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基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 架空線(xiàn)路CT取能電源
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 架空線(xiàn)路CT取能電源利用電磁感應(yīng)原理，由鐵磁式互感器從高壓架空線(xiàn)上感應(yīng)得到交流電，并通過(guò)交流—直流變換轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電，為高壓架空線(xiàn)路監(jiān)測(cè)設(shè)備提供可靠的不間斷電源。
- 詳細(xì)介紹：
- 本發(fā)明利用現(xiàn)有的線(xiàn)路電流感應(yīng)取能技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，提出單個(gè)可開(kāi)合普通環(huán)形冷軋硅鋼鐵芯，多繞組取能的方案，通過(guò)自動(dòng)選擇繞組取電，結(jié)合鋰離子電池充電的方式實(shí)現(xiàn)架空線(xiàn)等大電流線(xiàn)路的就地獲取穩(wěn)定電能的目標(biāo)。利用該技術(shù)，不需要研制特殊取電鐵芯，可以減少生產(chǎn)成本。通過(guò)該技術(shù)制造的直流電源設(shè)備具有性能穩(wěn)定、發(fā)熱小，安裝簡(jiǎn)便等特點(diǎn)。
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 作品設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的： 為高壓架空線(xiàn)路監(jiān)測(cè)設(shè)備提供可靠的不間斷電源。 基本思路： 利用電磁感應(yīng)原理，由普通鐵磁式互感器從高壓架空線(xiàn)上感應(yīng)得到交流電電能，然后經(jīng)過(guò)整流、濾波、穩(wěn)壓后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的直流電。直流電通過(guò)鋰電池充電模塊為鋰離子電池充電。鋰離子電池經(jīng)過(guò)升壓模塊升壓后可作為電源為輸電線(xiàn)路監(jiān)測(cè)設(shè)備供電。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1、使用可開(kāi)合環(huán)形鐵心，方便設(shè)備在架空線(xiàn)上的安裝； 2、采用三個(gè)線(xiàn)圈匝數(shù)不同繞組進(jìn)行取能，每個(gè)繞組適應(yīng)架空線(xiàn)路的電流范圍不同，從而使電源的適用范圍更廣； 3、使用繼電器和滯回比較器構(gòu)成繞組選擇電路，可自動(dòng)根據(jù)架空線(xiàn)電流選擇合適的繞組，使設(shè)備可以可靠地運(yùn)行； 4、鋰離子電池儲(chǔ)蓄電能，又直接為監(jiān)測(cè)設(shè)備提供電能，隔絕了取電繞組和監(jiān)測(cè)設(shè)備，監(jiān)測(cè)設(shè)備的瞬時(shí)電流不會(huì)干擾取電過(guò)程，使電源更加穩(wěn)定。 技術(shù)關(guān)鍵： 架空輸電線(xiàn)路電流變化范圍較大，如何保證設(shè)備在大范圍電流內(nèi)可以可靠的取電供電成為設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。一是要保證在架空線(xiàn)電流較小時(shí)能提供足以驅(qū)動(dòng)處于高壓側(cè)電子電路的功率，二是當(dāng)架空線(xiàn)出現(xiàn)大電流時(shí)，能夠穩(wěn)定輸出，給電子線(xiàn)路一個(gè)穩(wěn)定的電源，其本身也不會(huì)因過(guò)電壓而損壞。另外，還要解決過(guò)電壓和電磁干擾問(wèn)題。 主要技術(shù)指標(biāo)： 1、適用架空線(xiàn)電流范圍：50A—600A 2、功率：200mW 3、輸出電壓：5V
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 科學(xué)性： 設(shè)備的取電部分基于法拉第電磁感應(yīng)定理，整流、濾波、穩(wěn)壓都是發(fā)展較為成熟的技術(shù)。所以設(shè)備在理論上和可行性方面都具有科學(xué)性。 先進(jìn)性: 1、采用一個(gè)鐵心和多個(gè)繞組取電，相對(duì)于多個(gè)鐵心的設(shè)計(jì)成本低、體積小。 2、繞組選擇電路工作可靠，相對(duì)于限壓電路和補(bǔ)償線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)沒(méi)有電子設(shè)備發(fā)熱的問(wèn)題。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 無(wú)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 無(wú)
作品可展示的形式
- 圖紙、樣品
