一种基于磁饱和稳压原理的电容降压型高压电源的制作方法

本发明涉及一种基于磁饱和稳压原理的电容降压型高压电源。

背景技术：

智能电网中大量使用到各类计量、监测以及保护装置，这些电子设备都需要电源；为了给电子设备供电，传统的做法是使用一台电磁式的互感器将高压电变换为220v左右的低压电，并经整流、稳压后成为电子设备能够利用的直流电源。而电磁式的互感器存在体积大、重量大，且容易铁磁谐振的问题，而且随着电子设备的功耗越来越低，出现了大马拉小车的情况。

近几年在电网上开始使用电容降压型的小型电源，这种电源很好了解决了上面提到的问题，但是在实际使用中这种电源设计中的一个缺陷使得其应用受到限制。为了保证设备的可靠性，接入高压电网的电力设备都要求通过工频耐压试验，如：10kv电压等级的设备其工频试验电压为42kv。目前使用的电容型电源都采用了电子器件过压保护的策略，但是电子器件寿命短、失效率高，无法满足电力设备对使用年限和失效率的要求，因此需要对上述产生的问题进行解决。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种采用电容降压，利用磁饱和变压器稳压原理，通过充分利用器件本身的特性，实现了过压保护的目的，解决了电子器件带来的寿命问题和失效率高的弊端，具有实用性和使用广泛性的基于磁饱和稳压原理的电容降压型高压电源。

为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种基于磁饱和稳压原理的电容降压型高压电源，包括高压电容组、分压电容、磁饱和变压器、谐振电容和开关电源，高压电容组的两端分别与高压电网、分压电容连接并组成串联回路，分压电容的一端与地n连接，所述磁饱和变压器设有非磁饱和区和磁饱和区，非磁饱和区绕制有非磁饱和绕组l1，磁饱和区绕制有磁饱和绕组l2，所述分压电容的两端同时与磁饱和变压器的非磁饱和绕组l1连接并组成并联回路，所述磁饱和变压器的非磁饱和区还绕制有补偿绕组l3，所述磁饱和变压器的非磁饱和绕组l1为输入绕组，磁饱和绕组l2从中间抽头与补偿绕组l3串联后作为输出绕组，所述非磁饱和绕组l1和补偿绕组l3绕制在磁饱和变压器的铁芯的非磁饱和区，磁饱和绕组l2绕制在同一个铁芯的磁饱和区，所述磁饱和变压器是利用电容在上电时的瞬时大电流使磁饱和变压器的磁饱和绕组l2进入饱和状态，饱和状态下，即使一次电压大幅度变化，即在饱和变压器的输入电压大幅度变化时，其输出电压能够做到基本稳定，变化量比较小。

优选的，所述开关电源连接在磁饱和变压器的由磁饱和绕组l2中间抽头与补偿绕组l3串联组成的输出绕组上。

优选的，所述高压电容组由多个电容串联而成，不同的工作电压等级采用的高压电容由不同数量的电容串联而成。

优选的，所述补偿绕组l3的电压与磁饱和绕组l2的电压相反。

优选的，所述磁饱和变压器的磁饱和绕组l2的两端与谐振电容连接，并与其构成并联谐振回路。

本发明的有益效果是：

1、其主承压元件为电容，不使用铁磁线圈避免了铁磁谐振过压，减小了过压损坏的概率；同时由于减少了铜铁材料，设备具备重量轻、体积小的特点。

2、利用电容在上电瞬间两端电压不能突变的物理原理形成的瞬时充电大电流使变压器的磁饱和绕组进入饱和状态；当变压器进入饱和状态后，其输出电压基本稳定，不再随着输入电压的改变而按比例变化，解决了工频耐压试验时输出过压的问题，减小了开关电源所需的工作电压范围，使开关电源易于设计，工作更可靠。

