專利名稱：一種光電電流互感器超聲波供能裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于有源光電式電流互感器等高壓設備的的供電裝置。
背景技術：
電流互感器在電力系統中的電能計量和安全保護等方面起著十分重要的作 用，是電力系統中的一個核心設備。隨著電力系統的發展，特別是超高壓輸電 的發展，電力系統對電流互感器的要求越來越高，傳統的電磁式電流互感器由 于存在鐵磁飽和、頻率響應低、高壓絕緣能力差、運行事故多等，已經無法滿 足電力系統的發展要求。開發線性性能好、頻率范圍寬、高壓絕緣能力強的電
流互感器已經是電力系統發展的迫切需要。光纖電流互感器OCT采用的是光纖、 玻璃等絕緣材料，抗電磁干擾性能好，互感器低壓邊無開路高壓危險，測量精 度高，動態范圍大，頻率響應范圍寬，體積小，重量輕，價格便宜，與數字設 備的接口方便等，它集光、磁、電、計算機技術于一身，是一項通過弱電來測 量強電的高新技術，具有廣泛的應用前景，已逐漸成為高壓電流互感器的發展 潮流。光纖電流互感器主要有純光學電流互感器和光電混合式電流互感器兩種 形式，純光學電流互感器由于受環境溫度和震動等因素的影響，其性能的穩定 性是困擾其實用化的主要困難；光電混合式電流互感器利用(Rogowski)線圈 的電磁測量原理測量電流，利用光纖通信傳輸測量信息，克服了純光學電流互 感器的穩定性差的難題，良好的穩定性使其得到了快速發展，目前已經進入了 實用階段，但光電混合式電流互感器高壓側的測量、數據處理和光電信息傳輸系統等需要供電電源，供電電源目前主要有"高壓側一次電流電磁感應供電" 和"激光供能供電"等供電方式。"高壓側一次電流電磁感應供電"在一次電 流比較小時存在供電能不足，形成無法工作的供電死區，當一次電流很大和短 路時又存在供電能量過大，難以泄放和損壞供電電路的難題；激光供能供電雖 然性能穩定，能很好的滿足供電的穩定性要求，但供電能量比較小，對測量和 光電傳輸系統的節能和抗干擾要求很高，而且價格太貴，長期運行壽命不能滿 足要求。光電混合式電流互感器的高壓側供能供電是困擾其實用化的核心難題。
發明內容
針對現有光電混合式電流互感器高壓側供能供電所存在的難題，本發明提 供了一種基于超聲波傳輸能量的光電混合式電流互感器高壓側的供能裝置，可 滿足有源光電式電流互感器等高壓設備高壓側的測量、數據處理和光電信息傳 輸系統等所需的供電要求。
為達到以上目的，本發明是采取如下技術方案予以實現的 一種光電電流互感器超聲波供能裝置，包括一個基于工頻輸入的驅動電源， 其特征在于，該驅動電源設置在低壓側，并電連接一個超聲波電聲換能器，該 電聲換能器的諧振面固定連結在一個超聲波絕緣傳導介質的低壓側端面上，該 傳導介質的高壓側端面與一個超聲波聲電換能器的諧振面固定連結，該聲電換 能器的輸出電連接一個電源變換器；電聲換能器由驅動電源產生超聲波，并通
過傳導介質遠距離傳輸到高壓側端聲電換能器，聲電換能器把聲能變換成高頻 電能，再由電源變換器轉換為直流電能向光電電流互感器高壓側用電單元輸出。
上述方案中，所述的驅動電源包括一個AC—DC變換電路，其輸出連接一個 高頻逆變電路，該高頻逆變電路通過匹配網絡輸出驅動電流至超聲波電聲換能 器。所述電聲換能器與高頻逆變電路之間可設有反饋回路，所述反饋回路包括連接電聲換能器反饋信號輸出的頻率跟蹤電路，頻率跟蹤電路的輸出連接控制 信號處理電路，控制信號處理電路的輸出通過一個驅動電路輸至高頻逆變電路 以驅動高頻逆變電路中的功率管工作,產生超聲調控信號。所述的電源變換器 包括與超聲波聲電換能器連接的變壓器，該變壓器的輸出連接有高頻整流濾波
