[实用新型]高效率电场感应取电装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及高压交流设备的供电系统。

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温下爆炸的危险，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2种，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，电流大时有磁芯过热的问题，电流感应取电取得的电能很不稳定。

电场感应取电利用感应板（如图1中1）本身的孤立电容，与三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，以此作为原始电源，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μA或数十μA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，可控硅（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）以并联方式经过可控硅（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硅（如图1中20）维持电流时，可控硅截止，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。

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）孤立电容，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，其伏安特性可以视为纯电阻，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U×sin45°, 对于常见的10kV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=5.8kV×sin45=4.1 kV。

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，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20V×4=80V，还不包括稳压电路造成的电力损失，80V离理想阻抗匹配时电压4.1kV偏离得极大，这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）节数可以提高倍流能力，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，尤其安装在高压设备内部时，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。

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。

发明内容