的匝数的30%至90%。高压母线穿过取能环形铁心1，在取能环形铁心上形 成匝数为1的一次线圈。
桥式整流电路4用来将第一线圈2、第二线圈3输出的交变的差动电压 变换成直流脉动电压。桥式整流电路4的二个交流输入端分别与第一线圈2、 第二线圈3组成的差动线圈的两个输出端相连，桥式整流电路4的负直流 输出端接地，正直流输出端接入滤波电路5的正输入端。
滤波电路5的正输出端接稳压电路6的正输入端，滤波电路5的负输 入端和负输出端均接地。稳压电路6的正输出端与电解电容C3的正极相连， 稳压电路6的负输入端和负输出端均接地。电解电容C3的负极接地。稳压电路6的作用是将变化范围较大的直流电压变成变化范围很小的直流电压。 电解电容C3的正、负极作为电源的正、负输出端，可输出稳定的、变化范 围很小的直流电压^。
本发明电源的工作过程如下
当高压母线上流过一次电流/p时，第一线圈2、第二线圈3组成的差 动线圈共同输出交变的差动电流和电压，差动电压经桥式整流电路4整流、 滤波电路5滤波后变换成电压值随一次电流变化的直流电压，再经稳压电 路6、 C3变换成稳定的直流电压^， Zo即为差动电流互感器式电源的输出。
与只有单个二次线圈的传统的铁心电流互感器相比，在同等一次电流
激励下，差动线圈所产生的交变的差动电流和电压远小于单个线圈的交 变电流和电压。对于同一个桥式整流电路输出电压值，第一线圈2、第二线 圈3组成差动线圈工作时所需的ip的值比单个第一线圈2或单个第二线圈 3单独工作时要大得多。例如，第一线圈2为100匝，第二线圈3为55匝 时，当桥式整流电路输出电压为26V时，第一线圈2单独工作所对应的& 为0. 4kA，而第一线圈2、第二线圈3组成差动线圈工作所对应的ip为1. 6kA。 因此，即使ip数值很大，差动电流互感器式电源仍能长期正常工作，输出 稳定的电压和功率。这里，A变化的允许范围可达数千安培，具体数值与 第一线圈2、第二线圈3的匝数等因素有关。本发明中的稳压电路6的输入 直流电压变化范围为9 30V，输出直流电压额定值可在6V、 8V、 IOV、 12V、 15V、 18V等之中选择，实际设计时可根据具体要求选择其中之一作为电源 输出直流电压额定值。
本发明的差动电流互感器式电源与电子式互感器高压侧的连接关系如 图2所示。电子式互感器传感装置7将采集到的高压母线上的一次电流 转变为弱电信号送往电子式互感器高压侧信号调理、数据处理电路8，电子 式互感器高压侧信号调理、数据处理电路8将此弱电信号转变为数字信号， 并通过光纤送往电子式互感器的低压侧部分9。安装在电子式互感器高压侧 的差动电流互感器式电源10的输出电压端与电子式互感器高压侧信号调 理、数据处理电路8的电源端相连接，为电子式互感器高压侧信号调理、数据处理电路8提供电能。即使被测高压母线上A数值很大，差动电流互 感器式电源也能保证电子式互感器高压侧的正常工作，同时由于差动电流 互感器式电源与电子式互感器低压侧无电的联系，也保证了电子式互感器 高、低压侧间的电气绝缘。
实例
设一次电流的ip额定值为1.5kA，要求当一次电流的变化范围为 0.15kA到1. 8kA时，差动电流互感器式电源能输出稳定的8V直流电压和最 大不超过80mA的电流。
滤波电路5釆用由电解电容d与电感L、电解电容C2构成ji形滤波电 路。电感L的两端分别与电解电容d、 C2的正极相连。电解电容d、 C2的 负极相连，并接地。电解电容d的正极接桥式整流电路4的正直流输出端， 电解电容C2的正极接稳压电路6的正输入端。
差动电流互感器式电源各元件参数如下第一线圈2=100匝，第二线 圈3=55匝；取能环形铁心1的外直径为190mm，内直径为170mm，横截面 积为200ram2;桥式整流电路4电流IOA，耐压400V;电容C1、C2均为1000 P f /100V的电解电容；电感1^3mH;稳压电路6采用输出电压为8V、最大输出 电流达1A的线性稳压电路，例如线性三端稳压器7808;电容C3=2200yf /25V。
实测表明，当一次电流/p从0. 15kA变到1.8kA时，输出端电压^保 持约8V不变，同时输出最大不超过80mA的电流。满足上述预先设定的要 求。
以上所述为本发明的较佳实施例而已，但本发明不应该局限于该实施 例和附图所公开的内容。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等 效或修改，都落入本发明保护的范围。
权利要求
1、一种差动电流互感器式电源，其特征在于它包括取能环形铁心(1)、桥式整流电路(4)、滤波电路(5)和稳压电路(6)；取能环形铁心(1)上分别绕有第一、第二线圈(2、3)，第一、第二线圈(2、3)共同构成二次线圈，二者相互反接，组成差动线圈；桥式整流电路(4)的二个交流输入端分别与差动线圈的两个输出端相连，桥式整流电路(4)的负直流输出端接地，正直流输出端输出脉动直流电压，并接入滤波电路(5)的正输入端；滤波电路(5)的正输出端接稳压电路(6)的正输入端，滤波电路(5)的负输入端和负输出端均接地；稳压电路(6)的正输出端与电解电容C3的正极相连，稳压电路(6)的负输入端和负输出端均接地，电解电容C3的负极接地，电解电容C3的正、负极分别作为电源的正、负输出端。
2、 根据权利要求l所述的差动电流互感器式电源，其特征在于第二 线圈(3)的匝数为第一线圈(2)的匝数的30%至90%。
3、 根据权利要求1或2所述的差动电流互感器式电源，其特征在于 滤波电路(5)为由电解电容d、电感L、电解电容G构成的n形滤波电路， 电感L的两端分别与电解电容d、 C2的正极相连，电解电容d、 G的负极相 连，并接地，电解电容d的正极接桥式整流电路(4)的正直流输出端，电 解电容C2的正极接稳压电路(6)的正输入端。
全文摘要
本发明公开了一种差动电流互感器式电源。电源的主体为两组绕在取能环形铁心上的线圈，两组线圈差动连接。桥式整流电路的二个交流输入端分别与差动线圈的两个输出端相连，输出接入滤波电路；滤波电路的正输出端接稳压电路的正输入端；稳压电路的正输出端与电解电容相连，电解电容的正、负极分别作为电源的正、负输出端。与只有单个线圈的传统的电流互感器式电源相比，在同等一次电流激励下，差动线圈所输出的差动电流和电压要小得多，因此差动电流互感器式电源可在一次电流很大时保持工作。同时该电源只使用一个取能环形铁心，体积比双铁心差动电流互感器式电源要小很多，使用方便。差动电流互感器式电源主要用来为电子式互感器高压侧提供电能。
文档编号H02M7/219GK101557173SQ20091006063
公开日2009年10月14日 申请日期2009年1月21日 优先权日2009年1月21日
发明者叶妙元, 垦 徐, 雁 徐, 朱明钧, 霞 肖 申请人:华中科技大学