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 使用說(shuō)明： 將設(shè)備套在架空線(xiàn)上，引出電源線(xiàn)，即可為監(jiān)測(cè)設(shè)備供電。 適應(yīng)范圍： 適用于電流在50A—600A之間的架空線(xiàn)上。 技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)： 生產(chǎn)成本低、生產(chǎn)周期短，安裝簡(jiǎn)便，運(yùn)行可靠，適用范圍廣。功耗小，熱效應(yīng)小。 推廣前景： 架空線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備中都需要可靠的供電單元，目前研制的供電單元都存在不少技術(shù)難題需要解決。同時(shí)架空線(xiàn)路電磁環(huán)境復(fù)雜，且在運(yùn)行中不可能隨意更換電池，因此，監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)電源的要求較高。目前的監(jiān)測(cè)設(shè)備普遍采用太陽(yáng)能電池供電，該供電方式由太陽(yáng)光照強(qiáng)度決定，當(dāng)出現(xiàn)陰雨天氣時(shí)不能可靠供電。太陽(yáng)能電池在線(xiàn)路上的安裝也不方便。而使用CT（CT，current transformer，電流互感器）取能電源，則只需架空線(xiàn)上流過(guò)合適的電流，即可不間斷地供電， 市場(chǎng)分析和經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)： 目前，市場(chǎng)上同類(lèi)產(chǎn)品的生產(chǎn)較少，且不夠完善。而架空線(xiàn)路的監(jiān)測(cè)又在逐步地發(fā)展中，對(duì)電源的需求十分迫切，所以，本設(shè)備具有較大的市場(chǎng)。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 河北工業(yè)大學(xué)在《電子式電流互感器高壓側(cè)電源的設(shè)計(jì)》中采用多個(gè)鐵心和多個(gè)線(xiàn)圈以適應(yīng)寬范圍電流，并設(shè)計(jì)了切換電路使電源可以自動(dòng)根據(jù)電流切換鐵心和線(xiàn)圈。當(dāng)母線(xiàn)電流在幾個(gè)安培到幾百安培的范圍變化時(shí)，一個(gè)CT無(wú)法同時(shí)滿(mǎn)足母線(xiàn)電流大范圍變換時(shí)的供電要求。文中采取了多個(gè)線(xiàn)圈供電的方式，根據(jù)母線(xiàn)的電流狀態(tài)決定選取供電線(xiàn)圈。切換電路由電壓比較電路控制繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。電壓比較電路由DC-DC變換輸出的+5V來(lái)供電。使用多個(gè)鐵心導(dǎo)致設(shè)備體積過(guò)大，且當(dāng)電流不穩(wěn)定時(shí)，電壓比較電路可能會(huì)導(dǎo)致繼電器的頻繁跳動(dòng)。 華北電力大學(xué)在《輸電線(xiàn)路輸電容量動(dòng)態(tài)增容監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究》中用三極管和穩(wěn)壓二極管設(shè)計(jì)了限壓電路，當(dāng)電壓小于20V時(shí)，限壓電路不工作；當(dāng)電壓大于20V時(shí)，穩(wěn)壓管和三極管導(dǎo)通，使二次側(cè)電流增大，從而勵(lì)磁電流減小，達(dá)到限壓的效果。但三極管的管耗較大，設(shè)備發(fā)熱的問(wèn)題需要解決。 華北電力大學(xué)在《新型高壓線(xiàn)纜懸浮式電磁感應(yīng)通信電源的設(shè)計(jì)》中在傳統(tǒng)的電磁感應(yīng)取能方式的基礎(chǔ)上，又引入了補(bǔ)償鐵心和補(bǔ)償線(xiàn)圈。其中，取能鐵心和補(bǔ)償鐵心選用初始磁導(dǎo)率差別較大的材料，并將兩鐵心線(xiàn)圈在電路中反向串接。文中也對(duì)電源電子電路進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，而且還自制了一種新的電源結(jié)構(gòu)和電源模具，便于安裝和維護(hù)。但電子電路比較復(fù)雜，且使用的鐵心都是特制的，研發(fā)周期和成本較高。 華北電力大學(xué)在《混合式光纖電流互感器電源的研究》和《新型電纜接頭溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》中提出使用補(bǔ)償線(xiàn)圈對(duì)勵(lì)磁電流進(jìn)行補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)，當(dāng)架空線(xiàn)電流較大時(shí)，補(bǔ)償線(xiàn)圈流過(guò)電纜，使勵(lì)磁電流減小，從而降低CT的輸出電壓，保護(hù)后續(xù)電路。補(bǔ)償線(xiàn)圈電路由電力電子器件組成，發(fā)熱的問(wèn)題同樣沒(méi)有解決。 而國(guó)外對(duì)架空線(xiàn)CT取能電源還沒(méi)有進(jìn)行深入研究，目前沒(méi)有成果發(fā)表。 從國(guó)內(nèi)外的研究情況看，架空線(xiàn)CT取能電源并沒(méi)有完善的設(shè)計(jì)，而架空線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)電源的要求又十分迫切，因此，本研究的進(jìn)展可以推動(dòng)架空線(xiàn)路在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備電源的發(fā)展，進(jìn)一步推動(dòng)架空線(xiàn)路動(dòng)態(tài)增容研究的進(jìn)展，具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。
