专利名称：雷电感应能量吸收器的制作方法
技术领域：
本申请涉及防雷电感应领域，特别是涉及一种雷电感应能量吸收器。
背景技术：
在一些雷电高发的地区，由于雷电感应在传输线中产生的瞬间脉冲电压过高，会对用电设备造成影响。例如，当雷云在建筑物上方放电时，雷电流通道上产生较大的雷电流，处于建筑物附近的电缆及信号线上就会产生感应过电压，这些由于雷电感应产生的感应过电压会造成微电子设备的损坏，以及电力系统保护和控制单元的误动。近年来，随着由大量数据设备和精密仪器组成的信息系统的广泛应用，因雷电感应损坏用电设备的现象也逐年上升。目前主要采用屏蔽、等电位连接、接地泄放电等方法防雷电感应。屏蔽是将易受雷电感应的信号线采用金属物体(如铁管)进行屏蔽，该方法容易受环境限制，施工难度也大；等电位连接对电源线比较方便，但是对于视频信号线和高频信号线的防雷比较困难，因为如果采用等电位连接的方法进行防雷电感应，就必须在信号线的芯线和外导体之间加装元器件，这势必会对信号产生影响；等电位连接法对于数据信号线不容易实现，因为数据信号线为多根，加装的器件相应较多。因此，现有的防雷电感应的方法并不能完全保证电子设备在雷电环境下的安全，电子设备在雷击时仍然存在很大的损坏危险。
实用新型内容本实用新型提供一种雷电感应能量吸收器，能够防止雷电感应通过信号传输线引起相关设备损坏。为了解决上述问题，本实用新型公开了一种雷电感应能量吸收器，所述雷电感应能量吸收器包括铁芯、线圈和电阻，所述线圈缠绕在铁芯上，线圈两端连接电阻。优选地，使用时信号线缠绕在所述铁芯上。优选地，所述线圈按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。优选地，使用时所述信号线按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。优选地，所述铁芯包括由硅钢片构成的环形铁芯。优选地，所述电阻的阻抗等于所述线圈的感抗。优选地，所述线圈的缠绕匝数大于等于所述信号线的缠绕匝数。优选地，所述线圈缠绕在所述环形铁芯的半边；使用时信号线缠绕在所述环形铁芯没有线圈缠绕的另半边。优选地，使用时信号线与线圈叠加缠绕在所述环形铁芯上。优选地，所述电阻为一个或者多个；当电阻为多个时，多个电阻的连接方式包括串联或并联。与现有技术相比，本实用新型包括以下优点[0018]本实用新型提供的雷电感应能量吸收器，只需要将信号线在铁芯上依次缠绕若干圈即可防止雷电感应，不需要在信号线的信号通路上加装元器件，不对信号产生影响，本实用新型使用简单。本实用新型采用了雷电感应的逆感应过程，将通过雷电感应在信号线上产生的能量再通过电磁感应的原理感应出去，并被电阻吸收，达到了较好的防雷效果。而且，防雷是一个系统工程，要达到理想效果，需要采用多种防雷方法，本实用新型可以与其他方法共同使用，具有较好的移植性和适用性。
图1是本实用新型实施例所述一种雷电感应能量吸收器的结构图；图2是本实用新型实施例所述一种雷电感应能量吸收器的等效电路图；图3是本实用新型实施例所述短闪击电流参数的定义图；图4是本实用新型实施例所述铁芯为环形铁芯时雷电感应能量吸收器的结构图。图5是本实用新型实施例所述雷电感应能量吸收器的使用示意图
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型作进一步详细的说明。针对电子设备常受雷击损坏的问题，本实用新型创造性的提出一种雷电感应能量吸收器，能够防止雷电感应通过信号传输线引起相关设备损坏。参照图1，是本实用新型实施例所述一种雷电感应能量吸收器的结构图。本实施例具体包括:铁芯101、线圈102和电阻103，所述线圈102缠绕在铁芯101上，线圈102两端连接电阻103。使用时信号线缠绕在所述铁芯101上，所述信号线包括视频信号传输线、音频信号传输线、高频信号传输线以及数字信号传输线等各种类型传输线。当有雷电发生时，会在信号线上产生感应电流，该电流会在铁芯101上产生感应磁场，在该磁场的作用下，使缠绕在铁芯101上的线圈102产生感应电动势和感应电流，该电动势加在电阻103两端，并在电阻103中流过电流，这样信号线中产生的雷电感应能量在电阻103中得到消耗，相对应的雷电感应电动势得以降低。