[發(fā)明專利]高效電場感應(yīng)取電裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610010747.4
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105634280A
• 公開（公告）日: 2016-06-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 杜金昌
• 申請（專利權(quán)）人: 杜金昌
• 主分類號: H02M3/18
• 分類號: H02M3/18
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

一．技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及高壓交流設(shè)備的供電系統(tǒng)。

二．背景技術(shù)

現(xiàn)有高壓交流設(shè)備除了直接使用高壓交流電源，需要另行供電的多為市電供電，自帶 電源，感應(yīng)取電3類方式供電；市電供電多用于給功耗大的大型設(shè)備供電，需要設(shè)置輸電線 路，使用中多有不便；自帶電源通常由化學(xué)一次電池供電，或化學(xué)二次電池加太陽能電池或 風(fēng)力發(fā)電組合，一次電池供電需要定期更換電池，一次與二次電池有漏液與在高溫下爆炸 的危險，電池泄漏出的物質(zhì)具有導(dǎo)電性，會造成高壓電力系統(tǒng)短路的危險；感應(yīng)取電直接從 高壓輸電線路中攝取電能，具體分為電流感應(yīng)取電與電場感應(yīng)取電2種，電流感應(yīng)取電利用 電流互感器原理，從輸電線路產(chǎn)生的磁場中攝取電能，高壓輸電線路中的電流不穩(wěn)定，電流 小時取得的電能也小，甚至取不到電，電流大時有磁芯過熱的問題，電流感應(yīng)取電取得的電 能很不穩(wěn)定。

電場感應(yīng)取電利用感應(yīng)板（如圖1中1）對大地，大地對三相高壓輸電線路的空中分 散電容耦合以及感應(yīng)板本身的孤立電容，與三相高壓輸電線路中之一路相連接的高壓端 （如圖1中2）形成電壓差，以此作為原始電源，該電源特點是開路電壓高，等于相電壓，短路 電流與感應(yīng)板外形與高壓端對地電壓高低有關(guān)，是個極小的數(shù)值，通常在數(shù)μA或數(shù)十μA數(shù) 量級；原始電源經(jīng)過整流電路（如圖1中3）進行整流，之后經(jīng)過倍流電路，即整流電路（如圖1 中3）后部的電路，進行降壓增流，電路原理如下：

整流電路（如圖1中3）輸出的直流電流經(jīng)過充電二極管（如圖1中11～13）與之串聯(lián)的儲 能電容（如圖1中14～17），儲能電容（如圖1中14～17）每只的容量相等，對儲能電容進行串 聯(lián)充電，后級電容儲能電容（如圖1中17）電壓超過雙向觸發(fā)二極管（如圖1中19）轉(zhuǎn)折電壓 時，可控硅（如圖1中20）被觸發(fā)，形成大電流放電，原始電源輸出電流能力極低，電壓被拉 低，儲能電容（如圖1中14～17）通過放電二極管（如圖1中5～10）以并聯(lián)方式經(jīng)過可控硅（如 圖1中20）、限流電阻（如圖1中21）對末級儲能濾波電容（如圖1中22）進行放電，放電電流減 小到可控硅（如圖1中20）維持電流時，可控硅截止，電路重復(fù)充電過程；由前述倍流電路工 作原理可知，倍流電路有多少單節(jié)儲能電路（如圖1中4），就相應(yīng)有多少倍率的降壓增流能 力，其中首尾單節(jié)儲能電路中二極管數(shù)目有所減少。

要使負載得到最大功率，負載與電源阻抗必須匹配，使負載阻抗等于電源阻抗，電 場感應(yīng)取電的電源輸出端是感應(yīng)板（如圖1中1）與高壓端（如圖1中2），電源阻抗為感應(yīng)板 （如圖1中1）對大地，大地對三相線路高壓輸電線路的空中分散電容，為純?nèi)菪宰杩梗撦d阻 抗為整流電路（如圖1中3）與之連接的倍流電路與后級電路，其伏安特性可以視為純電阻， 是個非線性電阻，倍流電路起阻抗變換器作用，電源的電容性阻抗與負載的電阻性阻抗相 等時，負載2端的電壓受電源的電容性阻抗移相影響，相位超前電源相位45°，對應(yīng)電壓值為 電源U×sin45°,對于常見的10kV線電壓輸電線路，感應(yīng)板（如圖1中1）對高壓端（如圖1中 2）電壓為相電壓5.8kV，達到理想阻抗匹配時，負載2端的電壓=5.8kV×sin45=4.1kV。

與倍流電路輸出端相連接的負載電路，典型工作電壓為5V或3.3V，倍流電路輸出 端輸出電壓低于雙向觸發(fā)二極管（如圖1中19）轉(zhuǎn)折電壓，大約20V，通常的負載電路還需要 通過穩(wěn)壓電路對倍流電路輸出端較高的電壓實現(xiàn)降壓，對于倍流電路倍流能力為4倍（如圖 1）時，感應(yīng)板（如圖1中1）與高壓端（如圖1中2）的輸出電壓為20V×4=80V，還不包括穩(wěn)壓電 路造成的電力，80V離理想阻抗匹配時電壓4.1kV偏離得極大，這導(dǎo)致電場感應(yīng)取電方式取 電效率極低，輸出電能極小；增加倍流電路中單節(jié)儲能電路（如圖1中4）節(jié)數(shù)可以提高倍流 能力，倍流能力與單節(jié)儲能電路（如圖1中4）節(jié)數(shù)成正比，此方法會顯著增加電路體積，電場 感應(yīng)取電裝置在裝在高壓線路上，體積過大會危害高壓設(shè)備結(jié)緣性，尤其安裝在設(shè)備內(nèi)部 時，增加倍流電路中單節(jié)儲能電路（如圖1中4）節(jié)數(shù)提高倍流能力的方法極為受限。

電場感應(yīng)取電方式的感應(yīng)板（如圖1中1）形狀與位置固定時，取得的電能值只與高 壓端（如圖1中2）對地電壓有關(guān)，該電壓與輸電線路的線電壓成正比例關(guān)聯(lián)，輸電線路的線 電壓極為穩(wěn)定，因此電場感應(yīng)取電方式取得的電能極為穩(wěn)定。

三．發(fā)明內(nèi)容