一种基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备

1.一种基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备对外接口有三个，分别是输入钢芯接口(1)、输入铝线接口(2)、输出接口(3)；三个对外接口均连接在开关电路上；输电导线外导体为铝绞线(607a、607b)，内导体为钢芯(605a、605b)；假设电能从右侧向左侧输送；右侧的钢芯(605a)与输入钢芯接口(1)短路连接；右侧的铝绞线(607a)与输入铝线接口(2)短路连接；左侧的钢芯(605b)与左侧的铝绞线(607b)短路后，与输出接口(3)短路连接；基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备由开关电路(11)、驱动电路(12)、微处理器(13)、传感器调理电路(14)、温度传感器(15)、冰厚传感器(16)、取能电路(17)、无线通信模块(18)构成；取能电路为驱动电路(12)、微处理器(13)、传感器调理电路(14)、温度传感器(15)、冰厚传感器(16)、无线通信模块(18)提供能源；温度传感器、冰厚传感器安装在输电导线上，用于感应输电导线的温度和冰厚并将感应信息输送给传感器调理电路；传感器调理电路解调出温度传感器感应的导线温度及冰厚传感器感应的导线冰厚，并将导线温度和导线冰厚信息传给微处理器；微处理器根据导线冰厚数据和导线温度数据，控制驱动电路，并通过驱动电路控制开关电路的闭合与断开；无线通信模块与微处理器连接，用于接收控制中心指令，并向控制中心传送工作状态；驱动电路接收微处理器控制信号，并根据微处理器控制信号控制开关电路的闭合与断开；开关电路根据驱动电路信息，进行闭合与断开操作；开关电路由两个绝缘栅双极型晶体管(IGBT1、IGBT2)、机械开关(S1)、电容(C01)、电阻(R01、R02)构成；两个绝缘栅双极型晶体管反向并联并与机械开关并联；电阻(R02)与电容(C01)串联后并联于机械开关；电阻(R01)并联于机械开关；绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的发射极与绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的集电极短路，并与输入钢芯接口(1)和输出接口(3)短路连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的发射极与绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的集电极短路连接，并与输入铝线接口(2)短路连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT1)的栅极与第一栅极驱动端(BB1)短路连接，集电极与第一集电极驱动端(CC1)短路连接，发射极与第一发射极连接端(EE1)短路连接；绝缘栅双极型晶体管(IGBT2)的栅极与第二栅极驱动端(BB2)短路连接，集电极与第二集电极驱动端(CC2)短路连接，发射极与第二发射极连接端(EE2)短路连接。 2.根据权利要求1所述的基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：所述取能电路(17)由绝缘取能电路(101)、全桥电路(102)、电压变换电路(103)、储能电路(104)构成；绝缘取能电路有两个感应输出端子(111a、111b)，全桥电路有两个全桥输入端子(112a、112b)和两个全桥输出端子(113a、113b)；电压变换电路有两个变压输入端子(114a、114b)、两个变压输出端子(115a、115b)；储能电路有两个储能输入端子(116a、116b)、两个储能输出端子(117a、117b)；绝缘取能电路的两个感应输出端子与全桥电路的两个全桥输入端子分别短路连接；全桥电路的两个全桥输出端子与电压变压器的两个变压输入端子分别连接；电压变压器的两个变压输出端子与储能电路的两个储能输入端子分别连接；两个储能输出端子连接开关电路、驱动电路、微处理器、传感器调理电路、温度传感器、冰厚传感器、无线通信模块的电源输入端。 3.根据权利要求2所述的基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：所述绝缘取能电路由绝缘子(123)、架空地线(121)、杆塔接地线(122)、绝缘取能开关(124)组成；绝缘子两端和绝缘取能开关两端均分别连接于架空地线和杆塔接地线；感应输出端子(111a)连接于架空地线，感应输出端子(111b)连接于杆塔接地线；所述全桥电路用于将绝缘取能电路的交流电转换为直流；所述电压变换电路采用DC/DC电源模块，对全桥电路的输出进行电压转换；DC/DC电源模块的输入正极连接到变压输入端子(114a)，并与全桥输出端子(113a)连接；DC/DC电源模块的输入负极连接到变压输入端子(114b)，并与全桥输出端子(113b)连接；DC/DC电源模块的输出正极连接到变压输出端子(115a)，DC/DC电源模块的输出负极连接到变压输出端子(115b)；储能电路由锂电池充电管理电路和锂电池构成，用于储存绝缘取能电路感应得到的电能，并输出所储存的电能。 4.