全文摘要
本实用新型公开了一种电网隔离取电电路，包括依次连接的分压取能单元、第一整流滤波单元、信号转换单元、超声波传输单元和第二整流滤波单元。由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本实用新型直接从高压交流电网上，使用高压电容降压，然后将低压交流电整流滤波，然后再转化为高频超声波信号，超声波发射与接收装置之间，完成电能的变换以及高压与低压电网之间的电气绝缘隔离，该技术使用了超声波换能及绝缘介质的隔离，成本低，体积小，重量轻。
主设计要求
1.一种电网隔离取电电路，其特征在于，包括：分压取能单元：用于从电网中分压取得电网中的部分电压，并将其作为输入电压；第一整流滤波单元：用于将所述输入电压进行整流滤波处理，得到第一直流电压信号；信号转换单元：用于将所述第一直流电压信号转化为第一振荡信号；超声波传输单元：用于将所述第一振荡信号转化第二振荡信号；所述第一振荡信号先转化为超声波信号，所述超声波信号在绝缘介质中传输后再转化为第二振荡信号；第二整流滤波单元：用于将所述第二振荡信号进行整流滤波处理，得到第二直流电压信号；所述分压取能单元的输出端与所述第一整流滤波单元的输入端连接，所述第一整流滤波单元的输出端与所述信号转换单元的输入端连接，所述信号转换单元的输出端于所述超声波传输单元的输入端连接，所述超声波传输单元的输出端于所述第二整流滤波单元的输入端连接。
设计方案
1.一种电网隔离取电电路，其特征在于，包括：
分压取能单元：用于从电网中分压取得电网中的部分电压，并将其作为输入电压；
第一整流滤波单元：用于将所述输入电压进行整流滤波处理，得到第一直流电压信号；
信号转换单元：用于将所述第一直流电压信号转化为第一振荡信号；
超声波传输单元：用于将所述第一振荡信号转化第二振荡信号；所述第一振荡信号先转化为超声波信号，所述超声波信号在绝缘介质中传输后再转化为第二振荡信号；
第二整流滤波单元：用于将所述第二振荡信号进行整流滤波处理，得到第二直流电压信号；
所述分压取能单元的输出端与所述第一整流滤波单元的输入端连接，所述第一整流滤波单元的输出端与所述信号转换单元的输入端连接，所述信号转换单元的输出端于所述超声波传输单元的输入端连接，所述超声波传输单元的输出端于所述第二整流滤波单元的输入端连接。
2.根据权利要求1所述的电网隔离取电电路，其特征在于：还包括储能单元，所述储能单元的输入端与所述第二整流滤波单元的输出端连接。
3.根据权利要求1或2所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述超声波传输单元与所述第二整流滤波单元之间还设有阻抗匹配单元。
4.根据权利要求2所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述第二整流滤波单元与所述储能单元之间还设有升压单元。
5.根据权利要求1或2所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述分压取能单元包括一个耐高电压电容和一个耐低压电容，所述耐高电压电容与所述耐低压电容串联；或包括一个耐高电压电容和一个压敏电阻，所述耐高电压电容与所述压敏电阻串联。
6.根据权利要求1或2所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述信号转换单元为自激式振荡发射电路。
7.根据权利要求1或2所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述超声波传输单元包括超声波振子、主超声波接收振子，以及位于所述超声波振子与所述超声波接收振子之间的绝缘介质。
8.根据权利要求7所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述绝缘介质的侧面设置有次超声波接收振子，所述次超声波接收振子与所述主超声波接收振子并联。
9.根据权利要求8所述的电网隔离取电电路，其特征在于：所述次超声波接收振子的数量为1-6个，且均匀分布在所述绝缘介质的侧面。
设计说明书
技术领域
