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1、(10)申请公布号 CN 102252766 A (43)申请公布日 2011.11.23 CN 102252766 A *CN102252766A* (21)申请号 201110098032.6 (22)申请日 2011.04.19 G01K 1/00(2006.01) H02J 17/00(2006.01) (71)申请人 北京航空航天大学 地址 100191 北京市海淀区学院路 37 号 申请人 珠海市可利电气有限公司 (72)发明人 武建文 金慧宇 张路明 廉世军 (74)专利代理机构 北京永创新实专利事务所 11121 代理人 李有浩 (54) 发明名称 具有悬浮自供电的开关柜触点无。
2、线测温装置 (57) 摘要 本发明公开了一种具有悬浮自供电的开关柜 触点无线测温装置， 该装置包括有悬浮感应模块、 电源管理模块、 温度传感器、 信号检测微处理器和 数据发送模块 ； 其中， 悬浮感应模块和电源管理 模块构成供电单元。母线在工作状态下产生的磁 场B(t)B(t)， Bz(t)通过悬浮感应模块进行 电压感应处理后输出耦合交流电压 V交流(t) 给电 源管理模块 ； 耦合交流电压 V交流(t) 经电源管理 模块进行过压、 过流及短路保护处理后输出工作 用直流电压V直流(t) ； 所述的工作用直流电压V直流 (t) 能够为信号检测微处理器和数据发送模块进 行供电。本发明的装置利用电磁。
3、耦合方式来获得 工作用电压， 并对悬浮感应模块输出的电压进行 过压、 过流及短路保护， 从而实现了开关柜触点无 线测温的悬浮自供电。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 3 页 说明书 8 页 附图 3 页 CN 102252772 A1/3 页 2 1. 一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 该装置包括有供电单元、 温度传 感器、 信号检测微处理器和数据发送模块， 其特征在于 ： 所述的供电单元包括有悬浮感应模 块和电源管理模块 ； 母线在工作状态下产生的磁场 B(t) B(t)， Bz(t) 通过悬浮感应模块进行电压感 应。
4、处理后输出耦合交流电压 V交流(t) 给电源管理模块 ； B(t) 表示采样时间周期 t 内的横 向磁场分量， Bz(t) 表示采样时间周期 t 内的纵向磁场分量 ； 耦合交流电压 V交流(t) 经电源管理模块进行过压、 过流及短路保护处理后输出工作用 直流电压 V直流(t) ； 所述的工作用直流电压 V直流(t) 能够为信号检测微处理器和数据发送 模块进行供电。 2. 根据权利要求 1 所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 其特征在于 ： 悬浮感应模块的机械结构部分采用 “工” 字型铁芯骨架和漆铜线构成， 该铁芯骨架包括有 A 侧板 (201)、 B 侧板 (202) 和横梁 (2。
5、03)， 横梁 (203) 安装在 A 侧板 (201) 与 B 侧板 (202) 之 间 ； 横梁 (203) 上紧密缠绕有漆铜线铁芯骨架采用磁饱和的硅钢片加工形成。 3. 根据权利要求 2 所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 其特征在于 ： 漆铜线的直径为 0.1mm 0.2mm， 缠绕 5000 匝 8000 匝。 4. 根据权利要求 1 所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 其特征在于 ： 所述悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元 (11)、 第一聚磁单元 (12)、 磁饱和保护单元 (13)、 纵向磁场改变单元 (21)、 第二聚磁单元 (22)、 磁感应积分回路。
6、单元 (10)、 电磁感应单 元 (20)、 过电压饱和保护单元 (31)、 短路保护单元 (32) 和低压磁滞补偿单元 (33) ； 横向磁场改变单元 (11) 用于接收采样时间周期 t 内的横向磁场分量 B(t)， 并对 B(t) 采用磁通连续性原理进行聚磁分布改变处理， 得到横向一级磁场强度 B11； 第一聚磁单元 (12) 用于对横向一级磁场强度 B11进行磁场矢量累加处理， 得到横向二 级磁场强度 B12； 磁饱和保护单元 (13) 用于对横向二级磁场强度 B12依据磁滞回线进行处理， 得到限值 磁场强度 B13； 纵向磁场改变单元(21)用于接收采样时间周期t内的纵向磁场分量Bz(。