電路，高頻整流濾波電路通過一個DC—DC變換器輸出穩定的5-12V直流供電電 源。所述聲電換能器與電源變換器的電連接可由插頭、插座連接。所述超聲波 電聲、聲電換能器可采用壓電換能器。
本發明供能裝置能實現從低壓側依絕緣的方式向高壓側的電氣設備等供 電。利用超聲波把供電能量通過超聲波絕緣傳導介質從低壓側傳送到高壓側， 在高壓側把超聲波能量又轉換成電能。這樣一來供電系統的高電壓和低電壓兩 側之間是完全電氣隔離的，這種供電系統的高壓絕緣能力極強，傳輸的供電能 量大，性能穩定，不受環境因素影響和限制，而且對高壓側的測量和數據處理 系統等產生的電磁干擾影響小。
本發明與現有技術相比，具有以下優點
1) 不受高壓側一次電流大小的限制，供電能量十分穩定。
2) 不僅供電能量穩定，而且能提供比較大的供電能量，對測量系統和光電 傳輸系統的節能和抗干擾要求低。
3) 能在線更換和維修，本發明的供電電源由于高低壓兩側完全電氣隔離， 在高壓側帶電運行的狀態下，可以在低壓側帶電維修和更換供電系統的易損部 件，沒有高電壓的危險。
圖1為本發明超聲波供能裝置結構圖。 圖2為圖1中的驅動電源的功能結構框圖。圖3為圖1中的高壓側的電源變換器的功能結構框圖。 圖4為圖3電源變換器的一個具體電路原理圖。
圖1到圖4中1、低壓側驅動電源；2、超聲波電聲換能器；3、絕緣棒材; 4、超聲波聲電換能器；5、電源變換器；6、 AC—DC變換電路；7、高頻逆變電 路；8、驅動電路；9、匹配網絡；10、控制信號處理電路；11、頻率跟蹤電路;
12、匹配網絡；13、高頻整流濾波電路、14、 DC""DC變換器。
具體實施例方式
下面結合附圖及實施例對本發明作進一步的詳細說明。
參考圖1,在低壓側用超聲波驅動電源1將工頻50HZ的電源轉換成驅動超 聲波換能器所需要的高頻超聲波，并驅動一個超聲波電聲換能器2產生超聲波 能量。將超聲波電聲換能器2的發射超聲波能量的端面與一個絕緣棒材3低電 壓側端面緊密連接和固定固化；將一個超聲波聲電換能器4的接收超聲波能量 的端面與絕緣棒材3的高電壓側端面緊密連接和固定固化。連接時對各端面要 進行精密拋光，盡量避免連接間隙，降低超聲波能量在連接處的反射引起的耦 合損失，連接時也可使用耦合劑提高超聲波的傳送效率，使用耦合劑時要嚴格 的密封。將超聲波聲電換能器4輸出的電能用高壓側的電源變換器5轉換成高 壓側的用電單元所需要的供電電源。電源變換器5與聲電換能器4的電連接可 采用插頭、插座的形式，其優點是可從低壓側插拔，方便維修、更換安全。絕 緣棒材3可采用石英棒。
如圖2所示，超聲波驅動電源由AC—DC變換電路6、高頻逆變電路7、驅 動電路8、匹配網絡9、超聲波電聲換能器2、頻率跟蹤電路ll及控制信號處 理電路10等組成。50HZ工頻電源經AC—DC變換電路6變換成直流電壓；提供 給高頻逆變電路7，高頻逆變電路把直流電壓逆變成高頻電壓；用一個電感和變壓器串聯組成的匹配網絡9,再與電聲換能器2并聯實現高頻逆變電路7和 超聲波電聲換能器2之間的最佳匹配，使電路工作在諧振狀態，達到超聲波的 輸出效率最高；驅動電路8驅動高頻逆變電路7中的功率管工作,控制信號處理 電路10產生大于500kHz的控制信號，控制驅動電路8;頻率跟蹤電路11提供 頻率反饋信號,通過反饋調控使高頻逆變電路7的頻率在500kHz ±20kHz內跟蹤 超聲波電聲換能器2的諧振頻率點，使換能器工作在最佳狀態。超聲波電聲換 能器2將匹配網絡9輸出的電能轉化成超聲波能量傳輸到絕緣棒材3的低壓側 端。
