周風(fēng)余，溫龍旺，蘇 鵬，郭 丹

（山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院,濟(jì)南 250061）

高壓輸電線路巡檢機(jī)器人能源在線補(bǔ)給裝置的研制

周風(fēng)余，溫龍旺，蘇 鵬，郭 丹

（山東大學(xué)控制科學(xué)與工程學(xué)院,濟(jì)南 250061）

0 引言

高壓架空輸電線路巡檢機(jī)器人攜帶大量的檢測(cè)儀器和通信設(shè)備沿輸電線路行駛,對(duì)線路故障及安全事故隱患進(jìn)行巡視,并將所檢測(cè)的信息實(shí)時(shí)向地面?zhèn)魉停芰肯妮^大。由于機(jī)器人懸掛在輸電線上，而高壓輸電線路又多分布在野外,跨越山川湖泊，在巡檢過程中需要頻繁更換電池，給巡視工作造成極大不便,限制了巡檢機(jī)器人的廣泛應(yīng)用。因此，為徹底解決巡檢機(jī)器人的能源瓶頸，研究如何從高壓輸電線感應(yīng)取電的方式為機(jī)器人在線補(bǔ)給電能,最大限度地提高機(jī)器人的續(xù)航能力，使之真正符合實(shí)用化的要求，成為一個(gè)必須要解決的問題。

1 巡檢機(jī)器人電源系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1為高壓輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人電源系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)框圖，它由能源在線補(bǔ)給裝置、電池和DC-DC電源轉(zhuǎn)換模塊等組成[1]。其中能源補(bǔ)給裝置由一相高壓架空輸電線為原邊，以鐵磁線圈為副邊的電流互感器（CT）、開關(guān)電源、電流檢測(cè)電路、斬波器、電池檢測(cè)及充電控制器、自適應(yīng)電源切換器和蓄電池等組成。

由于輸電線路無斷點(diǎn)，同時(shí)機(jī)器人在行進(jìn)過程中需越過懸垂、線夾及各類跳線等障礙，CT鐵芯不能設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，而需要剖分式結(jié)構(gòu)。在正常工作時(shí)兩部分合為一體，跨越障礙時(shí)由安裝在機(jī)器人手臂上的機(jī)械裝置將其分開。在CT進(jìn)行開合運(yùn)動(dòng)時(shí)，為了減小執(zhí)行機(jī)構(gòu)的電磁阻力，可控制使副邊線圈短路。

圖1 巡檢機(jī)器人電源系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

2 CT的設(shè)計(jì)

2.1 感應(yīng)取電原理

CT工作原理類似變壓器，其空載等效模型見圖2。與一般變壓器不同的是：一次側(cè)由交流電流而非電壓控制，且一次側(cè)只有1匝繞組。設(shè)輸電線路中的電流為I1，并將機(jī)器人等效為一個(gè)阻抗Z，則由感應(yīng)線圈與機(jī)器人組成的回路中將產(chǎn)生電流I2。輸電線路（初始繞組）的電壓波動(dòng)很小，可認(rèn)為基本不變，但電流卻會(huì)隨負(fù)載的變化在零點(diǎn)幾倍到10倍甚至幾十倍的額定電流（短路情況下）范圍內(nèi)變化。

圖2 自具電源裝置電路等效圖

根據(jù)電磁感應(yīng)定律,當(dāng)電流較小，鐵芯工作在線性范圍內(nèi)時(shí)，負(fù)載Z兩端的電壓有效值為：

式中，E2為副邊電動(dòng)勢(shì)有效值；N2為副邊匝數(shù)；Φm為磁通量幅值；f為電流基頻(50Hz)；B為磁感應(yīng)強(qiáng)度；S為鐵芯的截面積。