7、t)， 并对Bz(t) 利用聚磁特性进行磁场分布改变处理， 得到纵向一级磁场强度 B21； 第二聚磁单元 (22) 用于对纵向一级磁场强度 B21进行磁场矢量累加处理， 得到纵向二 级磁场强度 B22； 磁感应积分回路单元 (10) 初始时对接收的限值磁场强度 B13和纵向二级磁场强度 B22 进行矢量叠加处理， 得到初始似稳磁场强度 B初始 -10； 过电压饱和保护单元 (31) 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与过电压饱和保护单元 (31) 设置的高压报警门限 HV 作比， 若 B初始 -10 HV 时， 则输出过电压反馈磁场强度 B31； 若 B初始 -10 HV 时， 过电压饱。
8、和保护单元 (31) 不输出反馈信号 ； 短路保护单元 (32) 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与短路保护单元 (32) 设置的 高电流报警门限 HI 作比， 若 B初始 -10 HI 时， 则输出短路反馈磁场强度 B32； 若 B初始 -10 HI 时， 短路保护单元 (32) 不输出反馈信号 ； 低压磁滞补偿单元 (33) 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与低压磁滞补偿单元 (33) 设置的低压报警门限 PV 作比， 若 B初始 -10 PV 时， 则输出低压反馈磁场强度 B33； 若 B初 权 利 要 求 书 CN 102252766 A CN 102252772 A2。
9、/3 页 3 始 -10 PV 时， 低压磁滞补偿单元 (33) 不输出反馈信号 ； 启动后的磁感应积分回路单元(10)对接收的限值磁场强度B13、 纵向二级磁场强度B22、 过电压反馈磁场强度 B31、 短路反馈磁场强度 B32和低压反馈磁场强度 B33进行串联校正处 理， 得到校正似稳磁场强度 B10。 电磁感应单元 (20) 对接收的校正似稳磁场强度 B10进行电磁能量转换处理， 得到耦合 交流电压 V交流(t)。 5. 根据权利要求 1 所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 其特征在于 ： 所述电源管理模块包括有倍压整流单元 (41)、 稳压单元 (42)、 输出过压保护单元。
10、 (43)、 电 压控制单元 (44)、 低压补偿单元 (45)、 限流保护单元 (46)、 过压保护单元 (47) 和储能单元 (48) ； 倍压整流单元 (41) 在初始启动时对接收到的耦合交流电压 V交流(t) 采用滤波电容的 储能特性进行倍压整流处理， 得到初始翻倍 - 直流电压 V启动 -41(t) ； 稳压单元 (42) 对接收的所述初始翻倍 - 直流电压 V启动 -41(t) 进行稳压处理， 得到稳恒 的初始直流电压 V启动 -42(t) ； 输出过压保护单元 (43) 采用稳压二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻倍 - 直流 电压 V启动 -41(t) 进行限压处理， 得到限压。
11、后 - 直流电压 V43(t) ； 储能单元 (48) 采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压 V启动 -42(t) 进行能量储存， 得到预调直流电压 Vout(t) 输出 ； 低压补偿单元 (45) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 并 将所述检测电压VV40与低压补偿单元(45)设置的低压报警门限PPV作比， 若VV40PPV时， 输出短路反馈电压 V45(t) ； 若 VV40 PPV 时， 低压补偿单元 (45) 不输出反馈信号 ； 限流保护单元 (46) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电流检测， 得到检测电流 IV40； 并 将所。
12、述检测电流 IV40与限流保护单元 (46) 设置的高电流报警门限 PHI 作比， 若 IV40 PHI 时， 输出限流反馈电压 V46(t) ； 若 IV40 PHI 时， 限流保护单元 (46) 不输出反馈信号 ； 过压保护单元 (47) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 并 将所述检测电压VV40与过压保护单元(47)设置的预值工作电压PMV作比， 若VB20PMV时， 输出过压反馈电压 V47(t) ； 若 VB20 PMV 时， 过压保护单元 47 不输出反馈信号 ； 电压控制单元 (44) 一方面对接收的 V43(t)、 V45(t)、 。