需要说明的是，本实施例中能量吸收器的线圈按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。对应的在使用时，信号线按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。这样可以获得较好的能量吸收效果。本实施例使用简单，只需要将信号线在所述铁芯101上依次缠绕若干圈即可，不需要信号线的信号通路上加装元器件。图2是本实施例所述一种雷电感应能量吸收器的等效电路图，其中LI为所述信号线，LI作为初级线圈；L2为所述线圈，L2作为次级线圈。当有雷电发生时，会在信号线LI上产生感应电流，该感应电流为交变电流，LI上的交变电流Il产生交变磁通φ 1，φ I沿着铁芯穿过初级线圈LI和次级线圈L2形成的闭合磁路。在次级线圈L2中感应出互感电势U2，同时Φ I也会在初级线圈LI上感应出一个自感电势E1，E1的方向与交变电流对应的交流电压Ul方向相反而且幅度相近，从而限制了Il的大小。次级线圈产生电流12，并因此产生磁通Φ2，Φ2的方向与Φ I相反，起到了互相抵消的作用，使得铁芯中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压El减少，达到了能量吸收的目的。而且次级线圈产生的互感电势U2加在电阻R的两端，并在电阻R中流过电流，这样信号线LI中产生的雷电感应能量在电阻R中得到消耗，相对应的雷电感应电动势得以降低。本实施例中线圈的感抗、线圈的电感量、雷电频率满足以下公式:Xl = 2 31 fL(公式一)其中，为线圈的感抗，f为雷电频率，L为线圈的电感量。通过公式一可以看出线圈感抗与线圈的电感量L和雷电频率f成正比，雷电频率是客观存在的，不能通过人为改变，可见电感量越大越好。而电感量i =其中μ为铁芯的导磁率，N为线圈的匝数，S为铁芯的截面
I
积，I为变压器铁芯磁路的平均长度。在本实施例的一种优选实施例中，选择普通变压器使用的硅钢片，容量为100W的环形铁芯，根据公式一计算，所述环形铁芯的截面积约为9平方厘米。由公式一可以得出，信号线缠绕的圈数越多越好，但是在实际使用的时候，不可能将信号线无限多的缠绕在铁芯上，一般缠绕10-20圈左右比较合适。需要说明的是，本实施例中电阻可以为一个或多个，当有多个电阻时，多个电阻可以串联或者并联后连接在线圈的两端。电阻的功率大于2瓦，以防电阻损坏。参照图3,是本实施例`短闪击电流参数的定义图。其中,Q表示虚拟原点，I表示峰值电流，Tl表示波头时间，Τ2表示半值时间，Τ2 < 2ms。由图3可以看出，雷电感应最强的时刻即电压幅度变化最剧烈的时刻，同时也是破坏力最强的时刻，雷电感应最强的时刻对应的周期段位Tl段。由公式一可以得出，在频率为50Hz的情况下，信号线在铁芯上每缠绕3-5圈左右时产生I伏的电压，如果依次缠绕10圈左右，其电压为2-3伏左右。但是如图3所示，雷电电压是一个多频率电压，估算其频率为2KHz左右，那么LI的感抗比50Hz时增加了 40倍，在LI上的压降是100伏左右，(实际应用时，由于能量吸收器的能量所限，压降可能没有这样大)。发明人在设计次级线圈的缠绕圈数时，第一次设计的是次级线圈的缠绕圈数越多越好，但是随着次级线圈圈数的增加，次级电压也会升高，这样就存在绝缘问题，必将增加能量吸收器的设计复杂度，所以综合考虑之后，发明人最终得出:线圈的缠绕匝数大于等于所述信号线的缠绕匝数时，能量吸收器可以达到较好的效果，在本实施例的一种优选实施例中，线圈L2的匝数要大于信号线LI匝数的2-3倍为宜，一般线圈的缠绕匝数选取30-60匝。线圈的线径可根据信号线的横截面积以及铁芯的大小选取一般选取直径大于0.8毫米的铜线可以达到良好的效果。需要说明的是，图2中当电阻R的阻抗等于线圈L2的感抗时，电阻R获得的能量最大，当然在实际应用时，电阻R的阻抗不可能完全等于L2的感抗，因此只要电阻R的阻抗接近L2的感抗时，电阻R就可以获得较大的能量。对于信号线来说，通过电阻R释放的雷电感应的能量最大，即能量吸收器吸收能量的效果最好，电阻R可以根据实际情况串联或并联使用。线圈L2的感抗与线圈L2匝数、信号线的匝数N，铁芯的截面积S和雷电产生的电流的频率f有关。