如圖3所示，高壓側的電源變換器5由匹配網絡12、高頻整流濾波電路13、 DC—DC變換器14等組成。匹配網絡12實現超聲波聲電換能器4與電路的最佳 匹配，其結構與超聲波驅動電源中的匹配網絡9相同。高頻整流濾波電路13把 輸出高頻交流變換成直流；DC—DC變換器14把直流電能再變換成5-12V兩檔 電壓等級的直流電源。電源變換器5的一個具體實施例如圖4所示，匹配網絡 12采用一個變壓器T與一個電感線圈L串聯組成，變壓器對超聲波聲電換能器 4的輸出電壓進行變壓處理；經過橋式整流和電容濾波電路由DC^DC變換器轉 換成穩定的5-12V直流供電電源。其中超聲波聲電換能器4與相應超聲波電聲
權利要求
1、一種光電電流互感器超聲波供能裝置，包括一個基于工頻輸入的驅動電源，其特征在于，該驅動電源設置在低壓側，并電連接一個超聲波電聲換能器，該電聲換能器的諧振面固定連結在一個超聲波絕緣傳導介質的低壓側端面上，該傳導介質的高壓側端面與一個超聲波聲電換能器的諧振面固定連結，該聲電換能器的輸出電連接一個電源變換器；電聲換能器由驅動電源產生超聲波，并通過傳導介質遠距離傳輸到高壓側端聲電換能器，聲電換能器把聲能變換成高頻電能，再由電源變換器轉換為直流電能向光電電流互感器高壓側用電單元輸出。
2、 如權利要求1所述的光電電流互感器超聲波供能裝置，其特征在于，所 述的驅動電源包括一個AC—DC變換電路，其輸出連接一個高頻逆變電路，該高 頻逆變電路通過匹配網絡輸出驅動電流至超聲波電聲換能器；
3、 如權利要求2所述的光電電流互感器超聲波供能裝置，其特征在于，所 述電聲換能器與高頻逆變電路之間可設有反饋回路，所述反饋回路包括連接電 聲換能器反饋信號輸出的頻率跟蹤電路，頻率跟蹤電路的輸出連接控制信號處 理電路，控制信號處理電路的輸出通過一個驅動電路輸至高頻逆變電路以驅動 高頻逆變電路中的功率管工作,產生超聲調控信號。
4、 如權利要求1所述的光電電流互感器超聲波供能裝置，其特征在于，所 述的電源變換器包括與超聲波聲電換能器連接的變壓器，該變壓器的輸出連接 有高頻整流濾波電路，高頻整流濾波電路通過一個DC""DC變換器輸出穩定的 5-12V直流供電電源。
5、 如權利要求1所述的光電電流互感器超聲波供能裝置，其特征在于，所 述聲電換能器與電源變換器的電連接可由插頭、插座連接。
6、如權利要求1至5任一所述的光電電流互感器超聲波供能裝置，其特征 在于，所述超聲波電聲、聲電換能器可采用壓電換能器。
全文摘要
本發明公開了一種光電電流互感器超聲波供能裝置，包括一個基于工頻出入的驅動電源，該驅動電源設置在低壓側，并電連接一個超聲波電聲換能器，該電聲換能器的諧振面固定連結在一個超聲波絕緣傳導介質的低壓側端面上，該傳導介質的高壓側端面與一個超聲波聲電換能器的諧振面固定連結，該聲電換能器的輸出電連接一個電源變換器；電聲換能器由驅動電源產生超聲波，并通過傳導介質遠距離傳輸到高壓側端聲電換能器把聲能變換成高頻電能，再由電源變換器轉換為直流電能向光電電流互感器高壓側用電單元輸出供電。本發明具有供電能量大，性能穩定，產生的電磁干擾小，高壓絕緣能力強等優點。
文檔編號B06B1/06GK101309057SQ20081015008
公開日2008年11月19日 申請日期2008年6月19日 優先權日2008年6月19日
發明者何文林, 劉曉輝, 光 席, 王煥然 申請人:西安交通大學