13、V46(t) 和 V47(t) 分别加上初始翻 倍 - 直流电压 V启动 -41(t)， 形成反馈校正电压 V44(t) PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t) 输出 ； 另一方面电压控制单元 (44) 对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压 V0进 行倍压整流单元 41 的反馈输出通断控制 ； 若 V0为高电平时， 则不对稳压单元 (42) 做输出 V41(t) ； 若 V0为低电平时， 则对稳压单元 (42) 做校正后的 V41(t) 输出 ； 启动后的倍压整流单元 (41) 会依据 V44(t) PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV。
14、47(t) 对 倍压整流单元 41 中倍压整流后的翻倍 - 直流电压进行校正， 得到校正后翻倍 - 直流电压 V41(t) ； 然后， V41(t) 经稳压单元 (42) 处理后输出稳恒的直流电压 V42(t) 给储能单元 (48) ； 在储能单元(48)中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压V42(t)进行能量储存， 得到持续 稳定的工作用直流电压 V直流(t) 输出 ； 所述工作用直流电压 V直流(t) 能够为信号检测微处 理器和数据发送模块供电。 6. 根据权利要求 1 所述的具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 其特征在于所 权 利 要 求 书 CN 102252766 A CN 1。
15、02252772 A3/3 页 4 述电源管理模块的电路连接为 ： 悬浮感应模块经电源接口 JP1 与电源管理模块实现连接 ； 电源接口 JP1 的 1 端经电容 C5、 二极管 D3 后接地 ； 电源接口JP1的2端一方面经二极管D2、 二极管D3后接地 ； 另一方面2端经电容C6接 地 ； 第三方面 2 端与三端稳压器芯片 U2( 选用 HT7150 型号芯片 ) 的 2 端连接 ； 三端稳压器芯片 U2 的 2 端经电容 C7 后接地， 1 端接地 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第一方面经电容 C8 接地 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第二方面经电阻 R8、 电容 C14 接。
16、地 ； 电容 C14 的两端并联有 电阻 R7 和 MOS 管 Q1( 选用 SI9430 型号 )， MOS 管 Q1 的 4 端经电阻 R10 后连接在信号检测 微处理器上 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第三方面顺次经电阻 R8、 电阻 R3、 电阻 R4、 电阻 R5 后接地 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第四方面顺次经电阻 R8、 电阻 R3 后连接在电压监视芯片 U2 的 3 端上 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第五方面经电阻 R8、 电阻 R6 后连接在电压监视芯片 U2 的 4 端上 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第六方面经电阻 R8 后与电压监视芯片 U。
17、2 的 5 端连接 ； 三端稳压器芯片 U2 的 3 端第七方面顺次经电阻 R8、 电阻 R3、 电阻 R4 后连接在电压监 视芯片 U2 的 1 端上 ； 电压监视芯片 U2 的 2 端接地 ； 电压监视芯片 U2 的 4 端与稳压电源芯片 U3 的 3 端连 接 ； 电压监视芯片 U2 的 5 端与稳压电源芯片 U3 的 1 端连接 ； 稳压电源芯片 U3 的 2 端接地 ； 稳压电源芯片 U3 的 4 端经电容 C9 接地 ； 稳压电源芯片 U3 的 5 端第一方面经电容 C10 后接地， 第二方面顺次经电感 L1、 钽电容 TC1、 电感 L2 后接地 ； 第三方面作为工作用直流电压 。
