[發明專利]一種非接觸基于功率控制法的感應取電電源設計方法

在審

• 申請號: 201910199807.5
• 申請日: 2019-03-15
• 公開（公告）號: CN111697708A
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 鄧正東;王林宏;紀思;施輝選;李紹孔
• 申請（專利權）人: 云南電網有限責任公司楚雄供電局
• 主分類號: H02J50/10
• 分類號: H02J50/10
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 王新愛

1.一種非接觸基于功率控制法的感應取電電源設計方法,其特征在于：包括取電線圈的設計、原邊小電流情況下的最大功率點跟蹤方法和原邊電流大電流情況下的功率控制方法三部分。

2.根據權利要求1所述的一種非接觸基于功率控制法的感應取電電源設計方法，其特征在于：所述取電線圈由兩個半圓型磁芯及纏繞在磁芯上的導線構成，安裝時兩個半圓型磁芯閉合構成一個帶氣隙的磁路，當輸電線路上有電流流過時，導線上就有一定的功率輸出，根據基本電磁感應理論建立的取電線圈負載等效模型圖，由基電磁感應基本定律可知線圈所通過的磁通Φ如式(1)所示：

式(1)中：u為磁芯的有效磁導率；i_s為導線上流過的電流。若取電為r_i線圈的內徑，外r_o為線圈的外徑，h為線圈厚度；根據電磁感應定律，取電線圈副邊輸出電壓歷的表達式如式(2)所示：

式(2)中：E₂為取電線圈副邊輸出電壓；N₂為取電線圈上繞線匝數；Φ為取電線圈磁芯所匝鏈的磁通；

聯立式(1)和(2)有：

當取電線圈帶阻性負載時，若忽略原副邊漏感、線圈內阻及磁滯損耗，并限定磁性在線性區工作，可得到取電線圈的負載等效電路：

電路中，i_s為原邊電流，L_u為勵磁電感，i_u為磁化電流，i_l為二次側折算至一次側的負載電流(i_l＝N₂I₂)，R_l為二次側折算至一次側的負載電阻若取i_s＝I_lcos(wt)，則i_u和i_l的表達式如式(4)所示：

式(4)中：局為磁化電流最大值：K₂局二次側折算至一次側的負載電流最大值；Φ為原邊電流和磁化電流之間的相差。

3.根據權利要求1所述的一種非接觸基于功率控制法的感應取電電源設計方法，其特征在于：CT取電線圈功率輸出特性分析如下：

聯合式(3)、(4)得到取電線圈的輸出功率的表達式如式(5)所示。

式(5)中，θ為取電線圈每個工頻周期的功率輸出導通角度。由于磁芯的內徑R_i；外徑R_o和度h為常量，磁導率u在線性區時也可認為是常量，故取電線圈的輸出功率P與原邊電流的幅值大小I_l、相差Φ以及與功率輸出導通角θ有關，其對應關系如下：

輸出導通角為2π時，取電線圈的輸出功率正比于原邊電流當輸出導通角為2π時，取電線圈的輸出功率正比于sin(2Φ)當Φ為0或者90度時，輸出功率為零。90度對應于取電線圈副邊短路狀態；0度對應于取電線圈副邊開路狀態；當Φ＝45度時，磁化電流I_u＝1.414/2I_i，輸出功率P取最大值；功率輸出導通角θ決定取電線圈的輸出功率P的積分上限，同樣影響P的大小。

4.根據權利要求1所述的一種非接觸基于功率控制法的感應取電電源設計方法，其特征在于：輸電線路高壓側數據采集系統的功耗不大于2W，取電線圈的有效輸出功率定為3.5W；高壓輸電線路上電流范圍為數十安培至數千安培，故取電電源需要在此電流范圍內穩定的輸出大于2W的功率；取電線圈輸出功率與電力的平方呈正比，若提高取電電源的啟動電流可大大降低取電磁芯的尺寸。