本实用新型涉及高压电网设备供电技术领域，具体涉及一种电网隔离取电电路。
背景技术
在电网配电网中有许多柱上开关，这些柱上开关的动作需要备用直流电源，供给通讯用的控制器、电磁执行机构动作，然后带动高压断路器开关。目前柱上开关取电的方法通常有四种：低压配电网供电、电流互感器供电、光纤传能供电和隔离变压器供电。低压配电网供电方式是利用低压配电网与高压电网之间的变电站变压器降压，得到市电。但是当储能部件出现问题，且低压配电网出现故障，无法正常供电的情况下，无法长时间远程监控，并且执行断路器的开关动作。电流互感器供电的供电电能来自电流互感器CT的线圈，这种方法能很好的解决电网与柱上开关供电电源之间的隔离取电、降压问题，但电流互感器线圈上的电流随着负载端的大小而改变，当线圈电流小的时候，供电电压偏小，功率不够，当电流互感器线圈电流大的时候，供电电压很高，线圈本身容易磁饱和。供电电压波动很大，增加了后级电路的复杂性。而且为了不影响电流测量保护的精确性，需要另外增加一个电流互感器线圈专门用于取电。光纤传能供电的利用大功率激光二极管发光，将低压端的电能转化为光能，在柱上开关利用光电二极管接收激光，然后转化为电能，这种方式成本高，寿命受到激光发射与接收二极管的影响。而隔离变压器供电方式作为应用最为广泛的柱上开关供电电路，其缺点在于：成本高，体积重量大，对安装位置及空间有要求。
授权公告号为CN2704150Y的实用新型专利公开了一种“高压线路感应取能装置”，该装置由铁芯、线圈、整流滤波充电电路、电压检测及充电控制电路组成，铁芯为环状铁芯。该装置虽然结构简单，但仍无法解决装置成本高，体积重量大的缺陷。
实用新型内容
为解决背景技术中采用隔离变压器供电方式给柱上开关供电的方法成本高，体积重量大的问题，本实用新型提供了一种电网隔离取电电路，具体技术方案如下。
一种电网隔离取电电路，其包括：
分压取能单元：用于从电网中分压取得电网中的部分电压，并将其作为输入电压；
第一整流滤波单元：用于将所述输入电压进行整流滤波处理，得到第一直流电压信号；
信号转换单元：用于将所述第一直流电压信号转化为第一振荡信号；
超声波传输单元：用于将所述第一振荡信号转化第二振荡信号；所述第一振荡信号先转化为超声波信号，所述超声波信号在绝缘介质中传输后再转化为第二振荡信号；
第二整流滤波单元：用于将所述第二振荡信号进行整流滤波处理，得到第二直流电压信号；
所述分压取能单元的输出端与所述第一整流滤波单元的输入端连接，所述第一整流滤波单元的输出端与所述信号转换单元的输入端连接，所述信号转换单元的输出端于所述超声波传输单元的输入端连接，所述超声波传输单元的输出端于所述第二整流滤波单元的输入端连接。
上述装置通过直接从高压交流电网上，使用高压电容降压，然后将低压交流电整流滤波，然后再转化为高频超声波信号，并通过超声波传输单元来完成电能的变换以及高压与低压电网之间的电气绝缘隔离，该技术使用了超声波换能及绝缘介质的隔离，成本低，体积小，重量轻。此外，本装置也可以从低压配电网取电能，这相当于为柱上开关的供电来源增加了一个渠道，增加了柱上开关供电电源的可靠性。
优选地，还包括储能单元，所述储能单元的输入端与所述第二整流滤波单元的输出端连接。所述储能单元将电能进行存储，使柱上开关得到持续稳定的直流电源的供给。
优选地，所述超声波传输单元与所述第二整流滤波单元之间还设有阻抗匹配单元。通过对超声波接收端的阻抗进行匹配，使得输出的信号传输到后面的整流滤波电路的功率最大。
优选地，所述第二整流滤波单元与所述储能单元之间还设有升压单元。所述升压单元收集整流滤波电路输出的电能，并送给储能部件。这个电能只能单向向后面的储能部件传输电能，同时具有升压功能。
优选地，所述分压取能单元包括一个耐高电压电容和一个耐低压电容，所述耐高电压电容与所述耐低压电容串联；或包括一个耐高电压电容和一个压敏电阻，所述耐高电压电容与所述压敏电阻串联。
选择电容分压的原因是它们是串联电路，电更容易承受高压，分压比大小容易进行，成本比电阻分压更低，同时电容降压，不消耗电网的电能，不发热，工作可靠性高。