18、V直流(t) 输出。 权 利 要 求 书 CN 102252766 A CN 102252772 A1/8 页 5 具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置 技术领域 0001 本发明涉及一种适用于配电系统的无线测温装置， 更特别地说， 是指一种对输配 电系统中开关的导电触头、 连接端头和母线的工作温度进行在线检测的具有悬浮自供电的 无线测温装置。 背景技术 0002 中低压开关柜、 柱上开关和高压 GIS 接触部位过热现象已成为开关柜故障的常见 隐患， 由于开关柜体的密闭性， 在负荷较重尤其接触不良时， 会出现接触处温度升高， 接触 电阻增加， 温度进一步升高的恶性循环， 直接影响绝缘件的性能。
19、及设备寿命， 甚至出现燃烧 爆炸事故， 极大地降低了设备的安全运行可靠性 0003 公告日 2009 年 8 月 26 日， 授权公告号为 CN 100533081C 的中国专利公开了一种 “开关柜触点温度监测报警系统” ， 其由一个开关柜温度检测电路、 多个开关柜触点温度检 测电路、 对应的上位机和远方监控中心组成 ( 如图 1 所示 ) ； 其中开关柜触点温度检测电路 由供电单元、 温度传感器、 信号检测微处理器组和数据发送蓝牙模块组成(如图2所示)， 上 位机由数据接收蓝牙模块、 数据处理微处理器组、 数据显示报警单元、 数据通讯口和电源组 成 ； 上位机对接收到的触点温度数据、 开关柜。
20、空气温度数据和开关柜环境温度数据进行分 析、 处理后送到数据显示报警单元和数据通讯口， 通过网络传输至远方监控中心。 0004 现有开关柜触点温度检测电路在母线电流过大时， 易造成高压冲击， 以至于损坏 供电单元。 发明内容 0005 本发明的目的是提出一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 该装置利 用电磁耦合方式来获得工作用电压， 并对感应线圈输出的电压进行过压、 过流及短路保护， 从而实现了开关柜触点无线测温的悬浮自供电。 0006 本发明的一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 该装置包括有供电单 元、 温度传感器、 信号检测微处理器和数据发送模块， 所述的供电单元包括有悬。
21、浮感应模块 和电源管理模块 ； 0007 母线在工作状态下产生的磁场 B(t) B(t)， Bz(t) 通过悬浮感应模块进行电 压感应处理后输出耦合交流电压 V交流(t) 给电源管理模块 ； B(t) 表示采样时间周期 t 内 的横向磁场分量， Bz(t) 表示采样时间周期 t 内的纵向磁场分量 ； 0008 耦合交流电压 V交流(t) 经电源管理模块进行过压、 过流及短路保护处理后输出工 作用直流电压 V直流(t) ； 所述的工作用直流电压 V直流(t) 能够为信号检测微处理器和数据 发送模块进行供电。 0009 所述悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元 (11)、 第一聚磁单元 (12)、 。
22、磁饱和保 护单元(13)、 纵向磁场改变单元(21)、 第二聚磁单元(22)、 磁感应积分回路单元(10)、 电磁 感应单元 (20)、 过电压饱和保护单元 (31)、 短路保护单元 (32) 和低压磁滞补偿单元 (33) ； 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A2/8 页 6 0010 横向磁场改变单元 (11) 用于接收采样时间周期 t 内的横向磁场分量 B(t)， 并对 B(t) 采用磁通连续性原理进行聚磁分布改变处理， 得到横向一级磁场强度 B11； 0011 第一聚磁单元 (12) 用于对横向一级磁场强度 B11进行磁场矢量累加处理， 得到横 向二级。
23、磁场强度 B12； 0012 磁饱和保护单元 (13) 用于对横向二级磁场强度 B12依据磁滞回线进行处理， 得到 限值磁场强度 B13； 0013 纵向磁场改变单元 (21) 用于接收采样时间周期 t 内的纵向磁场分量 Bz(t)， 并对 Bz(t) 利用聚磁特性进行磁场分布改变处理， 得到纵向一级磁场强度 B21； 0014 第二聚磁单元 (22) 用于对纵向一级磁场强度 B21进行磁场矢量累加处理， 得到纵 向二级磁场强度 B22； 0015 磁感应积分回路单元(10)初始时对接收的限值磁场强度B13和纵向二级磁场强度 B22进行矢量叠加处理， 得到初始似稳磁场强度 B初始 -10； 0。
24、016 过电压饱和保护单元 (31) 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与过电压饱和保护 单元(31)设置的高压报警门限HV作比， 若B初始-10HV时， 则输出过电压反馈磁场强度B31； 若 B初始 -10 HV 时， 过电压饱和保护单元 (31) 不输出反馈信号 ； 0017 短路保护单元(32)对接收的初始似稳磁场强度B初始-10与短路保护单元(32)设置 的高电流报警门限HI作比， 若B初始-10HI时， 则输出短路反馈磁场强度B32； 若B初始-10HI 时， 短路保护单元 (32) 不输出反馈信号 ； 0018 低压磁滞补偿单元 (33) 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -。
