CN102832721B - 一种取能电源线圈气隙的调整方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种取能电源线圈气隙的调整方法，包括步骤：获取未增加气隙时线圈的截止电流和饱和电流；根据所述未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流；获取增加气隙时线圈一次侧的输入电流；根据所述输入电流、所述截止电流以及所述增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙前后的线圈二次侧的电压变化关系；根据目标感应电压和所述电压变化关系，获取需调整的线圈气隙；根据所述需调整的线圈气隙，调整取能电源的实际线圈气隙。可以定量出调整取能电源的线圈气隙对感应电压的影响，根据所需获取的感应电压，准确调整电源实际线圈气隙。

Description

一种取能电源线圈气隙的调整方法

技术领域

本发明涉及电磁感应技术领域，特别是涉及一种取能电源线圈气隙的调整方法。

背景技术

随着国家智能电网工作的展开及输电线路电压等级的不断提高，对输电线的安全运行进行在线监测显得尤为重要。为了给工作在输电线路高压侧的各种在线监测系统供电，需要研制一种在高压侧长期稳定可靠的电源。

其中感应取能电源实用性强，是最有前景的供电方式，在目前感应取能的电源中，为了避免线圈的深度饱和，相应的加入了控制电路、补偿电路等调节线圈工作的状态的复杂电路，使得电源电路复杂化，降低可靠性。

但在实际的监测系统感应取能电源的产品进行试验时，出现不同程度的线圈振动，是由于线圈处于深度饱和状态时，铁芯损耗增加，导致线圈振动。为解决此问题，可以通过引入线圈气隙磁阻来减小饱和以增大电流适用范围，但多数只是对线圈气隙的影响进行定性的分析，没有明确的方法来定量增加线圈气隙后对感应电压的影响；由此，给感应取能应用带来不便，在实际应用中难于确定针对所需感应电能的电压，如何调整电源线圈气隙。

发明内容

本发明的目的在于提出一种取能电源线圈气隙的调整方法，可以定量出调整取能电源的线圈气隙对感应电压的影响，根据所需获取的感应电压，准确调整电源实际线圈气隙。

为达到上述目的，采用的技术方案是：

一种取能电源线圈气隙的调整方法，包括步骤：

获取未增加气隙时线圈的截止电流和饱和电流；

根据未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流；

获取增加气隙时线圈一次侧的输入电流；

根据输入电流、截止电流以及增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙前后的线圈二次侧的电压变化关系；

根据目标感应电压和电压变化关系，获取需调整的线圈气隙；

根据需调整的线圈气隙，调整取能电源的实际线圈气隙。

本发明根据无气隙的一次侧电流和二次侧感应电压的数据及关系曲线，获取无气隙时线圈的截止电流和饱和电流；进而算出增加一定宽度的气隙后，一次侧输入电流在不同的区域内，感应电压相对在相同输入电流下未增加气隙时线圈二次侧感应电压的变化关系；因此在电流一定的情况下，可以根据想要获得电压的大小，从而确定所要增加的气隙宽度；可以定量出调整取能电源的线圈气隙对感应电压的影响，根据所需获取的感应电压，准确调整电源实际线圈气隙。

附图说明

图1为本发明的一个实施例流程图。

具体实施方式

为便于理解，下面将结合附图对本发明进行说明。

一种取能电源线圈气隙的调整方法，请参考图1，包括步骤：

S101、获取未增加气隙时线圈的截止电流和饱和电流；

S102、根据未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流；

S103、获取增加气隙时线圈一次侧的输入电流；

S104、根据输入电流、截止电流以及增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙前后的线圈二次侧的电压变化关系；

S105、根据目标感应电压和电压变化关系，获取需调整的线圈气隙；

S106、根据需调整的线圈气隙，调整取能电源的实际线圈气隙。

本发明根据无气隙的一次侧电流和二次侧感应电压的数据及关系曲线，获取无气隙时线圈的截止电流和饱和电流；进而算出增加一定宽度的气隙后，一次侧输入电流在不同的区域内，感应电压相对在相同输入电流下未增加气隙时线圈二次侧感应电压的变化关系；因此在电流一定的情况下，可以根据想要获得电压的大小，从而确定所要增加的气隙宽度；可以定量出调整取能电源的线圈气隙对感应电压的影响，根据需获取的感应电压，准确调整电源实际线圈气隙。

