一种高空电能接收装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种高空电能接收装置，其包括引雷针（1）、变压器（2）、压敏电阻（3）和火花间隙（4），其中引雷针（1）接在变压器（2）上，变压器（2）、火花间隙（4）和压敏电阻（3）依次串联。本发明的高空电能接收装置包括多个方案，其可以自主收集云间电荷，并转化为可用电。如果收集到过高电压的雷电时还会自动断开与用电设备的连接并引雷电入地，避免过高电压危害到人们的生命财产安全。
【专利说明】一种高空电能接收装置
【技术领域】
[0001]本发明属于雷电的接收【技术领域】，具体是涉及一种高空电能接收装置。
【背景技术】
[0002]高空中经常带有巨大的电能，例如在云层中，时常形成雷电，而且有时给人类带来灾难。如果能将这些电能收集起来，不仅可以减少灾难，变废为宝，而且可以减少甚至消除具有污染的能源的使用，有利于环境保护。过去曾有人发明利用风筝收集云层中的电能。但风筝只能顺着风向飞行，而且风力过大时还很难控制。所以，利用风筝收集高空电能的想法在实际应用的过程中基本上没有付诸实施，只是一种想法。
[0003]申请号为200410092093.1的中国发明专利申请公开了一种雷电收集器，包括避雷针、安全保护器、蓄电站、满荷信号器和自动闭合开关。其是从避雷器上分出两根导线，一根导线依次连接安全保护器、蓄电站、满荷信号器及地线，另一根导线则连接自动闭合开关。其是利用自动闭合开关来实现对可用雷电的判断的，能在发生雷击的时候收集电能。该雷电收集器在接收到携带超高压电能的雷电时，自动闭合开关可以闭合接地，将雷电电流引入地下。但由于其自动闭合开关和蓄电站等集电设备是并联在一起的，所以当雷电来临时，很可能出现自动闭合开关还未接通地线，其它集电装置就已经被雷电损坏的状况。
[0004]此外，前苏联的一些科学家和发明家也曾对从雷电中提取电能做过大量研究和实验，特别是利用与避雷针相似的电极从高空中提取电能，但基本上都没有成功，其主要原因在于雷电的电能太大，实验用的蓄电装置均被烧毁。
【发明内容】
[0005]为克服上述现有技术中的缺陷与不足，本发明提供一种高空电能接收装置，该装置能够克服现有技术中电能接收装置容易损坏的技术缺陷。该装置可收集云层中的电荷并将其转化为可用电；且当收集的电荷的电压过高时，能及时将该电接地释放电能，保护其它电能接收装置内的其它设备不被摧毁或损坏。
[0006]为实现上述发明目的，本发明的技术方案是:高空电能接收装置，包括引雷针、变压器、压敏电阻和火花间隙及电感器，所述变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙，火花间隙的一端、电感器和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端接地，压敏电阻连接用电设备。
[0007]优选的是，引雷针接在变压器上，所述变压器、火花间隙和压敏电阻依次串联，当通过火花间隙的电压值达到或超过其阈值电压时，火花间隙之间的空气就会被击穿并产生电火花，电流将会通过此间隙被导入大地。
[0008]在上述任一方案中优选的是，所述电感器为共模电感器。
[0009]在上述任一方案中优选的是，所述变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙，火花间隙的一端、共模电感器的一个绕组和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、共模电感器的另一个绕组和压敏电阻的另一端也依次串联，火花间隙有一端接地，压敏电阻连接用电设备。
[0010]在上述任一方案中优选的是，所述电感器至少为两个。
[0011]在上述任一方案中优选的是，所述变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙，火花间隙连接有电感器，火花间隙的一端、任一个电感器和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、另一个电感器和压敏电阻的另一端也依次串联，火花间隙有一端接地，压敏电阻连接用电设备。