由式(1)，并結(jié)合鐵芯的磁化曲線（圖3）可知，在磁化曲線的線性段時(shí)，副邊電壓與原邊電流按近似比例關(guān)系增加。但當(dāng)原邊電流增大到一定數(shù)值后，鐵芯進(jìn)入飽和狀態(tài)，此時(shí)Φm基本上保持不變，從而使副邊電壓的有效值基本不再變化。經(jīng)整流濾波后的直流電壓變化也較小，通過穩(wěn)壓后即可為后端電路提供電能[2]。但當(dāng)原邊電流很大時(shí)，副邊電流會(huì)相應(yīng)增大，多余的電流（能量）必須需要采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M(jìn)行限制[7]或直接將副邊短路。

圖3 初始磁化曲線比較圖

2.2 CT鐵芯材料的選擇

按式(1)，可求得負(fù)載Z吸收的有功功率P為：

式(2)中R為Z的電阻分量。若忽略漏磁、氣隙等次要因素，I1與副邊電流I2應(yīng)滿足：

由式(2)可知，只要增大N2，B或S，就可提高副邊輸出功率，但由于受機(jī)器人體積和重量的限制，S不可能選得太大；另外N2選擇也要慎重，并非越大越好，由式(3)知，副邊電流與N2成反比，增加N2會(huì)使得副邊帶負(fù)載能力下降，因此要綜合考慮。那么在S一定，N2又不能太大的情況下，選擇合適的鐵芯材料來提高磁感應(yīng)強(qiáng)度B就成為提高輸出功率的重要途徑[3-4]。

對(duì)于實(shí)際線路來說,輸電線電流會(huì)隨負(fù)載的變化在零點(diǎn)幾到幾十倍的額定電流范圍內(nèi)變化。因此該取電裝置不但在I1較大時(shí)能獲取足夠的能量,當(dāng)I1較小時(shí),也要獲取一定的能量。常把取電裝置正常工作的最小電流稱作啟動(dòng)電流I0。根據(jù)文獻(xiàn)[7]可知,鐵心體積越大,I0越小。但增大鐵心體積會(huì)帶來重量的增加,這對(duì)重量和體積要求苛刻的機(jī)器人來說是不現(xiàn)實(shí)的，因此提高鐵芯的初始磁導(dǎo)率μ0成為唯一可行的方法。由圖3可知,在弱磁場(chǎng)(圖3中0～H′段)作用下,磁感應(yīng)強(qiáng)度B的增量主要取決于磁材料的初始磁導(dǎo)率μ0。傳統(tǒng)導(dǎo)磁材料,如硅鋼片、鐵基非晶合金等的飽和磁通密度雖然較高，但初始磁導(dǎo)率μ0卻比較低,而鐵基納米晶合金的μ0相對(duì)較高,根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù),μ0提高了80多倍，其飽和磁通密度略低,這正是在實(shí)際中所需要的,因?yàn)槟妇€電流在大到數(shù)十千安的狀態(tài)下,鐵心要在盡可能小的電流下達(dá)到飽和,來抑制CT的功率輸出,因此在巡檢機(jī)器人的電源系統(tǒng)中，選擇鐵基納米晶合金作為CT的鐵芯是比較合適的。

表1 非晶、納米晶與傳統(tǒng)材料性能比較

2.3 CT副邊線圈匝數(shù)的確定

根據(jù)上面的討論，匝數(shù)太少會(huì)使感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)及輸出功率較??；但如果匝數(shù)太多，又會(huì)使輸出電流減小,負(fù)載能力下降[2]。下面介紹通過實(shí)驗(yàn)獲取最佳線圈匝數(shù)的方法。

CT鐵芯采用鐵基納米晶合金，環(huán)形，內(nèi)徑90mm，外徑130mm，高32mm；以729Ω電阻(機(jī)器人等效阻抗的電阻分量)作為負(fù)載。測(cè)得的啟動(dòng)電流I0與匝數(shù)N2之間的關(guān)系曲線如圖4所示。可以看到:電源的I0與匝數(shù)N2有很大關(guān)系。匝數(shù)在530附近時(shí)，I0最小，約為32A；匝數(shù)小于400時(shí),會(huì)使I0急劇增加,這主要是啟動(dòng)狀態(tài)下鐵芯已經(jīng)飽和的緣故。因此530匝就是該裝置的最佳線圈匝數(shù)。

