专利名称：电子式互感器工作电源的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及无接触功率传输技术领域，特别涉及一种电子式互感器工作电源。
背景技术：
无接触功率传输技术是一种实现能量从静止设备向静止或可运动设备传输有效方法。其主要利用现代电力电子能量变换技术与磁场耦合技术，同时借助于现代控制理论和微电子控制技术。它既能减小向用电设备供电可能带来的安全隐患，又可以大大降低系统的能量传递受外界因素影响的程度。相比通过电气连接传递能量的方法，在技术上更为可靠、耐用。因此，该技术具有十分广阔的前景。根据能量传输的机理，实现无接触功率传输的方法有3种1)电磁感应原理通过特殊设计的功率发送和接收系统，以磁通作为媒介，利用电磁耦合感应产生电动势，再通过电子变换电路实现向负载的能量供应；2)电磁波发送与接收原理将电磁波通过天线发送、接收，再经过频率变换电路将电波的能量转换成常规形式加以利用；3)耦合模理论其原理是基于2个电磁波在满足规定条件的情况下，在同一波导 (腔体)的不同电磁波的模式之间或不同波导(或腔体)的同一电磁波模式之间可以发生耦合谐振的现象，通过理论计算或实验的方法选择耦合模参数，利用强磁场耦合共振方式使能量在收发两个谐振腔之间有效传输。以上是无接触功率传输的方法。而在电子式互感器的应用中，高低压侧电信号的转换为最常见的问题。为实现高低压侧电信号的完全隔离，高压侧信号处理用工作电源必须是悬浮式的。目前，该电源的设计主要有两种方法1)采用低压侧光供电方式，利用光电转换的工作原理，通过大口径光纤实现能量供给，其优点是电源稳定、可靠性高，不受母线电流的影响，但由于激光器提供的功率有限， 且光电转换的效率也不高，光电池在长期满负荷工作条件下的寿命也难以保证，成本较高等缺点也不能完全满足现场要求。2)利用工作电源与传感器同处高压端的特点，采用带铁芯的感应线圈直接从高压线路获取能源。这种方案能降低装置的复杂程度和对绝缘的要求，但存在线路电流过低或断路器跳闸时，电子式互感器将因缺少工作电源而不能工作的缺陷。综上所述，目前的电子式互感器的高低压侧电信号的转换都存在若干的缺点，如何将无接触功率传输应用于电子式互感器的高低压侧电信号的转换，则成为颇为亟待的问题。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种提高转换效率同时工作状态稳定的电子式互感器工作电源。
4[0012]为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为一种电子式互感器工作电源，包括直流电源、高频电源电路、低压侧无功补偿电路、电磁耦合单元、高压侧接收电路与恒负载变换电路；所述直流电源给高频电源电路供电，所述高频电源电路与低压侧无功补偿电路电连接；所述电磁耦合单元分为发送单元和接收单元，所述低压侧无功补偿电路接入电磁耦合单元的发送单元；所述高压侧接收电路接入电磁耦合单元的接收单元，且所述高压侧接收电路和恒负载变换电路电连接。优选地，所述高频电源电路为小功率高频电源电路，其包括方波发生电路、有源带通滤波电路与推挽放大电路；所述方波发生电路、有源带通滤波电路与推挽放大电路依次电连接。优选地，所述方波发生电路由IC芯片和晶振构成，所述晶振与IC芯片连接；所述 IC芯片的输出端与所述有源带通滤波电路的输入端电连接；所述有源带通滤波电路包括高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路一端与IC芯片的输出端电连接，其另一端与低通滤波电路电连接；所述高通滤波电路包括第一集成芯片，所述第一集成芯片的输入端依次连接电容Cl与C2，所述电容Cl与C2分别通过电感Rl与R3接地；所述低通滤波电路包括第二集成芯片，所述第二集成芯片的输入端依次连接电感R4与R5，所述电感R4 与R5分别通过电容Cl与C2接地；所述第一集成芯片的输出端与第二集成芯片的输入端电连接；所述推挽放大电路包括第一变压器Tl、第一三极管Q1、第二三极管Q2与第二变压器 T2，所述第一变压器Tl的初级绕组的一端与第二集成芯片的输出端电连接，第一变压器Tl 的次级输出分别连接第一三极管Ql与第二三极管Q2的基极，第一三极管Ql与第二三极管 Q2的发射极均接地，第一三极管Ql与第二三极管Q2的集电极分别连入第二变压器T2的初级绕组，第二变压器T2的次级输出与低压侧无功补偿电路电连接。优选地，所述低压侧无功补偿电路为串联补偿电路，所述串联补偿电路包括电阻 Rp与Rr、无功补偿电容Cp、电感Lp与Lr，所述电阻Rp的一端与高频电源电路的输出端连接、其另一端与电容Cp、电感Lp、Lr与电阻Rr依次电连接，电阻Rr的另一端为输出端，向电磁耦合单元的发射单元输出信号。优选地，所述低压侧无功补偿电路为并联补偿电路，所述并联补偿电路包括电阻 Rp与Rr、无功补偿电容Cp、电感Lp与Lr ；所述电阻Rp与电感Lp、Lr与电阻Rr依次电连接形成一支路，无功补偿电容Cp并联在该支路两端形成所述低压侧无功补偿电路，该电路的输入端与高频电源电路的输出端连接，其输出端向电磁耦合单元的发射单元输出信号。