高效电场感应取电装置的制造方法
【专利说明】高效电场感应取电装置
[000。 一.技术领域 本发明设及高压交流设备的供电系统。
[0002] 二.【背景技术】 现有高压交流设备除了直接使用高压交流电源，需要另行供电的多为市电供电，自带 电源，感应取电3类方式供电；市电供电多用于给功耗大的大型设备供电，需要设置输电线 路，使用中多有不便；自带电源通常由化学一次电池供电，或化学二次电池加太阳能电池或 风力发电组合，一次电池供电需要定期更换电池，一次与二次电池有漏液与在高溫下爆炸 的危险，电池泄漏出的物质具有导电性，会造成高压电力系统短路的危险;感应取电直接从 高压输电线路中摄取电能，具体分为电流感应取电与电场感应取电巧巾，电流感应取电利用 电流互感器原理，从输电线路产生的磁场中摄取电能，高压输电线路中的电流不稳定，电流 小时取得的电能也小，甚至取不到电，电流大时有磁忍过热的问题，电流感应取电取得的电 能很不稳定。
[0003 ]电场感应取电利用感应板(如图1中1)对大地，大地对=相高压输电线路的空中分 散电容禪合W及感应板本身的孤立电容，与=相高压输电线路中之一路相连接的高压端 (如图1中2)形成电压差，W此作为原始电源，该电源特点是开路电压高，等于相电压，短路 电流与感应板外形与高压端对地电压高低有关，是个极小的数值，通常在数yA或数十iiA数 量级；原始电源经过整流电路(如图1中3 )进行整流，之后经过倍流电路，即整流电路(如图1 中3)后部的电路，进行降压增流，电路原理如下： 整流电路(如图1中3)输出的直流电流经过充电二极管(如图1中11~13)与之串联的储 能电容(如图1中14~17)，储能电容（如图1中14~17)每只的容量相等，对储能电容进行串 联充电，后级电容储能电容（如图1中17)电压超过双向触发二极管（如图1中19)转折电压 时，可控娃(如图1中20)被触发，形成大电流放电，原始电源输出电流能力极低，电压被拉 低，储能电容(如图1中14~17)通过放电二极管(如图1中5~10) W并联方式经过可控娃(如 图1中20)、限流电阻（如图1中21)对末级储能滤波电容(如图1中22)进行放电，放电电流减 小到可控娃(如图1中20)维持电流时，可控娃截止，电路重复充电过程；由前述倍流电路工 作原理可知，倍流电路有多少单节储能电路(如图1中4)，就相应有多少倍率的降压增流能 力，其中首尾单节储能电路中二极管数目有所减少。
[0004]要使负载得到最大功率，负载与电源阻抗必须匹配，使负载阻抗等于电源阻抗，电 场感应取电的电源输出端是感应板(如图1中1)与高压端（如图1中2)，电源阻抗为感应板 (如图1中1)对大地，大地对=相线路高压输电线路的空中分散电容，为纯容性阻抗，负载阻 抗为整流电路(如图1中3)与之连接的倍流电路与后级电路，其伏安特性可W视为纯电阻， 是个非线性电阻，倍流电路起阻抗变换器作用，电源的电容性阻抗与负载的电阻性阻抗相 等时，负载2端的电压受电源的电容性阻抗移相影响，相位超前电源相位45°，对应电压值为 电源UX sin45°，对于常见的IOkV线电压输电线路，感应板(如图1中1)对高压端(如图1中 2)电压为相电压5.8kV，达到理想阻抗匹配时，负载2端的电压=5.8kVXsin45=4.1 kV。
[0005] 与倍流电路输出端相连接的负载电路，典型工作电压为5V或3.3V，倍流电路输出 端输出电压低于双向触发二极管(如图1中19)转折电压，大约20V，通常的负载电路还需要 通过稳压电路对倍流电路输出端较高的电压实现降压，对于倍流电路倍流能力为4倍(如图 1)时，感应板(如图1中1)与高压端(如图1中2)的输出电压为20VX4=80V，还不包括稳压电 路造成的电力，80V离理想阻抗匹配时电压4. IkV偏离得极大，运导致电场感应取电方式取 电效率极低，输出电能极小；增加倍流电路中单节储能电路(如图1中4)节数可W提高倍流 能力，倍流能力与单节储能电路(如图1中4)节数成正比，此方法会显著增加电路体积，电场 感应取电装置在装在高压线路上，体积过大会危害高压设备结缘性，尤其安装在设备内部 时，增加倍流电路中单节储能电路(如图1中4)节数提高倍流能力的方法极为受限。
[0006] 电场感应取电方式的感应板(如图1中1)形状与位置固定时，取得的电能值只与高 压端(如图1中2)对地电压有关，该电压与输电线路的线电压成正比例关联，输电线路的线 电压极为稳定，因此电场感应取电方式取得的电能极为稳定。
[0007] 立.