圖4 啟動(dòng)電流與二次側(cè)匝數(shù)之間的關(guān)系曲線

3 能源在線補(bǔ)給裝置電路設(shè)計(jì)

巡檢機(jī)器人電源系統(tǒng)控制流程如圖5所示。CT從高壓線路上獲取的交流電通過開關(guān)電源轉(zhuǎn)換為直流電源，一路直接連到電源切換器，一路通過斬波器向電池充電。根據(jù)開關(guān)電源輸出電壓與電池電壓大小關(guān)系，電源切換器會(huì)自適應(yīng)地把開關(guān)電源的輸出或電池的輸出引入到DC-DC模塊的輸入端。電池充電過程中，充電電流檢測(cè)電路用于控制開關(guān)電源的占空比，保證充電過程中某一階段的恒流充電；電池檢測(cè)電路對(duì)電池電壓及溫度等實(shí)施監(jiān)測(cè)，并將信息傳送給充電控制器，作為控制電池充電、機(jī)器人停機(jī)的依據(jù)。同時(shí)機(jī)器人控制器根據(jù)運(yùn)行狀況，可隨時(shí)要求充電控制器短路掉CT副邊線圈。

圖5 電源系統(tǒng)控制流程圖

根據(jù)圖5的控制流程設(shè)計(jì)的在線補(bǔ)給裝置電路原理圖如圖6所示。下面就圖6中的幾個(gè)重要元件和環(huán)節(jié)的作用作簡(jiǎn)單介紹，并對(duì)充電電路的工作原理進(jìn)行詳細(xì)說明。

3.1 平波電抗－L1

平波電抗主要起限流和分壓的作用,保證電源在大電流狀態(tài)下的正常工作。根據(jù)文獻(xiàn)[7]可知，采用適當(dāng)?shù)钠讲娍箍梢园讯蝹?cè)電流峰值I2m限制到幾個(gè)安培。平波電抗L1除了限流作用外,還起到保護(hù)后續(xù)電路的作用，使較高的二次感應(yīng)電壓絕大部分降到自己身上?？梢杂?jì)算,在CT深度飽和狀態(tài)下,平波電抗可承受高達(dá)數(shù)千伏的脈沖電壓。它的使用使整流橋及其后續(xù)電路只需要承受不高于200V的電壓,降低了全波整流等后續(xù)電路的耐壓要求，使得在整流橋上消耗的功率減小,進(jìn)一步降低了啟動(dòng)電流。

3.2 能量卸放電路

CT感應(yīng)得到的交流電經(jīng)過平波電抗－初級(jí)濾波－整流－次級(jí)濾波得到的整流電壓會(huì)隨著高壓輸電線電流的升高而升高,而該電壓的升高,使后續(xù)電路的等效阻抗增大，使穩(wěn)壓電容C5的放電電流減小,最終使得整流電壓上升得更快。為了保護(hù)后續(xù)電路,必須把整流電壓限制在要求的范圍之內(nèi)。為此電路中設(shè)計(jì)了由Z1，R1，R2，R3，RW和MOSFET Q1組成的能量泄放電路。當(dāng)整流橋輸出電壓較高時(shí),Q1導(dǎo)通,卸放電路進(jìn)入工作狀態(tài),多余能量通過大功率電阻RW（50Ω 100W）泄放掉；當(dāng)整流橋輸出電壓恢復(fù)到正常范圍內(nèi)時(shí),該電路不工作,因此不會(huì)影響電源啟動(dòng)電流。