25、10与低压磁滞补偿单元 (33) 设置的低压报警门限 PV 作比， 若 B初始 -10 PV 时， 则输出低压反馈磁场强度 B33； 若 B初 始 -10 PV 时， 低压磁滞补偿单元 (33) 不输出反馈信号 ； 0019 启动后的磁感应积分回路单元 (10) 对接收的限值磁场强度 B13、 纵向二级磁场强 度 B22、 过电压反馈磁场强度 B31、 短路反馈磁场强度 B32和低压反馈磁场强度 B33进行串联校 正处理， 得到校正似稳磁场强度 B10。 0020 电磁感应单元 (20) 对接收的校正似稳磁场强度 B10进行电磁能量转换处理， 得到 耦合交流电压 V交流(t)。 0021 所述。
26、电源管理模块包括有倍压整流单元 (41)、 稳压单元 (42)、 输出过压保护单元 (43)、 电压控制单元(44)、 低压补偿单元(45)、 限流保护单元(46)、 过压保护单元(47)和储 能单元 (48) ； 0022 倍压整流单元 (41) 在初始启动时对接收到的耦合交流电压 V交流(t) 采用滤波电 容的储能特性进行倍压整流处理， 得到初始翻倍 - 直流电压 V启动 -41(t) ； 0023 稳压单元 (42) 对接收的所述初始翻倍 - 直流电压 V启动 -41(t) 进行稳压处理， 得到 稳恒的初始直流电压 V启动 -42(t) ； 0024 输出过压保护单元 (43) 采用稳压。
27、二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻 倍 - 直流电压 V启动 -41(t) 进行限压处理， 得到限压后 - 直流电压 V43(t) ； 0025 储能单元 (48) 采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压 V启动 -42(t) 进行能量 储存， 得到预调直流电压 Vout(t) 输出 ； 0026 低压补偿单元 (45) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 并将所述检测电压 VV40与低压补偿单元 (45) 设置的低压报警门限 PPV 作比， 若 VV40 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A3/8 页 7 PPV 。
28、时， 输出短路反馈电压 V45(t) ； 若 VV40 PPV 时， 低压补偿单元 (45) 不输出反馈信 号 ； 0027 限流保护单元 (46) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电流检测， 得到检测电流 IV40； 并将所述检测电流IV40与限流保护单元(46)设置的高电流报警门限PHI作比， 若IV40 PHI 时， 输出限流反馈电压 V46(t) ； 若 IV40 PHI 时， 限流保护单元 (46) 不输出反馈信 号 ； 0028 过压保护单元 (47) 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 并将所述检测电压VV40与过压保护单元(47。
29、)设置的预值工作电压PMV作比， 若VB20 PMV 时， 输出过压反馈电压 V47(t) ； 若 VB20 PMV 时， 过压保护单元 47 不输出反馈信号 ； 0029 电压控制单元 (44) 一方面对接收的 V43(t)、 V45(t)、 V46(t) 和 V47(t) 分别加上初始 翻倍-直流电压V启动-41(t)， 形成反馈校正电压V44(t)PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t) 输出 ； 另一方面电压控制单元 (44) 对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压 V0进 行倍压整流单元 41 的反馈输出通断控制 ； 若 V0为高电平时， 则不对稳压单。
30、元 (42) 做输出 V41(t) ； 若 V0为低电平时， 则对稳压单元 (42) 做校正后的 V41(t) 输出 ； 0030 启动后的倍压整流单元 (41) 会依据 V44(t) PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t) 对倍压整流单元 41 中倍压整流后的翻倍 - 直流电压进行校正， 得到校正后翻倍 - 直流电压 V41(t) ； 然后， V41(t) 经稳压单元 (42) 处理后输出稳恒的直流电压 V42(t) 给储能单元 (48) ； 在储能单元(48)中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压V42(t)进行能量储存， 得到持续 稳定的工作用直流电压 V直流。
