一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置
阅读说明：本技术 一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置 (Electromagnetic induction type electricity taking device based on direct current ripple ) 是由 马晓红 杨旗 曾华荣 陈宇 张志劲 文屹 罗国强 何荣卜 于 2021-07-07 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置,它包括取电电路,取电电路包括整流电路、滤波电路、稳压电路和保护电路；取能铁芯的取电线圈与整流电路连接；整流电路与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与保护电路连接；保护电路输出直流电源；解决了直流输电线路线路附近为稳定的磁场,现有技术的监控装置供电采用电磁感应取电方法不可行；而光伏取电、储能电池等方法分别存在输出不稳定、可持续时间短,需要更换等问题。(The invention discloses an electromagnetic induction type electricity taking device based on direct current ripples, which comprises an electricity taking circuit, wherein the electricity taking circuit comprises a rectifying circuit, a filter circuit, a voltage stabilizing circuit and a protection circuit; the power taking coil of the power taking iron core is connected with the rectifying circuit; the rectifying circuit is connected with the filter circuit; the filter circuit is connected with the voltage stabilizing circuit; the voltage stabilizing circuit is connected with the protection circuit; the protection circuit outputs a direct current power supply; the problem that a stable magnetic field is formed near a direct-current transmission line is solved, and the monitoring device in the prior art cannot be used for supplying power by adopting an electromagnetic induction power-taking method; the methods of photovoltaic power taking, energy storage battery and the like have the problems of unstable output, short sustainable time, need of replacement and the like.)
技术领域
本发明属于直流输电线路电磁感应取电
技术领域
，尤其涉及一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置。背景技术
输电线路的在线监测能够通过非人工的方式对偏远地区重要线路进行多方面智能监控，提高电网的预警性，对建设坚强智能电网有着不可替代重要。但在线监测装置需要供电，不能直接从线路直接取电，需要通过其他电源进行取电，从而实现在线监测。
目前常见的输电线路取能方法主要有：电磁感应取电、光伏取电、储能电池，其中电磁感应式取电由于其取电更为稳定运用较为广泛。对于直流输电线路而言，其线路附近为稳定的磁场，电磁感应取电方法不可行。而光伏取电、储能电池等方法分别存在输出不稳定、可持续时间短，需要更换等问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置，以解决直流输电线路线路附近为稳定的磁场，现有技术的监控装置供电采用电磁感应取电方法不可行；而光伏取电、储能电池等方法分别存在输出不稳定、可持续时间短，需要更换等问题。
本发明的技术方案是：
一种基于直流纹波的电磁感应式取电装置，它包括取电电路，取电电路包括整流电路、滤波电路、稳压电路和保护电路；取能铁芯的取电线圈与整流电路连接；整流电路与滤波电路连接；滤波电路与稳压电路连接；稳压电路与保护电路连接；保护电路输出直流电源。
所述取能铁芯包括铁芯、取电线圈和反向线圈；取电线圈和反向线圈分别缠绕在铁芯上；反向线圈为短路连接；取电线圈输出端与整流电路输入端连接。
所述取能铁芯为偏低磁导和高磁通密度的非取向硅钢带材组成，带材厚度最大不超过0.2mm，直流最大相对磁导率不高于15000，而饱和磁通密度不低于2.03T。
所述取能铁芯为非闭合铁芯；气隙间隔为1-2mm；铁芯外形为C环、圆环或者椭圆环。
取能铁芯的参数的确定方法为：首先确定取能铁芯的最小有效截面S，进而确定铁芯的最小有效磁路长度l，进一步根据输电线路的导线尺寸确定取能铁芯的内径r、外径R和厚度h，使得在最大运行电流条件下，铁芯本身不会进入饱和状态。
