專利名稱：單鐵心差動電流互感器式電源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力電源技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種差動電流互感器式電源， 該電源可以為電子式互感器高壓側(cè)提供電能。
背景技術(shù)：
在電力系統(tǒng)中廣泛使用著鐵心電流互感器。鐵心電流互感器同時具有 電流變換和提供電能兩種作用，具有自我供能的能力。
電子式互感器，包括空心線圈式或Rogowski線圈式以及各種光纖式互 感器等，近年來發(fā)展迅速。電子式互感器有高壓側(cè)和低壓側(cè)兩個部分，高、 低壓側(cè)間用光纖連接，以達(dá)到隔離線路高壓的目的。與傳統(tǒng)的鐵心電流互 感器不同，電子式互感器的高壓側(cè)沒有自我供能的能力，需另裝備電源為 其工作供能。為實現(xiàn)高、低壓間電氣隔離，高壓側(cè)供能電源必須與高壓側(cè) 電路等電位，而與低壓側(cè)絕緣。因此高壓側(cè)供能電源不能從低壓線路，如 220V線路上取能。電子式互感器高壓側(cè)的供能問題現(xiàn)已受到電力行業(yè)的高 度關(guān)注。目前電子式互感器高壓側(cè)的供能方式有兩種1、激光式電源供能， 2、鐵心電流互感器式電源供能。激光式電源供能依據(jù)激光傳輸和光電轉(zhuǎn)換 原理工作，其缺點為長期穩(wěn)定性不高、價貴、輸出功率偏小、維護(hù)麻煩等。 鐵心電流互感器式電源供能依據(jù)鐵心電流互感器本身可向外輸出電能的特 點工作，無以上激光式電源供能的缺點，因此受到人們的歡迎。但鐵心電 流互感器式電源仍存在電源輸出電壓易受一次電流大小的影響，導(dǎo)致輸出 電壓不穩(wěn)等問題。為此人們提出了分流改進(jìn)方案。但該方案只適用于一次 電流不超過lkA的場合，因為當(dāng)一次電流很大時，電源電路發(fā)熱嚴(yán)重、難 以長 工作?？紤]到實際高壓線路中一次額定電流常超過lkA，因此這種解 決方案應(yīng)用范圍有限(見文獻(xiàn)[l]王海明，鄭繩楦.電子電流互感器高壓側(cè)電源方案研究.電力電子技術(shù)，2004， (7) :72-74)。后人們又提出雙鐵心差動 方案，但該方案中電源因有兩套取能鐵心線圈，體積過大，實際使用很不 方便，應(yīng)用范圍受限(見文獻(xiàn)[2]徐墾，等.差動電流互感器式電源.)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種單鐵心差動電流互感器式電源，該電源即 使在一次額定電流遠(yuǎn)超過lkA時發(fā)熱仍較低，并且具有體積小、使用方便 的優(yōu)點。
本發(fā)明提供的差動電流互感器式電源，其特征在于它包括取能環(huán)形 鐵心、橋式整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路；取能環(huán)形鐵心上分別繞有第 一、第二線圈，第一、第二線圈共同構(gòu)成二次線圈，二者相互反接，組成 差動線圈；
橋式整流電路的二個交流輸入端分別與差動線圈的兩個輸出端相連， 橋式整流電路的負(fù)直流輸出端接地，正直流輸出端輸出脈動直流電壓，并 接入濾波電路的正輸入端；
濾波電路的正輸出端接穩(wěn)壓電路的正輸入端，濾波電路的負(fù)輸入端和 負(fù)輸出端均接地；穩(wěn)壓電路的正輸出端與電解電容C3的正極相連，穩(wěn)壓電 路的負(fù)輸入端和負(fù)輸出端均接地，電解電容C3的負(fù)極接地，電解電容G的 正、負(fù)極分別作為電源的正、負(fù)輸出端。 ，
本發(fā)明的改進(jìn)方案為第二線圈的匝數(shù)為第一線圈的匝數(shù)的30%至90%。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案為濾波電路為由電解電容G、電感L、電解 電容C2構(gòu)成的"形濾波電路，電感L的兩端分別與電解電容d、, C2的正極 相連，電解電容G、 C2的負(fù)極相連，并接地，電解電容d的正極接橋式整 流電路的正直流輸出端，電解電容C2的正極接穩(wěn)壓電路的正輸入端。
本發(fā)明差動電流互感器式電源可為電子式互感器的高壓側(cè)提供可靠的、電壓穩(wěn)定的電能供應(yīng)，即使在一次額定電流遠(yuǎn)超過lkA時發(fā)熱仍很低， 遠(yuǎn)低于僅采用可控硅或二極管的電流互感器式電源，因此差動電流互感器 式電源可在實際線路中長期、穩(wěn)定的工作。同時該電源只使用一個取能環(huán) 形鐵心，體積小，使用方便。