31、(t) 输出 ； 所述工作用直流电压 V直流(t) 能够为信号检测微处 理器和数据发送模块供电。 0031 本发明具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置的优点在于 ： 0032 采用无线悬浮电源设计， 耦合被测温设备附近工频交变电流磁场， 做为测温电 源能量来源， 可以在 50A 4000A 工作， 其测温范围为 -25 125。 0033 采用多模式的过压、 过流保护， 能够保护悬浮感应模块不输出过高电压、 电流， 以损坏供电单元。 0034 利用温度传感器测量开关设备触头、 母线的温度， 经单片机采样， 通过无线发射 装置传送到温度数据集控装置。 附图说明 0035 图 1 是本发明开关柜。
32、触点无线测温装置的结构框图。 0036 图 2 是本发明悬浮感应模块的结构框图。 0037 图 2A 是本发明悬浮感应模块中骨架的结构图。 0038 图 3 是本发明电源管理模块的结构框图。 0039 图 3A 是本发明电源管理模块的电路原理图。 具体实施方式 0040 下面将结合附图对本发明做进一步的详细说明。 0041 本发明旨在对现有的开关柜触点温度检测电路的供电单元进行的改进。 0042 参见图 1 所示， 本发明的一种具有悬浮自供电的开关柜触点无线测温装置， 该装 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A4/8 页 8 置包括有悬浮感应模块、 电源管理模。
33、块、 温度传感器、 信号检测微处理器和数据发送模块 ； 其中， 悬浮感应模块和电源管理模块构成供电单元。 0043 在本发明中， 母线在工作状态下产生的磁场 B(t) B(t)， Bz(t) 通过悬浮感应 模块进行电压感应处理后输出耦合交流电压 V交流(t) 给电源管理模块 ； 0044 耦合交流电压 V交流(t) 经电源管理模块进行过压、 过流及短路保护处理后输出工 作用直流电压 V直流(t) 给信号检测微处理器和数据发送模块 ； 所述的工作用直流电压 V直流 (t) 能够为信号检测微处理器和数据发送模块进行供电 ； 0045 母线在工作状态下产生的工作温度 Tin经温度传感器进行模数转换后。
34、得到数字温 度 DT ； 该数字温度 DT 在信号检测微处理器中作为母线工作状态异常的判断依据， 经信号检 测微处理器处理后的上传信息 DD DT， ID， PV， HV 经数据发送模块发送至上位机中。 0046 在本发明中， 磁场 B(t) B(t)， Bz(t) 中的 B(t) 表示采样时间周期 t 内的横 向磁场分量， Bz(t) 表示采样时间周期 t 内的纵向磁场分量。 0047 在本发明中， 上传信息 DD DT， ID， PV， HV 中的 DT 表示数字温度， ID 表示母线 所在开关柜的标识， PV 表示低压报警门限， HV 表示高压报警门限。 0048 ( 一 ) 悬浮感应模。
35、块 0049 在本发明中， 悬浮感应模块的机械结构部分采用 “工” 字型铁芯骨架 ( 如图 2A 所 示 ) 和漆铜线构成， 该铁芯骨架包括有 A 侧板 201、 B 侧板 202 和横梁 203， 横梁 203 安装在 A 侧板 201 与 B 侧板 202 之间。横梁 203 上紧密缠绕有漆铜线 ( 漆铜线的直径为 0.1mm 0.2mm， 一般缠绕 5000 匝 8000 匝 )。铁芯骨架采用磁饱和的硅钢片加工形成。 0050 本发明设计的悬浮感应模块能够紧密贴在配电系统上， 不用改变配电装置内部结 构， 安装更加方便， 而且体积小， 更加适合于体积日益减小的配电装置。并且悬浮感应模块 。
36、利用硅钢的磁饱和特性， 当母线流入大电流时， 铁芯磁饱和， 使感应电势缓慢的变化， 再通 过多个保护单元 ( 即图 2 中的磁饱和保护单元 13、 过电压饱和保护单元 31、 短路保护单元 32 和低压磁滞补偿单元 33)， 可以提供较为稳定的耦合感应交流电压。多个保护单元为悬 浮感应模块的电路结构部分。 0051 参见图2所示， 悬浮感应模块包括有横向磁场改变单元11、 第一聚磁单元12、 磁饱 和保护单元13、 纵向磁场改变单元21、 第二聚磁单元22、 磁感应积分回路单元10、 电磁感应 单元 20、 过电压饱和保护单元 31、 短路保护单元 32 和低压磁滞补偿单元 33。 0052 。