3.3 智能型充電電路分析

3.3.1 電池充電方式

鑒于鋰電池的諸多優(yōu)點(diǎn)，在巡檢機(jī)器人中選用鋰電池。但鋰電池對(duì)充電電路的要求也比較高[8]。在充分吸收現(xiàn)有充電電路優(yōu)點(diǎn)的基礎(chǔ)上[8-9]，設(shè)計(jì)出了圖6所示的具有快充和慢充的智能型鋰電池充電電路。

圖7為該充電電路的充電電流和電壓曲線。從圖7可以看出：在快充階段(0～t1)，充電器以恒定電流0.5C（C表示充電電池的容量）對(duì)電池充電，當(dāng)VBAT到達(dá)規(guī)定值后，由單片機(jī)控制結(jié)束快充，避免過量充電；在慢充階段(t1～t2)，單片機(jī)輸出PWM控制信號(hào)，控制斬波器，以恒定電壓對(duì)電池進(jìn)行充電，此時(shí)充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)電池電壓上升到規(guī)定值時(shí)，結(jié)束慢充，進(jìn)入涓流充電階段；在涓流充階段(t>t2)，單片機(jī)輸出占空比更小的PWM控制信號(hào)，把充電電流控制在0.05C以內(nèi)對(duì)電池長(zhǎng)時(shí)間慢慢充電，從而能最大限度地延長(zhǎng)電池壽命。

圖6 能源在線補(bǔ)給裝置電路原理圖

圖7 充電電路的充電電流和電壓曲線

3.3.2 充電電路工作原理

電池充電電路主要由開關(guān)穩(wěn)壓電源、斬波器、電流、電壓及溫度檢測(cè)電路和控制器等部分組成，具有過流保護(hù)，過壓、欠壓保護(hù)和超溫保護(hù)功能。

3.3.2.1 開關(guān)穩(wěn)壓電源

開關(guān)穩(wěn)壓電源采用半橋式PWM變換電路。其工作原理是：由U2(TL494)開關(guān)電源集成控制器的8腳和11腳，輸出反相的PWM信號(hào),經(jīng)三極管T3、T4互補(bǔ)放大,通過驅(qū)動(dòng)變壓器DT,為三極管T1和T2基極提供驅(qū)動(dòng)信號(hào)。使T1和T2交替通斷,高頻變壓器HFT的初級(jí)繞組N1就會(huì)產(chǎn)生方波電壓,在HFT的次級(jí)繞組N2、N3中產(chǎn)生感應(yīng)電壓,該電壓經(jīng)整流、濾波后，變?yōu)橹绷麟妷?，一路直接連到電源切換器,一路通過斬波器向電池充電。HFT次級(jí)繞組N4、N5為輔助繞組，其感應(yīng)電壓經(jīng)整流、濾波后,接至U2的12腳,作為其工作電壓。

電阻R10串接在HFT次級(jí)繞組N2和N3的中間抽頭與輸出地之間，作用是監(jiān)控快充充電電流和過流保護(hù)。

恒流控制過程為：當(dāng)充電電流超過恒定值0.5C時(shí)，R10上的壓降增大,該壓降經(jīng)并聯(lián)電阻R22、R23反饋到U2的15腳，使其電位變?yōu)樨?fù)值，低于U2的16腳，則內(nèi)部電流誤差放大器輸出電壓升高，使U2的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)的脈沖變窄，從而縮短T1和T2的導(dǎo)通時(shí)間，使輸出電壓下降，維持充電電流恒定；隨著充電時(shí)間的延長(zhǎng)，電池電壓逐漸升高，充電電流按指數(shù)規(guī)律下降，U2的15腳電位按指數(shù)規(guī)律上升，則U2的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)脈沖逐漸又變寬，從而延長(zhǎng)T1和T2的導(dǎo)通時(shí)間,使輸出電壓升高,充電電流保持恒定。

