[實用新型]高效率電場感應取電裝置

有效

• 申請號: 201720017869.6
• 申請日: 2017-01-08
• 公開（公告）號: CN206432723U
• 公開（公告）日: 2017-08-22
• 發明（設計）人: 杜金昌
• 申請（專利權）人: 杜金昌
• 主分類號: H02J5/00
• 分類號: H02J5/00;H02M3/07
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及高壓交流設備的供電系統。

背景技術

現有高壓交流設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，感應取電3類方式供電；市電供電多用于給功耗大的大型設備供電，需要設置輸電線路，使用中多有不便；自帶電源通常由化學一次電池供電，或化學二次電池加太陽能電池或風力發電組合，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，電池泄漏出的物質具有導電性，會造成高壓電力系統短路的危險；感應取電直接從高壓輸電線路中攝取電能，具體分為電流感應取電與電場感應取電2種，電流感應取電利用電流互感器原理，從輸電線路產生的磁場中攝取電能，高壓輸電線路中的電流不穩定，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，電流感應取電取得的電能很不穩定。

電場感應取電利用感應板（如圖1中1）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，短路電流與感應板外形與高壓端對地電壓高低有關，是個極小的數值，通常在數μA或數十μA數量級；原始電源經過整流電路（如圖1中3）進行整流，之后經過倍流電路，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）輸出的直流電流經過充電二極管（如圖1中11～13）與之串聯的儲能電容（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充電，后級電容儲能電容（如圖1中17）電壓超過雙向觸發二極管（如圖1中19）轉折電壓時，可控硅（如圖1中20）被觸發，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）以并聯方式經過可控硅（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儲能電路（如圖1中4），就相應有多少倍率的降壓增流能力，其中首尾單節儲能電路中二極管數目有所減少。

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，電場感應取電的電源輸出端是感應板（如圖1中1）與高壓端（如圖1中2），電源阻抗為感應板（如圖1中1）孤立電容，為純容性阻抗，負載阻抗為整流電路（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°，對應電壓值為電源U×sin45°, 對于常見的10kV線電壓輸電線路，感應板（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=4.1 kV。

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二極管（如圖1中19）轉折電壓，大約20V，通常的負載電路還需要通過穩壓電路對倍流電路輸出端較高的電壓實現降壓，倍流電路倍流能力為4倍（如圖1）時，感應板（如圖1中1）與高壓端（如圖1中2）的輸出電壓為20V×4=80V，還不包括穩壓電路造成的電力損失，80V離理想阻抗匹配時電壓4.1kV偏離得極大，這導致電場感應取電方式取電效率極低，輸出電能極??；增加倍流電路中單節儲能電路（如圖1中4）節數可以提高倍流能力，倍流能力與單節儲能電路（如圖1中4）節數成正比，此方法會顯著增加電路體積，電場感應取電裝置在裝在高壓線路上，體積過大會危害高壓設備結緣性，尤其安裝在高壓設備內部時，增加倍流電路中單節儲能電路（如圖1中4）節數提高倍流能力的方法極為受限。

電場感應取電方式的感應板（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，該電壓與輸電線路的線電壓成正比例關聯，輸電線路的線電壓極為穩定，因此電場感應取電方式取得的電能極為穩定。

發明內容