圖1為本發(fā)明單鐵心差動電流互感器式電源的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為差動電流互感器式電源為電子式互感器高壓側(cè)供能的電路框圖， 其中用虛線包圍部分為差動電流互感器式電源。
圖3為本發(fā)明單鐵心差動電流互感器式電源一種電路具體實現(xiàn)圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。
如圖1所示，本發(fā)明單鐵心差動電流互感器式電源的結(jié)構(gòu)為取能環(huán)
形鐵心1，取能環(huán)形鐵心1上分別繞有第一、第二線圈2、 3，第一、第二 線圈2和3共同構(gòu)成二次線圈，二者相互反接，組成差動線圈。
第一線圈2的匝數(shù)與一次電流額定值、輸出功率等許多因素有關(guān)，實 際設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實驗結(jié)果來確定， 一般為數(shù)十匝至數(shù)百匝，第二線圈3的 匝數(shù)與一次電流最大值、輸出功率等許多因素有關(guān)， 一般可為第一線圈2 的匝數(shù)的30%至90%。高壓母線穿過取能環(huán)形鐵心1，在取能環(huán)形鐵心上形 成匝數(shù)為1的一次線圈。
橋式整流電路4用來將第一線圈2、第二線圈3輸出的交變的差動電壓 變換成直流脈動電壓。橋式整流電路4的二個交流輸入端分別與第一線圈2、 第二線圈3組成的差動線圈的兩個輸出端相連，橋式整流電路4的負(fù)直流 輸出端接地，正直流輸出端接入濾波電路5的正輸入端。
濾波電路5的正輸出端接穩(wěn)壓電路6的正輸入端，濾波電路5的負(fù)輸 入端和負(fù)輸出端均接地。穩(wěn)壓電路6的正輸出端與電解電容C3的正極相連， 穩(wěn)壓電路6的負(fù)輸入端和負(fù)輸出端均接地。電解電容C3的負(fù)極接地。穩(wěn)壓電路6的作用是將變化范圍較大的直流電壓變成變化范圍很小的直流電壓。 電解電容C3的正、負(fù)極作為電源的正、負(fù)輸出端，可輸出穩(wěn)定的、變化范 圍很小的直流電壓^。
本發(fā)明電源的工作過程如下
當(dāng)高壓母線上流過一次電流/p時，第一線圈2、第二線圈3組成的差 動線圈共同輸出交變的差動電流和電壓，差動電壓經(jīng)橋式整流電路4整流、 濾波電路5濾波后變換成電壓值隨一次電流變化的直流電壓，再經(jīng)穩(wěn)壓電 路6、 C3變換成穩(wěn)定的直流電壓^， Zo即為差動電流互感器式電源的輸出。
與只有單個二次線圈的傳統(tǒng)的鐵心電流互感器相比，在同等一次電流
激勵下，差動線圈所產(chǎn)生的交變的差動電流和電壓遠(yuǎn)小于單個線圈的交 變電流和電壓。對于同一個橋式整流電路輸出電壓值，第一線圈2、第二線 圈3組成差動線圈工作時所需的ip的值比單個第一線圈2或單個第二線圈 3單獨工作時要大得多。例如，第一線圈2為100匝，第二線圈3為55匝 時，當(dāng)橋式整流電路輸出電壓為26V時，第一線圈2單獨工作所對應(yīng)的& 為0. 4kA，而第一線圈2、第二線圈3組成差動線圈工作所對應(yīng)的ip為1. 6kA。 因此，即使ip數(shù)值很大，差動電流互感器式電源仍能長期正常工作，輸出 穩(wěn)定的電壓和功率。這里，A變化的允許范圍可達(dá)數(shù)千安培，具體數(shù)值與 第一線圈2、第二線圈3的匝數(shù)等因素有關(guān)。本發(fā)明中的穩(wěn)壓電路6的輸入 直流電壓變化范圍為9 30V，輸出直流電壓額定值可在6V、 8V、 IOV、 12V、 15V、 18V等之中選擇，實際設(shè)計時可根據(jù)具體要求選擇其中之一作為電源 輸出直流電壓額定值。
本發(fā)明的差動電流互感器式電源與電子式互感器高壓側(cè)的連接關(guān)系如 圖2所示。電子式互感器傳感裝置7將采集到的高壓母線上的一次電流 轉(zhuǎn)變?yōu)槿蹼娦盘査屯娮邮交ジ衅鞲邏簜?cè)信號調(diào)理、數(shù)據(jù)處理電路8，電子 式互感器高壓側(cè)信號調(diào)理、數(shù)據(jù)處理電路8將此弱電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號， 并通過光纖送往電子式互感器的低壓側(cè)部分9。安裝在電子式互感器高壓側(cè) 的差動電流互感器式電源10的輸出電壓端與電子式互感器高壓側(cè)信號調(diào) 理、數(shù)據(jù)處理電路8的電源端相連接，為電子式互感器高壓側(cè)信號調(diào)理、數(shù)據(jù)處理電路8提供電能。即使被測高壓母線上A數(shù)值很大，差動電流互 感器式電源也能保證電子式互感器高壓側(cè)的正常工作，同時由于差動電流 互感器式電源與電子式互感器低壓側(cè)無電的聯(lián)系，也保證了電子式互感器 高、低壓側(cè)間的電氣絕緣。