【发明内容】
把高电压的电能转换成低电压的电能，开关电源具有效率高与电路体积小的优势，但 开关电源不能用于电场感应取电装置中，原因在于开关电源空载消耗电流大，AD-DC型开关 电源空载消耗电流最低150yA，DC-DC型开关电源空载消耗电流最低20yA，即便能够勉强用 上，开关电源空载消耗电流也会导致电路电能转换效率低下。
[0008] 本发明中保留现有电场感应取电中的技术方案，并新增加新的技术方案，取电效 率要求不高时可W不使用倍流电路，基本原理是把现有电场感应取电技术得到的高压小电 流电能通过电容存储，电容充满电后通过电子开关接通开关电源，短时间内把电能释放给 开关电源，开关电源在此时间段把高压电能转换成低压电能，电容放完电后电子开关断开 开关电源，开关电源断电停止工作，电容又进入充电过程;通过前述方式让开关电源W间歇 方式工作，达到可W在原始电源提供的yA级别电流条件下工作。
[0009] 本发明电路原理结构（如图2)为，整流电路(如图2中3)与倍流储能电路(如图2中 4) 连接，倍流储能电路(如图2中4)通过串联的电子开关(如图2中5)与降压开关电源(如图2 中7 )输入端连接，电子开关(如图2中5)与弛张振荡电路(如图2中6)连接，弛张振荡电路(如 图2中6)对电子开关(如图2中5)发出循环的闭合与断开控制信号，降压开关电源（如图2中 7)输出端与稳压电路(如图2中8)输入端连接，稳压电路(如图2中8)输出端为最终电能输出 端;稳压电路(如图2中8)也可W不使用，降压开关电源(如图2中7)输出端为最终电路输出 JLjJU 乂而。
[0010] 电路具体工作原理与连接方式如下： 1.倍流储能电路(如图2中4)中的储能电容器件通常是无极性电容，满足电路低漏电 要求的电解电容也可W使用，倍流储能电路(如图2中4)最简单的形式是，不使用倍流电路， 单只储能电容2极并联在整流电路(如图2中3)输出端2极，再通过串联的电子开关(如图2中 5) 与降压开关电源(如图2中7)输入端连接;倍流储能电路(如图2中4)另一种形式是，使用 多只储能电容(如图1中14~17)与整流二级管(如图1中11~13与5~10)按照【背景技术】中倍 流电路(如图1)中的方式连接，与电子开关(如图2中5)形成倍流电路，储能电容(如图1中14 ~17)充电路径为串联方式充电，放电路径为并联方式放电，放电时的等效电容量为所有储 能电容容量之和，使用多只储能电容时，其数量不一定为图1中4只（如图1中14~17)。
[0011] 2.担任电子开关(如图2中5)功能的元件通常为S极管、MOS管、可控娃，但并不限 于运巧巾；电子开关(如图2中5)由弛张振荡电路(