在慢充階段，通過電阻R29、R30、R31、R32、C18、C19組成電壓取樣電路和U2內(nèi)部電壓誤差放大器，使輸出電壓恒定。

恒壓控制過程為：取樣電壓輸入到U2的1腳，與U2的2腳的基準(zhǔn)電壓比較,其誤差信號(hào)放大后，經(jīng)內(nèi)部電路處理,改變U2的8腳和11腳輸出的PWM信號(hào)脈寬,從而使T1、T2的導(dǎo)通時(shí)間改變，維持輸出電壓恒定。

3.3.2.2 斬波器

斬波器電路由三極管T5和由T6、T7組成的達(dá)林頓管及電阻R12、R13、R14、R15等組成。工作過程為：U1的14腳輸出的PWM控制信號(hào)經(jīng)電阻R15接至T5的基極，控制T5通斷，從而使T6和T7亦導(dǎo)通或截止，充電電流通過T7對(duì)電池充電。改變PWM控制信號(hào)的脈寬，就改變了充電電壓。

3.3.2.3 控制器

控制器由ATMEL公司生產(chǎn)的高性能單片機(jī)ATmega48V、LM358N和74HC14以及電阻電容等組成。單片機(jī)內(nèi)有2個(gè)8位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，1個(gè)16位的定時(shí)/計(jì)數(shù)器，可以滿足本電路對(duì)開啟時(shí)間、脈寬、脈沖頻率的精確控制。另外其內(nèi)部的獨(dú)立硬件看門狗，可以有效地防止系統(tǒng)死機(jī)。

控制過程為：快充階段U1的14腳輸出高電平，使斬波器導(dǎo)通，通過電流監(jiān)控電路，以恒定電流對(duì)電池充電。當(dāng)電池電壓VBAT上升到規(guī)定值時(shí)，由電阻R33、R34、R35對(duì)電池電壓取樣后，送至比較器U3A的3腳，與2腳的基準(zhǔn)電壓比較，在1腳輸出高電平，經(jīng)反相器U4A、U4B進(jìn)入U(xiǎn)1的25腳輸入高電平，再經(jīng)軟件濾波和延時(shí)，判斷檢測(cè)無誤后，U1的14腳輸出低電平，關(guān)斷斬波器，停止充電，快充階段結(jié)束。慢充階段，U1的14腳輸出PWM控制信號(hào)，使斬波器以固定的占空比導(dǎo)通，充電器以恒定電壓對(duì)電池充電，此時(shí)充電電流隨著電池電壓的上升，按指數(shù)規(guī)律下降。當(dāng)電池電壓VBAT上升到規(guī)定值時(shí)，由電阻R33、R34、R35對(duì)電池電壓取樣后，送至比較器U5B的5腳，與6腳的基準(zhǔn)電壓比較，在7腳輸出高電平，經(jīng)反相器U6A、U6B進(jìn)入U(xiǎn)1的24腳輸入高電平，結(jié)束慢充。涓流充階段，U1的14腳輸出占空比更小的PWM控制信號(hào)，使斬波器以較小的占空比導(dǎo)通，將充電電流維持在0.05C左右，對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。

1）欠壓保護(hù)。當(dāng)開關(guān)電源的電壓大于電池電壓時(shí)，電源切換器V1的3腳和2腳之間導(dǎo)通，1腳和2腳之間反向截止，DC-DC的輸入為開關(guān)電源電壓；如果線路無電流或電流小于啟動(dòng)電流時(shí)，開關(guān)電源無輸出或輸出電壓小于電池電壓，此時(shí)電源切換器V1的3腳和2腳之間反向截止，1腳和2腳之間導(dǎo)通，DCDC的輸入為電池電壓。這種情況下，補(bǔ)給裝置已無法給電池充電，機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)行能量完全靠電池供給，當(dāng)電池電壓降低到容許的最小值時(shí)，由電阻R51、R52及電位器WR1采樣后，送至比較器U5A的2腳，與3腳的基準(zhǔn)電壓比較，在1腳輸出高電平，經(jīng)反相器U4E、U4F進(jìn)入U(xiǎn)1的26腳，U1通過串口通知機(jī)器人控制器，命令機(jī)器人停機(jī)，以避免由于過放而損壞電池。當(dāng)充電到正常水平后再繼續(xù)執(zhí)行巡檢任務(wù)。