优选地，所述电磁耦合单元的感应线圈为组合型或螺旋型，所述组合型的小线圈为平面型或抛物面型，所述螺旋型的小线圈为平面型或抛物面型。优选地，所述高压侧接收电路由无功补偿电路、整流滤波电路和稳压电路组成，三者依次电连接，且均由电磁耦合单元的接收单元提供的电源供电。优选地，所述无功补偿电路采用并联补偿谐振电路，其由电阻&、电感Ls、阻抗&、 补偿电容Cs组成，所述电阻&、电感Ls与阻抗依次电连接形成一支路，补偿电容Cs并联在支路两端形成无功补偿电路；所述功补偿电路的一端与电磁耦合单元的接收单元提供的电源电连接，另一端与整流滤波电路电连接。优选地，所述整流滤波稳压电路包括整流电路和滤波电路，所述整流电路由二极管D1A2与D3与D4构成的桥式电路构成，其D1与D2的交点与功补偿电路电连接,D3与D4的交点与电磁耦合单元的接收单元提供的电源电连接，D1与D3、D2与D4之间的交点分别接入滤波电路中，所述滤波电路由电容C1与C2构成，电容C1与C2并联接入电路，其输出端输出
直流电压Uab。优选地，所述恒负载变化电路由直流电压Uab供电；所述恒负载变化电路包括稳压二极管Dw，可变电阻RL、二极管D1、电阻Rl与R2 ；稳压二极管Dw与电阻R2连接形成一支路，可变电阻RL并在稳压二极管Dw两端；二极管Dl与电阻Rl连接同时并在稳压二极管Dw 与电阻R2形成的支路两端。综上所述，本实用新型相对于现有技术，具有以下有益效果1、本实用新型无接触电子式互感器工作电源电路利用无接触功率传输技术，采用特殊的设计结构使电磁耦合线圈实现能量的高集中度收发，并通过特别设计的工作电路实现电能从低压侧到高压侧的可靠传送；2、本实用新型无接触电子式互感器工作电源电路采用的螺旋型或多线圈组合结构型的电磁耦合结构，实现能量的高集中度收发；3、本实用新型无接触电子式互感器工作电源电路的低压侧为获得采用小功率高频电源电路，使低压侧通过晶振产生精确频率，再通过滤波电路和功率放大电路获得无接触功率传输功率发送用小功率高频电源电路，频率单一，无杂波；4、本实用新型无接触电子式互感器工作电源电路的高压侧采用恒负载变换电路， 降低负载波动对无接触功率传输效率的影响，效果显著。
图1为本实用新型的结构原理方框图；图2为本实用新型的高频电源电路图；图3为本实用新型的低压侧无功补偿电路之串联电路图；图4为本实用新型的低压侧无功补偿电路之并联电路图；图5为本实用新型的电磁耦合机构单元组合型线圈示意图；图6为本实用新型的电磁耦合机构单元螺旋形线圈示意图；图7为本实用新型的高压侧无功补偿电路、整流滤波稳压电路图；图8为实用新型的恒负载变换电路图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。如图1所示，一种无接触电子式互感器工作电源电路，其利用无接触功率传输技术，采用特殊结构电磁耦合线圈实现能量的高集中度收发，并通过特别设计的工作电路实现电能从低压侧到高压侧的可靠传送。该电路包括直流电源1、高频电源电路2、低压侧无功补偿电路3、电磁耦合单元4、高压侧接收电路5和恒负载变换电路6。直流电源1给高频电源电路2供电，且高频电源电路2与低压侧无功补偿电路3电连接。电磁耦合单元4 分为发送单元41和接收单元42。低压侧无功补偿电路3接入电磁耦合单元4的发送单元 41 ；同时高压侧接收电路5接入电磁耦合单元4的接收单元42，且高压侧接收电路5和恒
权利要求1.一种电子式互感器工作电源，其特征在于包括直流电源(1)、高频电源电路(2)、低压侧无功补偿电路(3)、电磁耦合单元(4)、高压侧接收电路(5)与恒负载变换电路(6)；所述直流电源(1)给高频电源电路(2)供电，所述高频电源电路(2)与低压侧无功补偿电路 (3)电连接；所述电磁耦合单元(4)分为发送单元(41)和接收单元(42)，所述低压侧无功补偿电路(3)接入电磁耦合单元(4)的发送单元(41);所述高压侧接收电路(5)接入电磁耦合单元(4)的接收单元(42)，且所述高压侧接收电路(5)和恒负载变换电路(6)电连接。
2.根据权利要求1所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述高频电源电路(2) 为小功率高频电源电路，其包括方波发生电路(21)、有源带通滤波电路(22)与推挽放大电路(23)；所述方波发生电路(21)、有源带通滤波电路(22)与推挽放大电路(23)依次电连接。