37、横向磁场改变单元 11 用于接收采样时间周期 t 内的横向磁场分量 B(t)， 并对 B(t) 采用磁通连续性原理 ( 参考 现代电力电子的磁技术 ， 杨玉岗编著， 第一章 1.1 节麦 克斯韦方程组的介绍 ) 进行聚磁分布改变处理， 得到横向一级磁场强度 B11； 0053 第一聚磁单元 12 用于对横向一级磁场强度 B11进行磁场矢量累加处理， 得到横向 二级磁场强度 B12； 0054 磁饱和保护单元 13 用于对横向二级磁场强度 B12依据磁滞回线 ( 参考 现代电力 电子的磁技术 ， 杨玉岗编著， 第二章第2.1节磁性材料的特性参数的介绍)进行处理， 得到 限值磁场强度 B13； 0。
38、055 纵向磁场改变单元 21 用于接收采样时间周期 t 内的纵向磁场分量 Bz(t)， 并对 Bz(t) 利用聚磁特性进行磁场分布改变处理， 得到纵向一级磁场强度 B21； 0056 第二聚磁单元 22 用于对纵向一级磁场强度 B21进行磁场矢量累加处理， 得到纵向 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A5/8 页 9 二级磁场强度 B22； 0057 磁感应积分回路单元 10 初始时对接收的限值磁场强度 B13和纵向二级磁场强度 B22进行矢量叠加处理， 得到初始似稳磁场强度 B初始 -10； 0058 过电压饱和保护单元 31 对接收的初始似稳磁场强度 B。
39、初始 -10与过电压饱和保护单 元 31 设置的高压报警门限 HV 作比， 若 B初始 -10 HV 时， 则输出过电压反馈磁场强度 B31； 若 B初始 -10 HV 时， 过电压饱和保护单元 31 不输出反馈信号 ； 0059 短路保护单元 32 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与短路保护单元 32 设置的 高电流报警门限 HI 作比， 若 B初始 -10 HI 时， 则输出短路反馈磁场强度 B32； 若 B初始 -10 HI 时， 短路保护单元 32 不输出反馈信号 ； 0060 低压磁滞补偿单元 33 对接收的初始似稳磁场强度 B初始 -10与低压磁滞补偿单元 33 设置的低压。
40、报警门限 PV 作比， 若 B初始 -10 PV 时， 则输出低压反馈磁场强度 B33； 若 B初 始 -10 PV 时， 低压磁滞补偿单元 33 不输出反馈信号 ； 0061 启动后的磁感应积分回路单元 10 对接收的限值磁场强度 B13、 纵向二级磁场强度 B22、 过电压反馈磁场强度 B31、 短路反馈磁场强度 B32和低压反馈磁场强度 B33进行串联校正 处理， 得到校正似稳磁场强度 B10。 0062 电磁感应单元 20 对接收的校正似稳磁场强度 B10进行电磁能量转换处理， 得到耦 合交流电压 V交流(t)。 0063 在本发明中， 悬浮感应模块利用硅钢材料的饱和特性， 设计出电磁。
41、感应线圈能产 生的最高电压， 而使得在电气接点处导线产生几千安至几十千安的电流时不会感应出过高 电压以保护电源电路。采用 “工” 字形电磁感应线圈骨架、 以及线圈匝数的最优选取， 使线 圈能以最小的体积产生最高的感应电压， 而且一次回路电流在 50A 以上该感应线圈可稳定 工作。 0064 在本发明中， 悬浮感应模块采用横、 纵的磁场强度叠加， 有利于能量的最大化利 用， 使得单位体积下产生更高的电能， 从而为信号检测微处理器和数据发送模块提供稳定 的工作电压。 0065 在本发明中， 采用多模式的过压、 过流保护， 能够保护悬浮感应模块不输出过高电 压、 电流， 以损坏供电单元。 0066 。
42、( 二 ) 电源管理模块 0067 参见图3所示， 电源管理模块包括有倍压整流单元41、 稳压单元42、 输出过压保护 单元 43、 电压控制单元 44、 低压补偿单元 45、 限流保护单元 46、 过压保护单元 47 和储能单 元 48。 0068 倍压整流单元 41 在初始启动时对接收到的耦合交流电压 V交流(t) 采用滤波电容 的储能特性进行倍压整流处理， 得到初始翻倍整流的直流电压 V启动 -41(t)( 简称为初始翻 倍 - 直流电压 V启动 -41(t) ； 0069 稳压单元 42 对接收的所述初始翻倍 - 直流电压 V启动 -41(t) 进行稳压处理， 得到稳 恒的初始直流电压。
43、 V启动 -42(t) ； 0070 输出过压保护单元 43 采用稳压二极管的稳压特性对接收到的所述初始翻倍 - 直 流电压 V启动 -41(t) 进行限压处理， 得到限压调整后的直流电压 V43(t)( 简称为限压后 - 直流 电压 V43(t) ； 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A6/8 页 10 0071 储能单元 48 采用电容的储能特性对稳恒的初始直流电压 V启动 -42(t) 进行能量储 存， 得到预调直流电压 Vout(t) 输出 ； 0072 低压补偿单元 45 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 。