2）超溫保護(hù)。是通過附加在電池上的正溫度特性熱敏電阻RT及R38、R39實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)電池溫度升高時(shí)，熱敏電阻RT的阻值增大，則U3B的5腳電壓上升；若電池溫度TBAT升高到規(guī)定值時(shí)，5腳電位高于6腳電位，則7腳輸出高電平，U1的23腳輸入高電平，則U1的14腳輸出PWM信號(hào)，使充電器以涓流充電方式對(duì)電池充電，有效地保護(hù)了電池。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4.1 感應(yīng)取電裝置在一次電流作用下的響應(yīng)

感應(yīng)取電裝置的參數(shù)：鐵芯采用鐵基納米晶合金，環(huán)形，內(nèi)徑90mm，外徑130mm，高32mm；二次匝數(shù)N2為530；平波電抗L1為60mH；穩(wěn)壓電容C5為4700μF；泄放電阻為50Ω/100W。實(shí)驗(yàn)中以729Ω的電阻作為負(fù)載，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下。

啟動(dòng)電流約為32A；在母線電流32A～9kA的范圍內(nèi)，穩(wěn)壓電容C5上的整流電壓曲線及輸出功率曲線如圖8所示。從圖8可知，即使一次電流高達(dá)9kA，整流電壓最大值沒有超過240V，而且增長(zhǎng)緩慢。從該趨勢(shì)來看，電源可以工作在更大的母線電流下；從輸出功率曲線可以看到，在啟動(dòng)電流時(shí)，自具電源的輸出功率僅5W，隨著一次電流的增加，輸出功率越來越大，當(dāng)一次電流在60A時(shí)，輸出功率約20W，到500A時(shí)已達(dá)200W。但由于平波電抗和卸放電路的原因，當(dāng)一次電流繼續(xù)增加時(shí)，最大輸出功率的增加變得緩慢，即使達(dá)到9kA，也沒有超過300W。

圖8 一次電流與整流電壓、輸出功率的關(guān)系曲線

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該感應(yīng)取電裝置可以穩(wěn)定工作在一個(gè)較大的一次電流范圍內(nèi)。這種方案，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，僅與一次電流大小有關(guān)，與電壓等級(jí)無關(guān)，因此可用于110kV以上所有電壓等級(jí)的線路上。

4.2 鋰電池充電電路的關(guān)鍵參數(shù)

電池參數(shù)：容量24V 12A·h，由7串6并共14節(jié)3.7V/2000mA·h鋰離子電池組合而成，充電電路最大充電電流限制為0.5C，即6A，最大輸出電壓為29.61V。充電開始時(shí)，充電電路以6A的電流對(duì)電池快速充電，當(dāng)VBAT≥28.00±1%V時(shí)，單片機(jī)控制結(jié)束快充；然后以29.61V的恒定電壓對(duì)電池進(jìn)行慢充，直至電池電壓VBAT≥ 29.40±1%V時(shí)，結(jié)束慢充；最后控制充電電壓為29.41V，把充電電流限制在6A以內(nèi)對(duì)電池進(jìn)行涓流充電。只要線路條件允許，這個(gè)階段可持續(xù)進(jìn)行下去，即可長(zhǎng)時(shí)間對(duì)電池涓流充電（浮充），最大限度地延長(zhǎng)電池壽命。