3.根据权利要求2所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述方波发生电路 (21)由IC芯片和晶振构成，所述晶振与IC芯片连接；所述IC芯片的输出端与所述有源带通滤波电路(22)的输入端电连接；所述有源带通滤波电路(22)包括高通滤波电路和低通滤波电路，所述高通滤波电路一端与IC芯片的输出端电连接，其另一端与低通滤波电路电连接；所述高通滤波电路包括第一集成芯片，所述第一集成芯片的输入端依次连接电容Cl 与C2，所述电容Cl与C2分别通过电感Rl与R3接地；所述低通滤波电路包括第二集成芯片，所述第二集成芯片的输入端依次连接电感R4与R5，所述电感R4与R5分别通过电容Cl 与C2接地；所述第一集成芯片的输出端与第二集成芯片的输入端电连接；所述推挽放大电路(23)包括第一变压器Tl、第一三极管Q1、第二三极管Q2与第二变压器T2，所述第一变压器Tl的初级绕组的一端与第二集成芯片的输出端电连接，第一变压器Tl的次级输出分别连接第一三极管Ql与第二三极管Q2的基极，第一三极管Ql与第二三极管Q2的发射极均接地，第一三极管Ql与第二三极管Q2的集电极分别连入第二变压器T2的初级绕组，第二变压器T2的次级输出与低压侧无功补偿电路(3)电连接。
4.根据权利要求1所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述低压侧无功补偿电路(3)为串联补偿电路，所述串联补偿电路包括电阻Rp与Rr、无功补偿电容Cp、电感Lp 与Lr，所述电阻Rp的一端与高频电源电路的输出端连接、其另一端与电容Cp、电感Lp、Lr 与电阻Rr依次电连接，电阻Rr的另一端为输出端，向电磁耦合单元(4)的发射单元(41)输出信号。
5.根据权利要求1所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述低压侧无功补偿电路(3)为并联补偿电路，所述并联补偿电路包括电阻Rp与Rr、无功补偿电容Cp、电感Lp 与Lr ；所述电阻Rp与电感Lp、Lr与电阻Rr依次电连接形成一支路，无功补偿电容Cp并联在该支路两端形成所述低压侧无功补偿电路，该电路(3)的输入端与高频电源电路(2)的输出端连接，其输出端向电磁耦合单元(4)的发射单元(42)输出信号。
6.根据权利要求或4或5所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述电磁耦合单元(4)的感应线圈为组合型或螺旋型，所述组合型的小线圈为平面型或抛物面型，所述螺旋型的小线圈为平面型或抛物面型。
7.根据权利要求或4或5所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述高压侧接收电路(5)由无功补偿电路(51)与整流滤波稳压电路(5 组成，两者依次电连接，且均由电磁耦合单元(4)的接收单元(42)提供的电源供电。
8.根据权利要求7所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述无功补偿电路 (51)采用并联补偿谐振电路，其由电阻Rs、电感Ls、阻抗&、补偿电容Cs组成，所述电阻Rs、 电感Ls与阻抗&依次电连接形成一支路，补偿电容Cs并联在支路两端形成无功补偿电路 (51)；所述功补偿电路(51)的一端与电磁耦合单元的接收单元提供的电源电连接，另一端与整流滤波电路电连接。
9.根据权利要求7所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述整流滤波稳压电路(52)包括整流电路和滤波电路，所述整流电路由二极管D1A2与D3与D4构成的桥式电路构成，其D1与D2的交点与功补偿电路电连接，D3与D4的交点与电磁耦合单元的接收单元提供的电源电连接，D1与D3、D2与D4之间的交点分别接入滤波电路中，所述滤波电路由电容C1 与C2构成，电容C1与C2并联接入电路，其输出端输出直流电压Uab。
10.根据权利要求9所述的电子式互感器工作电源，其特征在于所述恒负载变化电路 (6)由直流电压Uab供电；所述恒负载变化电路(6)包括稳压二极管Dw，可变电阻RL、二极管 D1、电阻Rl与R2 ；稳压二极管Dw与电阻R2连接形成一支路，可变电阻RL并在稳压二极管 Dw两端；二极管Dl与电阻Rl连接同时并在稳压二极管Dw与电阻R2形成的支路两端。
专利摘要本实用新型公开了一种电子式互感器工作电源，包括直流电源、高频电源电路、低压侧无功补偿电路、电磁耦合单元、高压侧接收电路与恒负载变换电路；直流电源给高频电源电路供电，所述高频电源电路与低压侧无功补偿电路电连接；所述电磁耦合单元分为发送单元和接收单元，所述低压侧无功补偿电路接入电磁耦合单元的发送单元；所述高压侧接收电路接入电磁耦合单元的接收单元，且所述高压侧接收电路和恒负载变换电路电连接。本实用新型采用特殊的设计结构使电磁耦合线圈实现能量的高集中度收发，并通过特别设计的工作电路实现电能从低压侧到高压侧的可靠传送，值得推广。
文档编号H02J17/00GK202134967SQ20112024416
公开日2012年2月1日 申请日期2011年7月12日 优先权日2011年7月12日
发明者刘艺, 彭显刚, 文波, 武小梅, 王星华, 聂一雄 申请人:广东工业大学