44、并将所述检测电压 VV40与低压补偿单元 45 设置的低压报警门限 PPV(PPV 一般设置为 2V 2.7V) 作比， 若 VV40 PPV 时 ( 即电能补偿 )， 输出短路反馈电压 V45(t) ； 若 VV40 PPV 时， 低压补偿单元 45 不输出反馈信号 ； 0073 限流保护单元 46 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电流检测， 得到检测电流 IV40； 并将所述检测电流 IV40与限流保护单元 46 设置的高电流报警门限 PHI(PHI 一般设置为 100mA) 作比， 若 IV40 PHI 时 ( 即限流处理 )， 输出限流反馈电压 V46(t) ； 若 IV40 。
45、PHI 时， 限流保护单元 46 不输出反馈信号 ； 0074 过压保护单元 47 用于对预调直流电压 Vout(t) 进行电压检测， 得到检测电压 VV40； 并将所述检测电压 VV40乙与过压保护单元 47 设置的预值工作电压 PMV(PMV 一般设置为 3V 3.6V) 作比， 若 VB20 PMV 时 ( 即降压处理 )， 输出过压反馈电压 V47(t) ； 若 VB20 PMV 时， 过压保护单元 47 不输出反馈信号 ； 0075 电压控制单元 44 一方面对接收的 V43(t)、 V45(t)、 V46(t) 和 V47(t) 分别加上初始翻 倍-直流电压V启动-41(t)， 形。
46、成反馈校正电压V44(t)PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t)输 出 ； 另一方面电压控制单元 44 对接收的信号检测微处理器输出的通断控制电压 V0进行倍 压整流单元 41 的反馈输出通断控制 ； 若 V0为高电平时， 则不对稳压单元 42 做输出 V41(t) ； 若 V0为低电平时， 则对稳压单元 42 做校正后的 V41(t) 输出 ； 0076 在本发明中， 反馈校正电压 V44(t) PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t) 中的 PV43(t) V43(t)+V启动 -41(t) 表示校正后的限压后 - 直流电压 ； P。
47、V45(t) V45(t)+V启动 -41(t) 表示校正后的短路反馈电压 ； PV46(t) V46(t)+V启动 -41(t) 表示校正后的限流反馈电压 ； PV47(t) V47(t)+V启动 -41(t) 表示校正后的过压反馈电压。 0077 在本发明中， 启动后的倍压整流单元 41 会依据 V44(t) PV43(t)， PV45(t)， PV46(t)， PV47(t) 对倍压整流单元 41 中倍压整流后的翻倍 - 直流电压进行校正， 得到校正 后翻倍 - 直流电压 V41(t) ； 然后， V41(t) 经稳压单元 42 处理后输出稳恒的直流电压 V42(t) 给储能单元 48 。
48、； 在储能单元 48 中采用电容的储能特性对稳恒的直流电压 V42(t) 进行能量 储存， 得到持续稳定的工作用直流电压 V直流(t) 输出 ； 所述工作用直流电压 V直流(t) 能够为 信号检测微处理器和数据发送模块供电。 0078 在本发明中， 整流后的直流电压然后再依次通过恒压电路和输出滤波电路后形成 稳定的直流电压。为了防止外部输出回路短接或电磁冲击等对电源装置造成的不利影响， 还设计有输出保护电路， 该电路具有过流、 过压和短路保护功能。 0079 为了能够更稳定的提供较长时间的备用电源， 还设计有储能电容C14。 当高压线路 中的电流较大时， 电源管理模块输出的电能也大， 超过负载。
49、需求时， 储能电容 C14 将多余的 电能储存越来 ； 在高压线路空载或电流较小时， 储能电容 C14 将储存的能量释放出来， 从而 可以提供稳定的电能输出。限压调整后的直流电压与储能单元 48 相连， 储能单元 48 由大 容量储能电容 C14 组成， 储能电容 C14 采用容量大， 体积小并且漏电流极小的钽电解电容。 0080 在本发明中， 电源管理模块采用倍压整流电路(如图3A所示)将耦合交流电压V交 流(t) 利用滤波电容的储能作用， 能够获得高于耦合交流电压 V交流(t) 几倍的直流电压。倍 说 明 书 CN 102252766 A CN 102252772 A7/8 页 11 压整流单元。