[实用新型]一种基于电容分压器的取能装置

说明书

技术领域

本实用新型属于电场取能领域，具体涉及一种基于电容分压器的取能装置。

背景技术

现有技术中，通常采用以下三种方案进行取能：

1．母线电流取能

利用母线电流来取能的工作原理如图1所示。图中N₂为高压母线上电流互感器的二次侧绕组匝数；R_S为线圈内阻；B为整流桥；U₀为整流滤波后的电压；R_L为平衡负载电阻。这种取能电路取得的能量来自于高压母线电流，是通过一个穿在高压母线上的电流互感器内的磁感应线圈T来完成的。由于母线周围环绕着磁场，那么通过磁感应线圈T从该磁场内获取能量，然后处理，为高压线路（即高压母线）供电。

该取能方案的取能装置虽然具有体积小、结构紧凑、绝缘封装简单、使用安全、成本低、可靠性相对较高等优点，但由于高压母线电流不是稳定值，且变化范围非常大，因此要求磁感应线圈必须兼顾高压母线内流经最小、最大电流时的两种极限条件，而且后续处理电路应具有保护功能，以确保供电稳定。鉴于现有技术仍存在最小值的死区，所以当母线电流过小时，该取能装置便不能正常工作。

2．电容电流取能

利用电容电流取能的工作原理如图2所示。图中U为高压母线电压，C为电容分压器，I为流经电容分压器和取能变压器T原边的电流，N₁和N₂是取能变压器一次侧和二次侧的绕组匝数，该种取能装置是利用电容分压器从高压母线周围环绕的电场取能的，这种供电方式与方式1中的母线电流取能类似。

由于一次侧电压相对电流来说比较稳定，因此该方案的电源输出也比较稳定，但在设计中却面临着更大的困难：首先，是如何保证取能电路和后续工作电路之间的电气隔离，这要求有严格的过电压防护和电磁兼容设计；其次，是这种方法有着更多的误差来源，温度、杂散电容等多种因素都将影响该方法的性能；再次，是采用这种方法得到的功率有限，虽可通过改变电容分压器C的大小来调整功率输出，但过大的电容将会带来更多的问题。

3．光取能

光取能的基本原理如图3所示，其主要采用激光或其它光源从低压侧通过光纤将光能量传送到高压侧，再由光电转换器件（光电池）将光能量转换为电能量，经过处理后提供稳定供电。

这是一种全新的供电方案，其突出的优点在于能量以光的形式从低压侧通过光纤传输到高压侧，完全实现高、低压间的电气隔离，不受电磁干扰的影响，稳定可靠。但设计仍存在以下难点：①激光的发光波长及输出功率都受温度影响，必须采取措施对温度进行自动控制。②受激光输出功率的限制，特别是光电转换效率的影响，其提供的能量有限，制造成本高。

综上所述，以上三种供电方案的设计较复杂、成本较高。因此，需要本领域技术人员开发出一款能够解决安全性、可靠性和成本等问题的新型取能装置。

实用新型内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的在于提出一种结构简单、成本较低、可靠性高的基于电容分压器的取能装置，该取能装置是通过如下技术方案实现的：

一种基于电容分压器的取能装置，其包括电容分压器、变压整流单元和电源变换单元，所述变压整流单元的输入端与电容分压器的输出端相连、其输出端与电源变换单元的输入端相连；所述电容分压器将经过分压的交流电输出至变压整流单元，转化为直流电，再经电源变换单元进行稳压、滤波处理后输出。

进一步地，所述电容分压器包括串联于高压母线与大地之间的各个电容：其中一个电容为取能电容、其余电容为分压电容，从高压母线所获取的交流电经分压电容进行分压后，从取能电容的两端输出交流电。

进一步地，各电容的具体连接结构为：

所述各电容中的第一个电容的一端与高压母线相连，最后一个电容的一端接地，各电容之间相互串联。

进一步地，所述取能电容和分压电容均可采用圆柱状平板高压电容器，即由两个圆形平行极板及填充在两极板间的电介质组成。

进一步地，所述取能电容和分压电容可安装在带有伞裙的柱状绝缘子中。

进一步地，所述电容分压器的输出端与变压整流单元的输入端之间可以设有用于消除谐振的压敏电阻。

进一步地，所述变压整流单元可以包括工频降压器和整流桥，所述工频降压器的一次侧与电容分压器的输出端相连、其二次侧与整流桥的输入端相连。

进一步地，所述变压整流单元还可以包括与整流桥的输出端相连接的直流电容和稳压管。