[0012]在上述任一方案中优选的是，其还包括互感器和双向可控硅。
[0013]在上述任一方案中优选的是，火花间隙的一端、双向可控娃的一端主电极、互感器的一个初级绕组和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、双向可控娃的另一端主电极、互感器的次级绕组和压敏电阻的一端依次串联且火花间隙的另一端连接互感器的另一个初级绕组。
[0014]在上述任一方案中优选的是，双向可控硅的门极和互感器的次级绕组相连。
[0015]在上述任一方案中优选的是，双向可控硅中的一个主电极接地。
[0016]在上述任一方案中优选的是，其还包括电位器，电位器连接在互感器的次级绕组上，双向可控硅的门极连接电位器。
[0017]本发明的第一设计方案为:高空电能接收装置包括变压器、电感器、压敏电阻和火花间隙。变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙。火花间隙的一端、电感器和压敏电阻的一端依次串联；火花间隙有一端接地。压敏电阻连接用电设备。
[0018]本发明的第二设计方案为:高空电能接收装置包括变压器、至少两个电感器、压敏电阻和火花间隙。变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙。火花间隙接有电感器。火花间隙的一端、电感器和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、另一电感器和压敏电阻的另一端也依次串联。火花间隙有一端接地。压敏电阻连接用电设备。
[0019]本发明的第三设计方案为:高空电能接收装置包括变压器、电感器、压敏电阻和火花间隙，其中电感选用共模电感器。变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙。火花间隙的一端、共模电感器的一个绕组和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、共模电感器的另一个绕组和压敏电阻的另一端也依次串联。火花间隙有一端接地。压敏电阻连接用电设备。
[0020]本发明的第四设计方案为:高空电能接收装置包括变压器、压敏电阻、火花间隙、互感器、双向可控硅和电位器。变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙。火花间隙的一端、双向可控娃的一端主电极、互感器的一个初级绕组和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端、双向可控硅的另一端主电极、互感器次级绕组和压敏电阻的一端依次串联。且火花间隙的另一端连接互感器的另一个初级绕组。双向可控硅的一个主电极接地。电位器连接在互感器次级绕组上，双向可控硅的门极连接电位器。火花间隙有一端接地。压敏电阻连接用电设备。
[0021]本发明的工作原理是:根据设定的阈值电压，使用者可以调整火花间隙的接地击穿间隙。而当高空电能接收装置接收到的云层电荷经变压器变压后，其电压值小于设定的阈值电压时，装置与大地之间是绝缘的；这时引雷针引下的云间电压经过本装置的整流后就可直接输入到用电设备使用。前端引雷针引入的高空电能经变压器变压后的电压值达到或超过所设定的阈值电压时，火花间隙之间的空气就会被击穿，并产生电火花，电流将会通过该火花间隙的接地线被导入大地。装置中的火花间隙的两端间隙通常选用锯齿状金属片，其基于尖端放电原理，更容易产生电火花。装置中电感器的作用是限制输入压敏电阻的电流值，可使收集到的云间电压的利用率更高。
[0022]与现有技术相比本发明的优点在于:该高空电能接收装置可以自主收集云层电荷并转化为可用电；如果收集到过高电压的云层电荷时还会与用电设备自动断开连接并引电入地，可以避免过高的高压电对人们生命财产的危害，确保安全用电、自动化程度高、节能环保。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为本发明的高空电能接收装置第一优选实施例的电路原理图。