在实际应用的时候，信号线LI的缠绕匝数，线圈L2的缠绕匝数，线圈的直径，电阻的阻值，铁芯的容量要结合具体情况来选取。例如，在对监控系统的信号线进行防雷处理时，选取容量为IOOW的铁芯，信号线LI在铁芯上缠绕10圈，线圈L2的匝数选取30匝，线圈铜线的直径选取1.0毫米，电阻的阻值选取40ΚΩ，电阻瓦数选取5瓦，可以达到理想的防雷效果。在本实施例的一种优选实施例中，所述铁芯包括由硅钢片构成的环形铁芯，如图4所示。本实施例具体包括:环形铁芯401,线圈402和电阻403。本实施例有两种使用方式，一种是:所述线圈402缠绕在所述环形铁芯401的半边；使用时信号线缠绕在所述环形铁芯401没有线圈缠绕的另半边。具体地，线圈按照同一方向依次螺旋缠绕在环形铁芯上，信号线按照同一方向依次螺旋缠绕在环形铁芯上，这种使用方式可以清楚地将信号线和线圈分开。另一种使用方式是:将信号线和线圈叠加缠绕在所述环形铁芯401上，具体地，按照同一方向依次将信号线和线圈叠加缠绕在所述环形铁芯401上。本实用新型适用于易遭受雷电感应的任何信号传输线，如音频信号传输线、视频信号传输线、高频信号传输线、数据线(网线)等。图5是雷电感应能量接收器的使用示意图，具体包括:铁芯501、线圈502、电阻503、信号线504。所述线圈502缠绕在所述环形铁芯501的右半边；使用时信号线缠绕在所述环形铁芯501没有线圈缠绕的左半边。电阻503连接在线圈502的两端，所述电阻503可以为一个电阻，也可以为多个电阻串联或者并联之后连接到线圈502的两端。具体地，线圈502按照同一方向依次螺旋缠绕在环形铁芯501上，信号线504按照同一方向依次螺旋缠绕在环形铁芯501上。以上对本实用新型所提供的一种雷电感应能量吸收器，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。
权利要求1.一种雷电感应能量吸收器，其特征在于，包括:铁芯、线圈和电阻，所述线圈缠绕在铁芯上，线圈两端连接电阻。
2.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于， 使用时信号线缠绕在所述铁芯上。
3.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于， 所述线圈按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。
4.根据权利要求2所述的能量吸收器，其特征在于， 使用时所述信号线按照同一方向依次螺旋缠绕在所述铁芯上。
5.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于， 所述铁芯包括由硅钢片构成的环形铁芯。
6.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于， 所述电阻的阻抗等于所述线圈的感抗。
7.根据权利要求2所述的能量吸收器，其特征在于， 所述线圈的缠绕匝数大于等于所述信号线的缠绕匝数。
8.根据权利要求5所述的能量吸收器，其特征在于， 所述线圈缠绕在所述环形铁芯的`半边； 使用时信号线缠绕在所述环形铁芯没有线圈缠绕的另半边。
9.根据权利要求5所述的能量吸收器，其特征在于， 使用时信号线与线圈叠加缠绕在所述环形铁芯上。
10.根据权利要求1所述的能量吸收器，其特征在于，所述电阻为一个或者多个； 当电阻为多个时，多个电阻的连接方式包括:串联或并联。
专利摘要本申请提供了一种雷电感应能量吸收器，能够防止雷电感应通过信号线引起相关设备损坏。所述雷电感应能量吸收器包括铁芯、线圈和电阻，所述线圈缠绕在铁芯上，线圈两端连接电阻。本实用新型可以将雷电感应在信号线上产生的能量再通过电磁感应的原理感应出去，并被电阻吸收，可以使信号线连接的用电设备不受雷电感应而损坏，达到了较好的防雷效果。
文档编号H02H9/04GK202917969SQ20122047654
公开日2013年5月1日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者李宝华 申请人:李宝华