附图说明

为了更楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，但并不是对本发明保护范围的限制。

图1为本发明的结构原理示意图；

其中，1.高压电容组，2.分压电容，3.磁饱和变压器，4.谐振电容，5.开关电源。

具体实施方式

参阅图1所示的一种基于磁饱和稳压原理的电容降压型高压电源，包括高压电容组1、分压电容2、磁饱和变压器3、谐振电容4和开关电源5，高压电容组1的两端分别与高压电网、分压电容2连接并组成串联回路，高压电网通过一次电压接入点v与高压电容组1连接，所述高压电容组1由多个电容串联而成，不同的一次电压v的等级采用的高压电容1由不同数量的电容串联而成，便于根据实际情况作出调整，以保证其耐压性能；分压电容2的一端与地n连接，所述磁饱和变压器3设有非磁饱和区和磁饱和区，非磁饱和区绕制有非磁饱和绕组l1，磁饱和区绕制有磁饱和绕组l2，所述分压电容的两端同时与磁饱和变压器的非磁饱和绕组l1连接并组成并联回路，所述磁饱和变压器3的非磁饱和区还绕制有补偿绕组l3，所述磁饱和变压器3的非磁饱和绕组l1为输入绕组，可见，一次电压v经高压电容组1和分压电容2组成的电路分压得到的电压即为磁饱和变压器3的输入电压；磁饱和变压器3的磁饱和绕组l2与谐振电容4并联，从中间抽头与补偿绕组l3串联后作为磁饱和变压器3的输出绕组，其输出电压为vo，串联使得输出电压vo变化量进一步减小。

同时非磁饱和绕组l1和补偿绕组l3绕制在磁饱和变压器的铁芯的非磁饱和区，磁饱和绕组l2绕制在同一个铁芯的磁饱和区，所述补偿绕组l3的电压与磁饱和绕组l2的电压相反；使得一部分非磁饱和区的电压抵消磁饱和绕组l2的电压变化，使得vo更稳定。

进一步，所述磁饱和变压器3的磁饱和绕组l2的两端与谐振电容4连接，并与其构成并联谐振回路；根据并联谐振原理，流入谐振回路的电流为零，因此可以大大减少变压器电流的消耗，提高变压器的工作效率。

本发明将变压器设计为磁饱和变压器，利用上电时的瞬时大电流使磁饱和变压器3的磁饱和绕组l2进入饱和状态，饱和状态下，即使一次电压v大幅度变化，即变压器3的输入电压大幅度变化，其输出电压vo能够做到基本稳定，变化量比较小；这个特性很好的解决了电源在工频耐压试验时变压器3输出电压vo过高的问题，而过高的vo要求开关电源5能够承受很高输入电压及很宽的允许工作的电压范围，造成开关电源5很难设计，体积、成本增加，稳定性降低。

例如：10kv额定电压等级的设备按国家标准要求工频试验电压为42kv，由于本发明涉及的电源为相对地接线，额定工作电压为(10/√3)kv，工频试验电压接近其额定工作电压的7.3倍，若按常规设计开关电源5的过压指标要求将很难实现。

进一步，所述开关电源5连接在磁饱和变压器3的由磁饱和绕组l2中间抽头与补偿绕组l3串联组成的输出绕组上，便于将输入的较高的交流电压变换为较低的直流电压；综合上述可知本发明中的vo变化量很小，不需要设计很高输入电压及很宽的允许工作的电压范围，开关电源5可以简化这方面的设计，并注重提高转换效率的设计。可以看出本发明的优点在于：将电容在上电时产生冲击电流这个不利因素加以利用，成为磁饱和变压器进入饱和状态的触发条件，再通过一系列独特的设计使得变压器输出电压相对稳定，解决了电源在工频耐压试验时出现的输出过压问题，使电源整体设计更为合理有效。

进一步说明：在一些特定的应用场合下，如：小功率应用，本发明中的补偿绕组l3和谐振电容4可以省去。

本发明与高压电网的接入点为一次电压接入点v(图1所示)，由一次电压接入点v输入的电压为一次电压v。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。