[0024]图2为本发明的高空电能接收装置的第二优选实施例的电路原理图。
[0025]图3为本发明的高空电能接收装置的第三优选实施例的电路原理图。
[0026]图4为本发明的高空电能接收装置的第四优选实施例的电路原理图。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明的优选实施例作进一步参数说明；
实施例1:
如图1所示，高空电能接收装置，包括引雷针1、变压器、电感器4、压敏电阻3，其中所述变压器的一端连接引雷针1，所述变压器的另一端连接火花间隙4。所述火花间隙4的一端、电感器4和压敏电阻3的另一端依次串联。火花间隙4的另一端连接压敏电阻3的另一端。此外，火花间隙4有一端接地，压敏电阻3连接用电设备5。
[0028]实施例2:
如图2所示，高空电能接收装置包括引雷针1、变压器2、两个电感器、压敏电阻3和火花间隙4。变压器2 —端连接引雷针1，另一端连接火花间隙4。火花间隙4的一端、任一个电感器和压敏电阻3VDR1的一端依次串联，火花间隙4的另一端、另一个电感器和压敏电阻3的另一端也依次串联。火花间隙4有一端接地，压敏电阻3连接用电设备5。
[0029]实施例3:
如图3所示，高空电能接收装置包括引雷针1、变压器2、共模电感器10、压敏电阻3和火花间隙4。变压器2 —端连接引雷针1，另一端连接火花间隙4。火花间隙4的一端、共模电感器10的一个绕组和压敏电阻3的一端依次串联，火花间隙4的另一端、共模电感器10的另一个绕组和压敏电阻3的另一端也依次串联。火花间隙4有一端接地，压敏电阻3连接用电设备5。
[0030]根据本发明实施例1-3中的高空电能接收装置的原理是:在接收到引雷针I引下的云层电荷后，变压器2会先将此云间电压变压，然后输送至火花间隙4。之后火花间隙4上的电压会持续加大，其加大到一定电压后火花间隙4中的空气就被击穿并开始向地放电；因此，与此火花间隙4相连的电感器上的电流从火花间隙4开始放电后就不会再升高了。所述电感器将该电流限流后输入与其串联的压敏电阻3中；接到电流后压敏电阻3两端的电压开始升高，当两端电压升高到压敏电阻3的触发电压时，压敏电阻3开始导通，此时其两端的电压值也近似于其触发电压值，此电压值为安全值。所以与压敏电阻3相连的用电设备接收到的电压也都是属于安全值范围内的。
[0031]实施例4:
如图4所示，高空电能接收装置，包括变压器2、压敏电阻3、火花间隙4、互感器6、双向可控硅7和电位器8。变压器2 —端连接引雷针1，另一端连接火花间隙3。火花间隙4的一端、双向可控娃7的一端主电极、互感器6的一个初级绕组和压敏电阻3的一端依次串联，火花间隙3的另一端、双向可控硅7的另一端主电极、互感器6的次级绕组和压敏电阻3的一端依次串联。且火花间隙3的另一端连接互感器6的另一个初级绕组。双向可控硅7的一个主电极接地。电位器8连接在互感器6的次级绕组上，双向可控硅7的门极连接电位器8。火花间隙4有一端接地，压敏电阻3连接用电设备5。
[0032]根据实施例4，在本实施例中，高空电能接收装置在接收到经变压器2变压后属于正常电压值范围内的云间电压时，其互感器6的两个初级线圈的电流大小相等、方向相反，这两个电流的向量和为零；所以互感器6的次级绕组中无电流流过，双向可控硅7由于得不到触发信号而处于截止状态，此时的电压就可以与输入到高空电能接收装置相连的用电设备5中。高空电能接收装置在接收到经变压器2变压后具有很高数值的云间电压情况下，其压敏电阻3会被击穿放电，破坏原本电路的电压平衡状态，使互感器6中有感应电压输出。之后，电位器8会检出此电压信号并会触发双向可控娃7导通,使电流通过双向可控娃7流入地线，从而达到保护用电设备的目的。
