一種高空電能接收裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種高空電能接收裝置，其包括引雷針（1）、變壓器（2）、壓敏電阻（3）和火花間隙（4），其中引雷針（1）接在變壓器（2）上，變壓器（2）、火花間隙（4）和壓敏電阻（3）依次串聯(lián)。本發(fā)明的高空電能接收裝置包括多個方案，其可以自主收集云間電荷，并轉(zhuǎn)化為可用電。如果收集到過高電壓的雷電時還會自動斷開與用電設(shè)備的連接并引雷電入地，避免過高電壓危害到人們的生命財產(chǎn)安全。
【專利說明】一種高空電能接收裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷電的接收【技術(shù)領(lǐng)域】，具體是涉及一種高空電能接收裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高空中經(jīng)常帶有巨大的電能，例如在云層中，時常形成雷電，而且有時給人類帶來災(zāi)難。如果能將這些電能收集起來，不僅可以減少災(zāi)難，變廢為寶，而且可以減少甚至消除具有污染的能源的使用，有利于環(huán)境保護。過去曾有人發(fā)明利用風(fēng)箏收集云層中的電能。但風(fēng)箏只能順著風(fēng)向飛行，而且風(fēng)力過大時還很難控制。所以，利用風(fēng)箏收集高空電能的想法在實際應(yīng)用的過程中基本上沒有付諸實施，只是一種想法。
[0003]申請?zhí)枮?00410092093.1的中國發(fā)明專利申請公開了一種雷電收集器，包括避雷針、安全保護器、蓄電站、滿荷信號器和自動閉合開關(guān)。其是從避雷器上分出兩根導(dǎo)線，一根導(dǎo)線依次連接安全保護器、蓄電站、滿荷信號器及地線，另一根導(dǎo)線則連接自動閉合開關(guān)。其是利用自動閉合開關(guān)來實現(xiàn)對可用雷電的判斷的，能在發(fā)生雷擊的時候收集電能。該雷電收集器在接收到攜帶超高壓電能的雷電時，自動閉合開關(guān)可以閉合接地，將雷電電流引入地下。但由于其自動閉合開關(guān)和蓄電站等集電設(shè)備是并聯(lián)在一起的，所以當(dāng)雷電來臨時，很可能出現(xiàn)自動閉合開關(guān)還未接通地線，其它集電裝置就已經(jīng)被雷電損壞的狀況。
[0004]此外，前蘇聯(lián)的一些科學(xué)家和發(fā)明家也曾對從雷電中提取電能做過大量研究和實驗，特別是利用與避雷針相似的電極從高空中提取電能，但基本上都沒有成功，其主要原因在于雷電的電能太大，實驗用的蓄電裝置均被燒毀。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷與不足，本發(fā)明提供一種高空電能接收裝置，該裝置能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中電能接收裝置容易損壞的技術(shù)缺陷。該裝置可收集云層中的電荷并將其轉(zhuǎn)化為可用電；且當(dāng)收集的電荷的電壓過高時，能及時將該電接地釋放電能，保護其它電能接收裝置內(nèi)的其它設(shè)備不被摧毀或損壞。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:高空電能接收裝置，包括引雷針、變壓器、壓敏電阻和火花間隙及電感器，所述變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙，火花間隙的一端、電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端接地，壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0007]優(yōu)選的是，引雷針接在變壓器上，所述變壓器、火花間隙和壓敏電阻依次串聯(lián)，當(dāng)通過火花間隙的電壓值達到或超過其閾值電壓時，火花間隙之間的空氣就會被擊穿并產(chǎn)生電火花，電流將會通過此間隙被導(dǎo)入大地。
[0008]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述電感器為共模電感器。
[0009]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙，火花間隙的一端、共模電感器的一個繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、共模電感器的另一個繞組和壓敏電阻的另一端也依次串聯(lián)，火花間隙有一端接地，壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0010]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述電感器至少為兩個。