實例
設(shè)一次電流的ip額定值為1.5kA，要求當(dāng)一次電流的變化范圍為 0.15kA到1. 8kA時，差動電流互感器式電源能輸出穩(wěn)定的8V直流電壓和最 大不超過80mA的電流。
濾波電路5釆用由電解電容d與電感L、電解電容C2構(gòu)成ji形濾波電 路。電感L的兩端分別與電解電容d、 C2的正極相連。電解電容d、 C2的 負(fù)極相連，并接地。電解電容d的正極接橋式整流電路4的正直流輸出端， 電解電容C2的正極接穩(wěn)壓電路6的正輸入端。
差動電流互感器式電源各元件參數(shù)如下第一線圈2=100匝，第二線 圈3=55匝；取能環(huán)形鐵心1的外直徑為190mm，內(nèi)直徑為170mm，橫截面 積為200ram2;橋式整流電路4電流IOA，耐壓400V;電容C1、C2均為1000 P f /100V的電解電容；電感1^3mH;穩(wěn)壓電路6采用輸出電壓為8V、最大輸出 電流達(dá)1A的線性穩(wěn)壓電路，例如線性三端穩(wěn)壓器7808;電容C3=2200yf /25V。
實測表明，當(dāng)一次電流/p從0. 15kA變到1.8kA時，輸出端電壓^保 持約8V不變，同時輸出最大不超過80mA的電流。滿足上述預(yù)先設(shè)定的要 求。
以上所述為本發(fā)明的較佳實施例而已，但本發(fā)明不應(yīng)該局限于該實施 例和附圖所公開的內(nèi)容。所以凡是不脫離本發(fā)明所公開的精神下完成的等 效或修改，都落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1、一種差動電流互感器式電源，其特征在于它包括取能環(huán)形鐵心(1)、橋式整流電路(4)、濾波電路(5)和穩(wěn)壓電路(6)；取能環(huán)形鐵心(1)上分別繞有第一、第二線圈(2、3)，第一、第二線圈(2、3)共同構(gòu)成二次線圈，二者相互反接，組成差動線圈；橋式整流電路(4)的二個交流輸入端分別與差動線圈的兩個輸出端相連，橋式整流電路(4)的負(fù)直流輸出端接地，正直流輸出端輸出脈動直流電壓，并接入濾波電路(5)的正輸入端；濾波電路(5)的正輸出端接穩(wěn)壓電路(6)的正輸入端，濾波電路(5)的負(fù)輸入端和負(fù)輸出端均接地；穩(wěn)壓電路(6)的正輸出端與電解電容C3的正極相連，穩(wěn)壓電路(6)的負(fù)輸入端和負(fù)輸出端均接地，電解電容C3的負(fù)極接地，電解電容C3的正、負(fù)極分別作為電源的正、負(fù)輸出端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的差動電流互感器式電源，其特征在于第二 線圈(3)的匝數(shù)為第一線圈(2)的匝數(shù)的30%至90%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的差動電流互感器式電源，其特征在于 濾波電路(5)為由電解電容d、電感L、電解電容G構(gòu)成的n形濾波電路， 電感L的兩端分別與電解電容d、 C2的正極相連，電解電容d、 G的負(fù)極相 連，并接地，電解電容d的正極接橋式整流電路(4)的正直流輸出端，電 解電容C2的正極接穩(wěn)壓電路(6)的正輸入端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種差動電流互感器式電源。電源的主體為兩組繞在取能環(huán)形鐵心上的線圈，兩組線圈差動連接。橋式整流電路的二個交流輸入端分別與差動線圈的兩個輸出端相連，輸出接入濾波電路；濾波電路的正輸出端接穩(wěn)壓電路的正輸入端；穩(wěn)壓電路的正輸出端與電解電容相連，電解電容的正、負(fù)極分別作為電源的正、負(fù)輸出端。與只有單個線圈的傳統(tǒng)的電流互感器式電源相比，在同等一次電流激勵下，差動線圈所輸出的差動電流和電壓要小得多，因此差動電流互感器式電源可在一次電流很大時保持工作。同時該電源只使用一個取能環(huán)形鐵心，體積比雙鐵心差動電流互感器式電源要小很多，使用方便。差動電流互感器式電源主要用來為電子式互感器高壓側(cè)提供電能。
文檔編號H02M7/219GK101557173SQ20091006063
公開日2009年10月14日 申請日期2009年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者葉妙元, 墾 徐, 雁 徐, 朱明鈞, 霞 肖 申請人:華中科技大學(xué)