朱成喜 韓曉新 于冬梅 邢紹邦

（江蘇理工學院電氣信息工程學院，江蘇 常州 213001）

0 引言

現今高壓輸電線路上的監(jiān)測裝置越來越多地使用感應取電的方法給裝置供電。目前感應取電主要有2種方法，一種是為感應鐵芯引入氣隙磁阻的方法，另一種是使用雙向可控硅限制二次側輸出電壓的方法。但這2種取電方法都存在著一定的問題，比如一次側電流較小時（如40 A），供電系統(tǒng)無法給監(jiān)測裝置提供所需功率的問題；取電方式的穩(wěn)定性不夠以及取電鐵芯、雙向可控硅發(fā)熱嚴重的問題。

本文提出了出一種利用雙向可控硅和加入一種交流調壓電路的方法，解決了系統(tǒng)輸出功率不足、穩(wěn)定性不夠以及雙向可控硅和整流器存在發(fā)熱嚴重的問題，同時在一次側電流較大時（如1 000 A）把鐵芯二次側輸出功率穩(wěn)定在較小的范圍內，為監(jiān)測裝置供電，保證監(jiān)測裝置的穩(wěn)定運行。

1 系統(tǒng)原理框圖

本設計主要電路包括保護及降壓電路、交流調壓電路和整流濾波模塊。取電線圈從輸電線路上感應出交流的電壓電流，經過3個電路的調理后，可以輸出穩(wěn)定的直流電壓給監(jiān)測裝置使用。電路原理框圖如圖1所示。取電鐵芯和取電線圈的作用是直接從輸電線路獲取電能，二次側輸出的電能經過保護及降壓電路被調理成電壓振幅適中的電能，后經過交流調壓電路，進一步把電壓限制在一定范圍內，整流濾波電路對交流進行整流和濾波，以提供給監(jiān)測裝置穩(wěn)定的直流電壓。

圖1 電路原理框圖

2 電路設計

2.1 保護及降壓電路

取電線圈從高壓輸電線上感應出交流的電壓電流后，接下來進入保護及降壓電路。保護及降壓電路主要由放電管和雙向可控硅組成，如圖2所示。放電管的作用是防止線路雷擊或短路給二次側產生沖擊電流對后面電路的破壞。雙向可控硅的作用就是把二次側輸出的電壓鉗制在一定的范圍內，以方便后級電路的處理。雙向可控硅的觸發(fā)極使用一個電位器來控制雙向可控硅導通的時間，從而控制二次側輸電電能的電壓。由于二次側輸出電能的電壓和功率很高，所以此時電位器的阻值應很大，以降低雙向可控硅導通的時間，防止雙向可控硅因吸收的功率太大而導致發(fā)熱嚴重損壞。同時可控硅還可以濾除副邊電壓過高的尖鋒，起到保護電路的作用。圖3為經過保護及降壓電路后輸出的電壓波形。

圖2 保護及降壓電路

圖3 雙向可控硅降壓波形

2.2 交流調壓電路

輸出電能經過雙向可控硅時，如果觸發(fā)電壓過小會導致雙向可控硅發(fā)熱嚴重。為了防止此現象發(fā)生，應適當調大觸發(fā)可控硅的電壓值，在后級電路中加入交流調壓電路，把輸出電壓進行降壓，然后再經過整流電路，將輸出的電壓值提供給監(jiān)測裝置。交流調壓電路（圖4）的作用是進一步降低輸出電壓的值，避免雙向可控硅發(fā)熱嚴重。

圖4 交流調壓電路

交流調壓電路主要由2個方向相反的二極管并聯組成，當輸出電壓幅值達到二極管導通值時，二極管導通，把輸出電壓的幅值限制在二極管導通時的電壓，從而把輸出電壓的幅值限制在一定范圍內，以提供給整流電路較低的電壓幅值。交流調壓波形如圖5所示。

圖5 交流調壓波形

2.3 整流濾波電路

整流電路的作用是將交流電壓轉換為直流電壓，用來提供給后面的直流變換電路將電壓值變換為監(jiān)測裝置所需電壓值，如圖6所示。

圖6 整流濾波電路

本設計采用全橋式整流電路，由4個大功率二極管組成橋式電路。當輸入電壓處于正半周時，二極管D7和D6導通，忽略二極管的壓降值，輸出電壓等于輸入電壓值；當輸入電壓處于負半周時，二極管D5和D8導通，忽略二極管的壓降，輸出電壓等于輸入電壓值，并且方向仍然為正。整流波形如圖7所示。

圖7 整流波形

濾波電路采用的是電容濾波電路，把電容C1和C2并在電路之中，當輸入電壓的幅值變化很大的時候，利用電容的充放電特性，輸出到負載上的電壓波形會變得平滑，以利于后面直流變換電路把電壓變換為直流電壓。

鐵芯輸出的交流電壓經過保護及降壓電路、交流調壓電路和整流濾波電路的處理后，輸出一個穩(wěn)定的直流電壓，再經過一定的直流變壓電路，就可以為后級監(jiān)測設備提供穩(wěn)定的電源電壓。

3 實驗分析

本實驗測試鐵芯接上取電模塊后的輸出電壓及輸出功率。本設計的取電裝置應能在原邊電流大于40 A時輸出足夠的電壓與功率，這樣才能為后端監(jiān)測設備提供穩(wěn)定的電能。實驗測試電路如圖8所示。

圖8 實驗測試電路

實驗中電流發(fā)生器的電流從40 A到100 A變化，負載電阻的大小穩(wěn)定為7Ω，利用電壓表測試輸出電壓并計算電路輸出的功率，數據如表1所示。

表1 取電裝置輸出電壓及輸出功率測試數據

由表1可知，當原邊電流大于40 A時，取電裝置可以為監(jiān)測裝置提供穩(wěn)定的4 V以上的電壓和2.25 W以上的功率，保證監(jiān)測裝置可以連續(xù)穩(wěn)定的運行。當原邊電流在800 A時，經測試，取電裝置的溫度在45℃左右，雙向可控硅的溫度在40℃以內，可以保證持續(xù)運行。實驗證明了此取電裝置的可靠性和有效性。

4 結論

本文提出了一種利用雙向可控硅和一種交流調壓電路的方法，經實驗證明，在輸電線路電流40 A到100 A變化時，取電裝置可以為監(jiān)測裝置提供穩(wěn)定的4 V以上的電壓和2.25 W以上的功率；同時在輸電線路電流為800 A時，取電裝置的溫度穩(wěn)定在45℃左右，且雙向可控硅和整流器發(fā)熱不嚴重，解決了雙向可控硅和整流器存在發(fā)熱嚴重的問題，保證了監(jiān)測裝置的穩(wěn)定運行。

［1］李先志，杜林，陳偉根，等.輸電線路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)取能電源的設計新原理［J］.電力系統(tǒng)自動化，2008（1）

［2］周順榮.電機學［M］.第2版.北京：科學出版社，2007

［3］沙玉洲，邱紅輝，段雄英，等.一種高壓側自具電源的設計［J］.高壓電器，2007（1）