[0011]在上述任一方案中優(yōu)選的是，所述變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙，火花間隙連接有電感器，火花間隙的一端、任一個電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、另一個電感器和壓敏電阻的另一端也依次串聯(lián)，火花間隙有一端接地，壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0012]在上述任一方案中優(yōu)選的是，其還包括互感器和雙向可控硅。
[0013]在上述任一方案中優(yōu)選的是，火花間隙的一端、雙向可控娃的一端主電極、互感器的一個初級繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、雙向可控娃的另一端主電極、互感器的次級繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)且火花間隙的另一端連接互感器的另一個初級繞組。
[0014]在上述任一方案中優(yōu)選的是，雙向可控硅的門極和互感器的次級繞組相連。
[0015]在上述任一方案中優(yōu)選的是，雙向可控硅中的一個主電極接地。
[0016]在上述任一方案中優(yōu)選的是，其還包括電位器，電位器連接在互感器的次級繞組上，雙向可控硅的門極連接電位器。
[0017]本發(fā)明的第一設(shè)計方案為:高空電能接收裝置包括變壓器、電感器、壓敏電阻和火花間隙。變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙?；鸹ㄩg隙的一端、電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)；火花間隙有一端接地。壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0018]本發(fā)明的第二設(shè)計方案為:高空電能接收裝置包括變壓器、至少兩個電感器、壓敏電阻和火花間隙。變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙?；鸹ㄩg隙接有電感器?；鸹ㄩg隙的一端、電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、另一電感器和壓敏電阻的另一端也依次串聯(lián)?；鸹ㄩg隙有一端接地。壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0019]本發(fā)明的第三設(shè)計方案為:高空電能接收裝置包括變壓器、電感器、壓敏電阻和火花間隙，其中電感選用共模電感器。變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙?；鸹ㄩg隙的一端、共模電感器的一個繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、共模電感器的另一個繞組和壓敏電阻的另一端也依次串聯(lián)?；鸹ㄩg隙有一端接地。壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0020]本發(fā)明的第四設(shè)計方案為:高空電能接收裝置包括變壓器、壓敏電阻、火花間隙、互感器、雙向可控硅和電位器。變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙。火花間隙的一端、雙向可控娃的一端主電極、互感器的一個初級繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、雙向可控硅的另一端主電極、互感器次級繞組和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)。且火花間隙的另一端連接互感器的另一個初級繞組。雙向可控硅的一個主電極接地。電位器連接在互感器次級繞組上，雙向可控硅的門極連接電位器?；鸹ㄩg隙有一端接地。壓敏電阻連接用電設(shè)備。
[0021]本發(fā)明的工作原理是:根據(jù)設(shè)定的閾值電壓，使用者可以調(diào)整火花間隙的接地?fù)舸╅g隙。而當(dāng)高空電能接收裝置接收到的云層電荷經(jīng)變壓器變壓后，其電壓值小于設(shè)定的閾值電壓時，裝置與大地之間是絕緣的；這時引雷針引下的云間電壓經(jīng)過本裝置的整流后就可直接輸入到用電設(shè)備使用。前端引雷針引入的高空電能經(jīng)變壓器變壓后的電壓值達到或超過所設(shè)定的閾值電壓時，火花間隙之間的空氣就會被擊穿，并產(chǎn)生電火花，電流將會通過該火花間隙的接地線被導(dǎo)入大地。裝置中的火花間隙的兩端間隙通常選用鋸齒狀金屬片，其基于尖端放電原理，更容易產(chǎn)生電火花。裝置中電感器的作用是限制輸入壓敏電阻的電流值，可使收集到的云間電壓的利用率更高。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明的優(yōu)點在于:該高空電能接收裝置可以自主收集云層電荷并轉(zhuǎn)化為可用電；如果收集到過高電壓的云層電荷時還會與用電設(shè)備自動斷開連接并引電入地，可以避免過高的高壓電對人們生命財產(chǎn)的危害，確保安全用電、自動化程度高、節(jié)能環(huán)保。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明的高空電能接收裝置第一優(yōu)選實施例的電路原理圖。