取电线圈的匝数N 2由最小输出功率P 2、有效截面S、最大运行电流纹波分量I 1 ’、有效磁路长度l共同决定，线径由匝数N 2和最大运行电流纹波分量I 1 ’共同决定；反向线圈的线径同取电线圈相同，匝数N 3为1/2 N 2，从而降低主磁路的磁动势，防止铁芯饱和。
所述电磁感应式取电装置通过固化后的环氧树脂进行机械、电气上的保护处理，最后将电磁感应式取电装置固定在直流输电线路导线上。
电磁感应式取电装置固定在直流输电线路导线上的方法为：取能铁芯采用非闭合铁芯，将取能铁芯的两部分分别固定在绝缘外壳内部，取电线圈输出端连接取电电路，并在绝缘外壳上设计两根出线连接供电目标；安装时根据需求确定取电装置的安装位置，将两部分绝缘外壳对齐后通过抱箍固定在输电线路上，将出线连接至供电目标实现直流线路上的在线取电。
稳压电路中包含有DC-DC降压芯片。
本发明有益效果：
由于十二脉动整流的方式，常见的直流输电线路上会存在约5%的奇数次谐波（主要有3、5和12K±1次，11、13、23、25、35、37、47、49次谐波），本发明采用从谐波中取出所需要功率的电能，为在线监测装置提供稳定的电源，输出功率范围在：5W~50W，输出电压等级包括常见的：±5V、±12V、±24V，具体参数由在线监测装置需求决定。
本发明直接从直流输电线路进行取电；实现直流输电线路的在线监测装置的供电，从而在线监测装置能够稳定工作，大幅度提高直流输电线路的监控能力，减少人工巡查的工作量，提高直流线路的稳定性，减少因监测设备不足而无法排除直流线路安全隐患的情况，避免直流线路安全隐患所带来的经济损失和社会影响。
解决了直流输电线路线路附近为稳定的磁场，现有技术的监控装置供电采用电磁感应取电方法不可行；而光伏取电、储能电池等方法分别存在输出不稳定、可持续时间短，需要更换等问题。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明取能铁芯示意图；
图3为本发明封装示意图。
具体实施方式
以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明，如图所示：
本发明包括：
便于安装的取能铁芯、线圈及用于整流滤波稳压保护的取电电路；
目前现有技术取能用的铁芯主要为高磁导、高磁通的取向硅钢材料，而本发明中取能铁芯的材料主要为偏低磁导、高磁通密度的非取向硅钢带材，带材厚度最大不超过0.2mm，其直流最大相对磁导率不高于15000，而饱和磁通密度不低于2.03T，满足本发明对的设计需求；
本发明取能铁芯采用非闭合铁芯，一方面便于在输电线路上安装，另一方面可以增加磁路气隙，该气隙间隔大约为1-2mm，有效增大磁路磁阻，降低铁芯饱和情况，铁芯外形根据实际情况可分为：C环、圆环或者椭圆环，以保证磁路的连续；
本发明取能铁芯的参数（有效截面和有效磁路长度）由所应用的直流输电线路的最大运行电流I 1和最小输出功率P 2共同决定，首先确定铁芯的最小有效截面S，进而确定铁芯的最小有效磁路长度l，进一步根据输电线路的导线尺寸确定取能铁芯的内径r、外径R和厚度h，使得在最大运行电流条件下，铁芯本身不会进入饱和状态，从而完成取能铁芯的设计；
本发明取能铁芯上的线圈分为二部分，如图3所示，一部分为连接取电电路的取电线圈，用来将直流输电线路中的谐波电流通过隔离的方式将其传输至取电电路，为取电电路提供能量来源，另一部分部分为短路连接的反向线圈，用来降低直流导线在取能铁芯内部所感应的磁场；
本发明取电线圈的匝数N 2由最小输出功率P 2、有效截面S、最大运行电流纹波分量I 1 ’、有效磁路长度l共同决定，线径由匝数N 2和最大运行电流纹波分量I 1 ’共同决定。反向线圈的线径同取电线圈相同，匝数N 3为1/2 N 2，从而降低主磁路的磁动势，防止铁芯饱和；
本发明取电装置通过固化后的环氧树脂进行机械、电气上的保护处理，最后通过机械件和橡胶垫将整体固定于直流输电线路导线上，其具体尺寸由直流输电导线和取电装置两者共同确定，如图3所示；
电磁感应式取电装置固定在直流输电线路导线上的方法为：取能铁芯为非闭合铁芯，将取能铁芯的两部分分别固定在绝缘外壳内部，其中取电线圈输出端连接取电电路，并在外壳上有取电装置的两根出线连接供电目标；安装时，根据需求，确定取电装置位置，将两部分外壳对齐后通过抱箍固定在输电线路上，而后将出线连接至供电目标，即可实现直流线路上的在线取电。
由于十二脉动整流的方式，常见的直流输电线路上会存在约5%的奇数次谐波（主要有3、5和12K±1次，11、13、23、25、35、37、47、49次谐波），取电装置可以从谐波中取出所需要功率的电能，为在线监测装置提供稳定的电源，输出功率范围在：5W~50W，输出电压等级包括常见的：±5V、±12V、±24V，具体参数由在线监测装置需求决定；
S9. 本发明和交流取能电路不同，由于纹波频率较高，直流纹波取电的二次输出经整流、滤波后电压偏高，故其在稳压电路中还需要DC-DC降压芯片，使得输出目标直流电压；
S9. 取电装置安装后可自行稳定运行，对直流线路不产生影响。
一般地，不能通过直流输电线路进行电磁感应式取电是工业界的看法，所以直流输电线路的在线监测装置的供能方式较为单一且不稳定。但直流输电线路中，存在5%的直流纹波，也就是在一个较大的直流稳定磁场下，还存在一个较小的高次交变磁场。将直流纹波取电装置安装到架空输电线路上，取电装置能够在线路直流产生的稳定磁场和纹波所产生的交变磁场共同作用下，由铁芯的反向线圈减小乃至抵消直流稳定磁场的磁饱和作用，在铁芯的正向线圈上能够感应出电压，经过整流、滤波、稳压等电源电路，最后输出所需要功率等级的稳定电压，给直流输电线路的在线监测设备进行供电。
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