根据权利要求1所述的基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：所述驱动电路包括高频脉冲电路(130)、电流感应环(131)、高压端供能电路(132)、光信号收发器A(133)、光纤(134)、光信号收发器B(135)、触发电路(136)；所述高频脉冲电路包括微处理器和NPN三极管；微处理器的输出引脚SWITCH1产生高频脉冲；一个电阻连接在微处理器输出引脚SWITCH1与三极管基极之间；另一个电阻连接在电源和三极管集电极之间；三极管发射极(143)接地；电流感应环由电流磁芯(140)和电流感应线圈(141)构成；电流磁芯为圆环状，由高导磁率材料构成；电流感应线圈为外层绝缘的导线构成；电流感应线圈环绕在电流磁芯的内外边缘上；电流感应线圈两端连接两个电流感应输出端子(142a、142b)；电流感应环套在三极管发射极上；高压端供能电路由全桥电路和电容构成；全桥电路用于将两个电流感应输出端子(142a、142b)之间产的交流电转换为直流；电容进行交流滤波；光信号收发模块由光信号收发器A、光信号收发器B和四根光纤构成；两根光纤的一端连接光信号收发器A的两个光信号发送端，另一端连接光信号收发器B的两个光信号接收端；另两根根光纤的一端连接光信号收发器A的两个光信号接收端，另一端连接光信号收发器B的两个光信号发送端；触发电路由两个绝缘栅双极型晶体管驱动芯片构成；两个绝缘栅双极型晶体管驱动芯片的电源输入端连接于变压输出端子(115a)和变压输出端子(115b)；绝缘栅双极型晶体管驱动芯片采用M57962L芯片；一个绝缘栅双极型晶体管驱动芯片的引脚5通过电阻连接于第一栅极驱动端(BB1)；引脚1通过二极管连接于第一集电极驱动端(CC1)；二极管的正极连接于引脚1；公共端和第一发射极连接端(EE1)短路连接；引脚4连接到触发电路的电源，并在电源与公共端和第一发射极连接端(EE1)之间接入电容；引脚14与光信号收发器B的光接收输出连接；引脚13与引脚14之间连接一个二极管，该二极管正极与引脚14连接；引脚13连接到公共点；引脚8命名为OUTPUT1，其连接到光信号收发器B的光发射输入上；OUTPUT1与光信号收发器B的TXDATA1短路连接；另一个绝缘栅双极型晶体管驱动芯片的引脚5通过电阻连接于第二栅极驱动端(BB2)；引脚1通过二极管连接于第二集电极驱动端(CC2)；二极管的正极连接于引脚1；公共端和第二发射极连接端(EE2)短路连接；引脚4连接到触发电路的电源，并在电源与公共端和第二发射极连接端(EE2)之间接入电容；引脚14与光信号收发器B的光接收输出连接；引脚13与引脚14之间连接一个二极管，该二极管正极与引脚14连接；引脚13连接到公共点；引脚8命名为OUTPUT2，其连接到光信号收发器B的光发射输入上；OUTPUT2与光信号收发器B的TXDATA2短路连接；光信号收发器A的电源由取能电路(17)提供，光信号收发器B和触发电路的电源由高压端供能电路(132)提供。 5.根据权利要求1所述的基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备安装时，输电线路耐张塔的横担(601)两侧分别安装水平方向绝缘子(603a、603b)；在水平方向绝缘子的另一侧安装耐张夹(604a、604b)；左右两侧钢芯紧固连接在耐张夹上；左右两边的输电导线的钢芯用耐张夹固定，水平方向绝缘子将耐张夹固定在横担上；所述用于耐张塔的单相电阻型无源防冰融冰控制设备通过竖直方向绝缘子(603c、603d)固定在输电线路耐张塔的横担上。 6.根据权利要求1所述的基于绝缘栅双极型晶体管的无损单相防冰融冰控制设备，其特征在于：所述微处理器的控制流程如下：第一步，程序开始；第二步，通过无线通信模块接收控制中心指令；第三步，判断是否有新的控制指令；若是，进入第四步；若否，进入第五步；第四步，解析控制中心指令；所述指令包括是否启动防冰作业、是否启动融冰作业、是否停止防冰融冰作业、最低防冰温度值、最高防冰温度值、启动融冰冰厚度值、停止融冰冰厚度值、最高导线融冰温度值；解析完后进入第五步；第五步，判断控制中心指令是否为停止防冰融冰作业；若是，控制绝缘栅双极型晶体管短路并进入第二步；若否，进入第六步；第六步，判断控制中心指令是否为启动防冰作业；若是，进入第十三步；若否，进入第七步；第七步，判断控制中心指令是否为启动融冰作业；若是，进入第八步；若否，进入第二步；第八步，接收导线冰厚分布，并计算温度分布中的最大冰厚值；设最大冰厚值等于Hmax；进入第九步；第九步，判断Hmax是否大于启动融冰冰厚；若是，控制绝缘栅双极型晶体管开路并进入第二步；若否，进入第十步；第十步，判断Hmax是否小于停止融冰冰厚；若是，控制绝缘栅双极型晶体管短路并进入第二步；若否，进入第十一步；第十一步，接收导线温度分布，计算导线温度分布中的最大温度值，设最大温度值为Tmax；第十二步，判断Tmax是否大于最高导线融冰温度；若是，控制绝缘栅双极型晶体管短路并进入第二步；若否，进入第二步；第十三步，接收导线温度分布，计算导线温度分布最小值；令导线温度分布最小值为Tmin；进入第十四步；第十四步，判断Tmin是否小于最低防冰温度；若是，控制绝缘栅双极型晶体管开路，进入第二步；若否，进入第十五步；第十五步，判断Tmin是否大于最高防冰温度；若是，控制绝缘栅双极型晶体管短路，进入第二步；若否，进入第二步。