优选地，所述信号转换单元为自激式振荡发射电路。自激式振荡发射电路将整流滤波电路的直流电转化为高频信号，驱动超声波发射装置。自激振荡发射电路工作频率高，使得整个装置体积小，重量轻。另外一个方面，自激振荡发射电路可靠性高，不容易损坏，具有自我保护功能，器件少，成本低，可靠性高。
优选地，所述超声波传输单元包括超声波振子、主超声波接收振子，以及位于所述超声波振子与所述超声波接收振子之间的绝缘介质。
优选地，所述绝缘介质的侧面设置有次超声波接收振子，所述次超声波接收振子与所述主超声波接收振子并联。通过在绝缘介质的侧面设置1-6个次超声波接收振子，使得超声波振子发射出来的能量在多个方向都能接收到，提高了能量转换的效率。
优选地，所述次超声波接收振子的数量为1-6个，且均匀分布在所述绝缘介质的侧面。
由于采用了以上技术方案，与现有技术相比较，本实用新型可以直接从高压交流电网上，使用高压电容降压，然后将低压交流电整流滤波，然后再转化为高频超声波信号，超声波发射与接收装置之间，完成电能的变换以及高压与低压电网之间的电气绝缘隔离，该技术使用了超声波换能及绝缘介质的隔离，成本低，体积小，重量轻。所述输入电压可以从高压电网直接取得，也可以从低压配电网取得，这相当于为柱上开关的供电来源增加了一个渠道，增加了柱上开关供电电源的可靠性。通过高压交流电经过高压电容降压，使用超声波振子传送能量，使用了高频开关技术(自激振荡发射电路)，因而体积小，重量轻；使用了全控型开关器件、二极管及稳压管、电容、电感等常规器件，成本低，可靠性高，能长寿命运行；使用了超声波及绝缘介质，可以完成高电压隔离功能；能集成安装，做成传统绝缘子的外形，便于安装。
附图说明
图1为本实用新型实施例1中取能发射电路部分的结构示意图；
图2为本实用新型实施例1中接收电路部分的结构示意图；
图3为本实用新型实施例1中超声波传输单元的结构示意图；
图4为本实用新型另一种超声波传输单元的结构示意图；
图5为本实用新型实施例2中取能发射电路部分的结构示意图；
图6为本实用新型实施例3中接收电路部分的结构示意图；
图7为本实用新型实施例3中超声波传输单元的结构示意图；
图8为本实用新型电网隔离取电电路的完整电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述。
实施例1
如图1所示，一种电网隔离取电电路，L\/N间输入交流电压27.5kV，电容C1为陶瓷高压，容值取6000pF，最大击穿电压50KV，二极管D1-D4为4个FR157串联，最大直流反向击穿电压4kV，电容C2和C3为0.1uF，最大工作电压5kV，电阻R1、R2为功率电阻，阻值为0.47K欧姆，误差10％，双向稳压二极管Z1和Z2，稳压值为±15V,稳压管Z3、Z4为SA15A，晶体开关管M1和M2采用绝缘栅三极管(IGBT)，型号为IXBT2N250，最大集电极-发射极工作电压为1700V，电容C4为薄膜电容，耐压为5kV，容值为10nF，电阻，电感使用环形铁氧体绕制，超声波振子F1的额定功率为50W，谐振频率为33KHz。超声波接收振子额定功率也是20W，谐振频率为33KHz，安装方式如图3所示，三个超声波振子接收，阻抗匹配电路使用LC并联电路，整流滤波电路使用二极管全桥整流及电解电容滤波，升压电路使用二极管与场效应管电路。输出直流电压范围为5V-36V，可以任意设置,平均功率不低于25W。外形为圆柱体，体积约设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201920301191.3
申请日:2019-03-11
公开号:公开日:国家:CN
国家/省市:43(湖南)
授权编号:CN209562246U
授权时间:20191029
主分类号:H02J 50/15
专利分类号:H02J50/15;H02J7/02
范畴分类:37P;
申请人:南华大学
第一申请人:南华大学
申请人地址:421001 湖南省衡阳市常胜西路28号
发明人:陈文光;饶益花;尹陈艳;胡伟;杜佳;宾斌
第一发明人:陈文光
当前权利人:南华大学
代理人:张珉瑞
代理机构:43113
代理机构编号:长沙正奇专利事务所有限责任公司
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计