[發明專利]供電線路電磁能量收集裝置的設計方法

有效

• 申請號: 201610651237.5
• 申請日: 2016-08-10
• 公開（公告）號: CN106158351B
• 公開（公告）日: 2017-08-29
• 發明（設計）人: 王萌;施艷艷;張經緯;郭歡;張孟軻;郭熠
• 申請（專利權）人: 河南師范大學
• 主分類號: H01F41/06
• 分類號: H01F41/06;H01F38/14
• 代理公司: 新鄉市平原專利有限責任公司41107
• 代理人: 路寬

1.供電線路電磁能量收集裝置的設計方法，其特征在于實現步驟如下：

(1)通電導線的火線和零線平行放置，電磁能量收集裝置放置在通電導線的火線和零線所組成平面的中間，并且通電導線的火線和零線所組成的平面與電磁能量收集裝置的頂部和底部距離相等，電磁能量收集裝置中硅鋼片放置在線圈中間的空隙，硅鋼片的疊加方向平行于兩根通電導線組成平面，并且該硅鋼片的疊加方向與兩根通電導線方向垂直，硅鋼片所在平面與兩通電導線構成的平面垂直，線圈導線圍繞疊加的硅鋼片按順序由硅鋼片的一端向另一端往復繞制，其繞制方向與兩根通電導線所在平面平行，磁感應強度B不大于設定值B_x＝2×10^-5T時，由于兩通電導線間產生的等效電壓較小，忽略不計，得到在考慮線圈體積盡量小的情況下，線圈包圍最大磁通變化量時，線圈垂直于通電導線方向的兩邊長度為b，根據磁感應強度和兩根通電導線間距離關系分析可知：

b=μ0A2π×1Bx]]>

式中：μ₀為真空中的磁導率，μ₀的單位為H/m，b為線圈垂直于通電導線方向的長度，b的單位為m，A為電流幅值，A的單位為A，根據上式可獲得供電線路通過不同電流幅值A時對應的線圈垂直于通電導線方向長度b；

(2)設定匝數為N匝，線圈導線線徑為φm，繞制方式為緊密排列，考慮體積和質量因素，設定N取值為1000匝，線圈平行于通電導線方向長度a取值為10cm，設線圈層數T_iers為T_iersx時，滿足線圈高度h和層數的對應關系可得：

h=NTiersφ]]>

線圈高度h等于線圈垂直于通電導線方向長度b，得到公式：

Tiersx=2NπBXμ0Aφ]]>

根據上式獲得供電線路通過不同電流幅值A時對應的線圈層數T_iers；

(3)計算不同線徑下線圈中的等效電壓值和線圈內阻，進而計算不同負載時的輸出功率，計算等效電壓值公式為：

Ueq=NωAμ0a22π×ln(b+d+c+2NπBXμ0Aφ2)(d+c+2NπBXμ0Aφ2-d)c(b+c+2NπBXμ0Aφ2)]]>

線圈內阻R₁的計算公式為：

R1=4ρN×(a+b+22NπBXμ0Aφ2)π·φ2]]>

則不同負載對應的輸出功率為：

Pout=(NωAμ0a)2φ4R28[4ρN×(a+b+22NπBXμ0Aφ2)+πR2φ2]×ln2(b+d+c+2NπBXμ0Aφ2)(d+c+2NπBXμ0Aφ2-d)c(b+c+2NπBXμ0Aφ2)]]>

式中：U_eq為等效電壓，U_eq的單位為V，ω為交流電的角頻率，ω的單位為rad/s，a為磁導體邊長，a的單位為m，c為磁導體近邊與通電導線的距離，c的單位為m，d為兩個導線之間的距離，d的單位為m，x₁為磁導體遠邊與通電導線的距離，x₁的單位為m，P_out為輸出功率，R₁和R₂分別為線圈內阻和負載電阻，ρ為導線電阻率，ρ的單位為Ωm；

(4)根據供電負載的不同，設定負載電阻為R₂，作出輸出功率與線徑的曲線圖，選取輸出功率P_out最大值處對應的線徑φ作為線圈的最優線徑；

(5)確定相應線圈中的容值，在交流電頻率f＝50Hz下，電容值計算如下：

C≈198696×L]]>

其中C為線圈中的電容，C的單位為F，L為線圈的電感，L的單位為H。