[0024]圖2為本發(fā)明的高空電能接收裝置的第二優(yōu)選實施例的電路原理圖。
[0025]圖3為本發(fā)明的高空電能接收裝置的第三優(yōu)選實施例的電路原理圖。
[0026]圖4為本發(fā)明的高空電能接收裝置的第四優(yōu)選實施例的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例作進一步參數(shù)說明；
實施例1:
如圖1所示，高空電能接收裝置，包括引雷針1、變壓器、電感器4、壓敏電阻3，其中所述變壓器的一端連接引雷針1，所述變壓器的另一端連接火花間隙4。所述火花間隙4的一端、電感器4和壓敏電阻3的另一端依次串聯(lián)。火花間隙4的另一端連接壓敏電阻3的另一端。此外，火花間隙4有一端接地，壓敏電阻3連接用電設(shè)備5。
[0028]實施例2:
如圖2所示，高空電能接收裝置包括引雷針1、變壓器2、兩個電感器、壓敏電阻3和火花間隙4。變壓器2 —端連接引雷針1，另一端連接火花間隙4?；鸹ㄩg隙4的一端、任一個電感器和壓敏電阻3VDR1的一端依次串聯(lián)，火花間隙4的另一端、另一個電感器和壓敏電阻3的另一端也依次串聯(lián)。火花間隙4有一端接地，壓敏電阻3連接用電設(shè)備5。
[0029]實施例3:
如圖3所示，高空電能接收裝置包括引雷針1、變壓器2、共模電感器10、壓敏電阻3和火花間隙4。變壓器2 —端連接引雷針1，另一端連接火花間隙4?；鸹ㄩg隙4的一端、共模電感器10的一個繞組和壓敏電阻3的一端依次串聯(lián)，火花間隙4的另一端、共模電感器10的另一個繞組和壓敏電阻3的另一端也依次串聯(lián)?；鸹ㄩg隙4有一端接地，壓敏電阻3連接用電設(shè)備5。
[0030]根據(jù)本發(fā)明實施例1-3中的高空電能接收裝置的原理是:在接收到引雷針I(yè)引下的云層電荷后，變壓器2會先將此云間電壓變壓，然后輸送至火花間隙4。之后火花間隙4上的電壓會持續(xù)加大，其加大到一定電壓后火花間隙4中的空氣就被擊穿并開始向地放電；因此，與此火花間隙4相連的電感器上的電流從火花間隙4開始放電后就不會再升高了。所述電感器將該電流限流后輸入與其串聯(lián)的壓敏電阻3中；接到電流后壓敏電阻3兩端的電壓開始升高，當(dāng)兩端電壓升高到壓敏電阻3的觸發(fā)電壓時，壓敏電阻3開始導(dǎo)通，此時其兩端的電壓值也近似于其觸發(fā)電壓值，此電壓值為安全值。所以與壓敏電阻3相連的用電設(shè)備接收到的電壓也都是屬于安全值范圍內(nèi)的。
[0031]實施例4:
如圖4所示，高空電能接收裝置，包括變壓器2、壓敏電阻3、火花間隙4、互感器6、雙向可控硅7和電位器8。變壓器2 —端連接引雷針1，另一端連接火花間隙3?；鸹ㄩg隙4的一端、雙向可控娃7的一端主電極、互感器6的一個初級繞組和壓敏電阻3的一端依次串聯(lián)，火花間隙3的另一端、雙向可控硅7的另一端主電極、互感器6的次級繞組和壓敏電阻3的一端依次串聯(lián)。且火花間隙3的另一端連接互感器6的另一個初級繞組。雙向可控硅7的一個主電極接地。電位器8連接在互感器6的次級繞組上，雙向可控硅7的門極連接電位器8?；鸹ㄩg隙4有一端接地，壓敏電阻3連接用電設(shè)備5。
[0032]根據(jù)實施例4，在本實施例中，高空電能接收裝置在接收到經(jīng)變壓器2變壓后屬于正常電壓值范圍內(nèi)的云間電壓時，其互感器6的兩個初級線圈的電流大小相等、方向相反，這兩個電流的向量和為零；所以互感器6的次級繞組中無電流流過，雙向可控硅7由于得不到觸發(fā)信號而處于截止?fàn)顟B(tài)，此時的電壓就可以與輸入到高空電能接收裝置相連的用電設(shè)備5中。高空電能接收裝置在接收到經(jīng)變壓器2變壓后具有很高數(shù)值的云間電壓情況下，其壓敏電阻3會被擊穿放電，破壞原本電路的電壓平衡狀態(tài)，使互感器6中有感應(yīng)電壓輸出。之后，電位器8會檢出此電壓信號并會觸發(fā)雙向可控娃7導(dǎo)通,使電流通過雙向可控娃7流入地線，從而達到保護用電設(shè)備的目的。