[0033]根据设定的阈值电压，例如1000V到300000V之间的任一电压值，使用者可以调整火花间隙的接地击穿间隙。所述火花间隙可以采用锯齿形火花间隙，将锯齿形火花间隙的金属条改装在一个低压熔丝盒内，空气间隙可以整定在1000V-10000V的范围内，在正常的情况下它不放电，而在因雷电引起过高电压时进行火花放电，把雷电引入大地，从而保护设备。为了克服该种类型的火花间隙避雷器放电一次即被烧坏，需要重新更换火花间隙的缺陷，可以采用多组可拆卸式火花间隙。此种火花间隙的避雷成本较低，而且容易制作。而当高空电能接收装置接收到的云层电荷经变压器变压后，其电压值小于设定的阈值电压时，装置与大地之间是绝缘的；这时引雷针引下的云间电压经过本装置的整流后就可直接输入到用电设备使用。前端引雷针引入的高空电能接收装置的云层电荷经变压器变压后的电压值达到或超过所设定的阈值电压时，火花间隙之间的空气就会被击穿，并产生电火花，电流将会通过该间隙被导入大地。装置中的火花间隙的两端间隙通常选用锯齿状金属片，其基于尖端放电原理，更容易产生电火花。装置中电感器的作用是限制输入压敏电阻的电流值，可使收集到的云间电压的利用率更高。
[0034]以上所述仅是本发明的优选实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
[0035]阅读了本说明书后，本领域技术人员不难看出，本发明是由现有的技术有机结合所构成。本发明中各部分的现有技术有些在此给予了详细描述，有些则出于说明书简明考虑并未事无巨细地赘述，但本领域技术人员阅读了说明书后便知所云。而且本领域技术人员也不难看出，为构成本发明而对这些现有技术的有机结合饱含了大量创造性劳动，是发明人多年理论分析和大量实验的结晶。本领域技术人员同样可以从说明书中看出，这里所披露的每个技术方案以及各个特征的任意组合都属于本发明的一部分。
【权利要求】
1.一种高空电能接收装置，包括引雷针(I)、变压器(2)、压敏电阻(3)和火花间隙(4)及电感器，其特征在于:所述变压器一端连接引雷针，另一端连接火花间隙，火花间隙的一端、电感器和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙的另一端接地，压敏电阻连接用电设备(5)。
2.如权利要求1所述的高空电能接收装置，其特征在于:引雷针(I)接在变压器(2)上，所述变压器(2)、火花间隙(4)和压敏电阻(3)依次串联。
3.如权利要求1所述的高空电能接收装置，其特征在于:所述电感器为共模电感器。
4.如权利要求3所述的高空电能接收装置，其特征在于:所述变压器(2)—端连接引雷针(1)，另一端连接火花间隙(4)，火花间隙(4)的一端、共模电感器的一个绕组和压敏电阻(3)的一端依次串联，火花间隙的另一端、共模电感器的另一个绕组和压敏电阻(3)的另一端也依次串联，火花间隙(4)有一端接地，压敏电阻(3)连接用电设备(5)。
5.如权利要求1所述的高空电能接收装置，其特征在于:所述电感器至少为两个。
6.如权利要求5所述的高空电能接收装置，其特征在于:所述变压器(2)—端连接引雷针(1)，另一端连接火花间隙(4)，火花间隙(4)的每端均连接有电感器，火花间隙(4)的一端、任一个电感器和压敏电阻的一端依次串联，火花间隙(4)的另一端、另一个电感器和压敏电阻(3)的另一端也依次串联，火花间隙(4)有一端接 地，压敏电阻(3)连接用电设备(5)。
7.如权利要求1所述的高空电能接收装置，其特征在于:其还包括互感器(6)和双向可控硅(7)。
8.如权利要求7所述的高空电能接收装置，其特征在于:火花间隙(4)的一端、双向可控硅(7)的一端主电极、互感器(6)的一个初级绕组和压敏电阻(3)的一端依次串联，火花间隙(4)的另一端、双向可控硅(7)的另一端主电极、互感器(6)的次级绕组和压敏电阻(3)的一端依次串联且火花间隙(4)的另一端连接互感器(6)的另一个初级绕组。
9.如权利要求8所述的高空电能接收装置，其特征在于:双向可控硅(7)的门极和互感器(6)的次级绕组相连。
10.如权利要求9所述的高空电能接收装置，其特征在于:双向可控硅(7)中的一个主电极接地。
【文档编号】H05F7/00GK103906332SQ201410143087
【公开日】2014年7月2日 申请日期:2014年4月11日 优先权日:2014年4月11日
【发明者】赵杰民 申请人:北京联合大学