溫度保護(hù)點(diǎn)設(shè)為40℃，當(dāng)電池溫度升高到40℃時(shí)，單片機(jī)控制充電電壓下降到29.41V，隨著溫度的回落，充電電壓恢復(fù)到保護(hù)前的狀態(tài)繼續(xù)充電。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：該充電電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)節(jié)方便，通過調(diào)節(jié)最大充電電流（0.5C～1.0C）可調(diào)整充電速度；控制方便、靈活，充電電壓易調(diào)節(jié)，涓流充電時(shí)間無限制；可以做到線路有電時(shí)，電池充電；線路無電時(shí)，用電池，較好的解決了巡檢機(jī)器人的能源問題。

5 結(jié)論

由于缺乏能源在線補(bǔ)給裝置，目前高壓輸電導(dǎo)線上的在線檢測(cè)、監(jiān)控設(shè)備一般都是采用電池供電，特別是對(duì)于工作在高壓架空輸電線路上的巡檢機(jī)器人來說，電池容量較大，致使體積、重量大，充電時(shí)間長(zhǎng)，并需頻繁更換，非常不方便，極大地限制了它的廣泛應(yīng)用。

本文介紹的電源系統(tǒng)不僅能將架空高壓輸電導(dǎo)線周圍的磁能轉(zhuǎn)化為電能，直接為外接負(fù)載供電。而且由于帶有充電電路及備用鋰電池，即使線路停電，裝置內(nèi)部的備用鋰電池組也能保證較長(zhǎng)時(shí)間的不間斷供電。因此，這不僅打破了高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的能源瓶頸，也為巡檢機(jī)器人的廣泛應(yīng)用鋪平了道路；同時(shí)還可廣泛應(yīng)用于其他高壓輸電導(dǎo)線上各類電氣設(shè)備和野外帶電作業(yè)移動(dòng)設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Development of On-Line Energy Supply Device for High-Voltage Transmission Lines Iterative Inspection Robot

ZHOU Feng-yu,WEN Long-wang,SU Peng,GUO Dan
（School of Control Science and Engineering,Shandong University,Jinan 250061,Shandong Province,China）

In order to completely solve the energy supply problemof high- voltage transmission line iterative inspection robot, atype of on- line energy supply device was introduced , which can be applied to the inspection robot for high voltage overhead power transmission lines. The systemismainlycomposed ofself- supplying power source, battery charging sets, batteries and DC- DCmodules.In which, self- supplying power source changes magnetismenergy around the high voltage transmission lines intoDCenergy, which can not only supply power for the robot directly, but also online charge batteries bychargingcircuit tomeet the demands for longtime or long distance uninterrupted inspectingwork. At the same time，the device can be widely used in other electrical equipments for high- voltage transmission lines and field electriferous mobile devices, so it has broadapplicationprospects.

power transmission lines;inspection robot;selfsupplyingpowersource;intelligentcharging

為了徹底解決高壓輸電線路巡檢機(jī)器人的能源供給問題，介紹了一種適用于高壓架空輸電線路自動(dòng)巡檢機(jī)器人的能源在線補(bǔ)給裝置，該裝置主要由自具電源和鋰電池充電電路組成。其中自具電源將高壓輸電線周圍的磁能轉(zhuǎn)化為直流電能，它不僅可直接為機(jī)器人供電，而且還可以在電源控制器的控制下通過充電電路對(duì)備用鋰電池在線充電，完全滿足機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間、長(zhǎng)距離不間斷巡檢工作的要求，同時(shí)該裝置還可廣泛應(yīng)用于其他高壓輸電導(dǎo)線上各類電氣設(shè)備和野外帶電作業(yè)移動(dòng)設(shè)備，具有廣闊的應(yīng)用前景。

輸電線路；巡檢機(jī)器人；自具電源；智能充電

國(guó)家863計(jì)劃資助項(xiàng)目(2002AA420110-4)。

1674-3814（2010）01-0018-07

TP24

A

2009-03-27。

周風(fēng)余（1969—）,男，博士，教授，研究方向?yàn)樘胤N機(jī)器人的研究、開發(fā)和利用，電力系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。

（編輯 馮 露）