[0033]根據(jù)設(shè)定的閾值電壓，例如1000V到300000V之間的任一電壓值，使用者可以調(diào)整火花間隙的接地?fù)舸╅g隙。所述火花間隙可以采用鋸齒形火花間隙，將鋸齒形火花間隙的金屬條改裝在一個低壓熔絲盒內(nèi)，空氣間隙可以整定在1000V-10000V的范圍內(nèi)，在正常的情況下它不放電，而在因雷電引起過高電壓時進行火花放電，把雷電引入大地，從而保護設(shè)備。為了克服該種類型的火花間隙避雷器放電一次即被燒壞，需要重新更換火花間隙的缺陷，可以采用多組可拆卸式火花間隙。此種火花間隙的避雷成本較低，而且容易制作。而當(dāng)高空電能接收裝置接收到的云層電荷經(jīng)變壓器變壓后，其電壓值小于設(shè)定的閾值電壓時，裝置與大地之間是絕緣的；這時引雷針引下的云間電壓經(jīng)過本裝置的整流后就可直接輸入到用電設(shè)備使用。前端引雷針引入的高空電能接收裝置的云層電荷經(jīng)變壓器變壓后的電壓值達到或超過所設(shè)定的閾值電壓時，火花間隙之間的空氣就會被擊穿，并產(chǎn)生電火花，電流將會通過該間隙被導(dǎo)入大地。裝置中的火花間隙的兩端間隙通常選用鋸齒狀金屬片，其基于尖端放電原理，更容易產(chǎn)生電火花。裝置中電感器的作用是限制輸入壓敏電阻的電流值，可使收集到的云間電壓的利用率更高。
[0034]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
[0035]閱讀了本說明書后，本領(lǐng)域技術(shù)人員不難看出，本發(fā)明是由現(xiàn)有的技術(shù)有機結(jié)合所構(gòu)成。本發(fā)明中各部分的現(xiàn)有技術(shù)有些在此給予了詳細(xì)描述，有些則出于說明書簡明考慮并未事無巨細(xì)地贅述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了說明書后便知所云。而且本領(lǐng)域技術(shù)人員也不難看出，為構(gòu)成本發(fā)明而對這些現(xiàn)有技術(shù)的有機結(jié)合飽含了大量創(chuàng)造性勞動，是發(fā)明人多年理論分析和大量實驗的結(jié)晶。本領(lǐng)域技術(shù)人員同樣可以從說明書中看出，這里所披露的每個技術(shù)方案以及各個特征的任意組合都屬于本發(fā)明的一部分。
【權(quán)利要求】
1.一種高空電能接收裝置，包括引雷針(I)、變壓器(2)、壓敏電阻(3)和火花間隙(4)及電感器，其特征在于:所述變壓器一端連接引雷針，另一端連接火花間隙，火花間隙的一端、電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端接地，壓敏電阻連接用電設(shè)備(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的高空電能接收裝置，其特征在于:引雷針(I)接在變壓器(2)上，所述變壓器(2)、火花間隙(4)和壓敏電阻(3)依次串聯(lián)。
3.如權(quán)利要求1所述的高空電能接收裝置，其特征在于:所述電感器為共模電感器。
4.如權(quán)利要求3所述的高空電能接收裝置，其特征在于:所述變壓器(2)—端連接引雷針(1)，另一端連接火花間隙(4)，火花間隙(4)的一端、共模電感器的一個繞組和壓敏電阻(3)的一端依次串聯(lián)，火花間隙的另一端、共模電感器的另一個繞組和壓敏電阻(3)的另一端也依次串聯(lián)，火花間隙(4)有一端接地，壓敏電阻(3)連接用電設(shè)備(5)。
5.如權(quán)利要求1所述的高空電能接收裝置，其特征在于:所述電感器至少為兩個。
6.如權(quán)利要求5所述的高空電能接收裝置，其特征在于:所述變壓器(2)—端連接引雷針(1)，另一端連接火花間隙(4)，火花間隙(4)的每端均連接有電感器，火花間隙(4)的一端、任一個電感器和壓敏電阻的一端依次串聯(lián)，火花間隙(4)的另一端、另一個電感器和壓敏電阻(3)的另一端也依次串聯(lián)，火花間隙(4)有一端接 地，壓敏電阻(3)連接用電設(shè)備(5)。
7.如權(quán)利要求1所述的高空電能接收裝置，其特征在于:其還包括互感器(6)和雙向可控硅(7)。
8.如權(quán)利要求7所述的高空電能接收裝置，其特征在于:火花間隙(4)的一端、雙向可控硅(7)的一端主電極、互感器(6)的一個初級繞組和壓敏電阻(3)的一端依次串聯(lián)，火花間隙(4)的另一端、雙向可控硅(7)的另一端主電極、互感器(6)的次級繞組和壓敏電阻(3)的一端依次串聯(lián)且火花間隙(4)的另一端連接互感器(6)的另一個初級繞組。
9.如權(quán)利要求8所述的高空電能接收裝置，其特征在于:雙向可控硅(7)的門極和互感器(6)的次級繞組相連。
10.如權(quán)利要求9所述的高空電能接收裝置，其特征在于:雙向可控硅(7)中的一個主電極接地。
【文檔編號】H05F7/00GK103906332SQ201410143087
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月11日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月11日
【發(fā)明者】趙杰民 申請人:北京聯(lián)合大學(xué)