为更清楚理解本发明，将从以下部分进行阐述：

一、获取未增加气隙时线圈的截止电流和饱和电流；

根据无气隙线圈的一次侧电流和二次侧感应电压的数据及关系曲线，获取无气隙时线圈的截止电流和饱和电流；具体实施时，可先将无气隙线圈的一次侧电流和二次侧感应电压的数据及关系曲线导入系统，这样，在进行本发明的过程中，就可以直接从系统端进行获取无气隙时线圈的截止电流和饱和电流。

二、根据未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流；

具体的，可以包括步骤A和B；

A、根据公式B_m＝μ₀μ_FeH_m以及μ_r＝μ₀μ_Fe得到线圈相对磁导率；

B、根据公式和B_m＝μ₀μ_FeH_Fe＝μ₀μ_δH_δ得到增加气隙时线圈的饱和电流；其中，I_m为增加气隙时线圈的饱和电流；B_m为饱和磁感应强度；H_m为总的磁场强度；H_δ为空气气隙的磁场强度；H_Fe为铁材料的磁场强度；l_δ为线圈气隙长度；l_Fe为铁芯磁路长度；I₀为所述未增加气隙时线圈的饱和电流；N₁为线圈的一次侧线圈匝数；μ_Fe为铁材料的磁导率；μ_r为所述线圈相对磁导率，μ₀为真空磁导率；μ_δ为空气的相对磁导率，为1。

根据取能线圈的铁芯的参数查找工况表，可以知道线圈的饱和磁感应强度B_m、铁芯的磁导率μ_Fe、铁芯的叠片系数λ、铁芯的横截面积S，线圈一次侧输入的电流I，线圈一次侧的匝数N₁，总磁路的长度l，铁芯磁路长度l_Fe；气隙磁路长度l_δ，电网电压频率f；二次侧线圈匝数N₂。当处于饱和区时，磁感应强度为定值，即B_m=1.25T（斯特拉），μ_δ＝1。

三、获取增加气隙时线圈一次侧的输入电流；

增加气隙时线圈一次侧的输入电流，系统可通过测量工具获得。

四、根据输入电流、截止电流以及增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙前后的线圈二次侧的电压变化关系；

本发明将从线性区、渐饱和区和饱和区三个不同区域，获取增加气隙后的线圈二次侧感应电压，相对在相同输入电流下未增加气隙时线圈二次侧感应电压的变化关系；具体的，包括步骤：

C、根据公式得到增加气隙时线圈二次侧电压饱和值；

D、当输入电流小于截止电流时，即，处于线性区时，

根据公式获取线圈二次侧的电压变化值：

E、当输入电流大于或者等于截止电流，且小于增加气隙时线圈的饱和电流时，即，处于渐饱和区时；

根据公式得到线圈二次侧的电压变化范围；

F、当输入电流大于或者等于增加气隙时线圈的饱和电流时，即，处于饱和区时；

根据公式ΔU=U获取线圈二次侧的电压变化值；当处于饱和区时，线圈二次侧的电压变化值为定值。

其中，U=U₀-U₂；U₂为增加气隙时线圈二次侧电压饱和值；ΔU为线圈二次侧的电压变化值；f为电网的当前电压频率；N₂为线圈的二次侧线圈匝数；S为铁芯的横截面积；λ为铁芯的叠片系数；I₁为截止电流；I为输入电流；l为线圈总磁路长度；U₀为无气隙二次侧电压饱和值。

五、根据目标感应电压和电压变化关系，获取需调整的线圈气隙；

由步骤四可得到，增加线圈气隙时，线圈二次侧对应的感应电压的变化，从而可以根据需获取的目标感应电压的大小、无线圈气隙时线圈二次侧感应电压以及步骤四中得到的电压变化关系，可以获取需调整线圈气隙值。

未增加线圈气隙时线圈二次侧感应电压的获取，一般技术人员根据相关参数即可获得。

六、根据需调整的线圈气隙，调整取能电源的实际线圈气隙。

系统根据需调整线圈气隙值，调整取能电源的实际线圈气隙，从而使得取能电源输出与目标感应电压相符的电压。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种取能电源线圈气隙的调整方法，其特征在于，包括步骤：

根据无气隙线圈的一次侧电流和二次侧感应电压的数据及关系曲线，获取未增加气隙时线圈的截止电流和饱和电流；

根据所述未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流；

获取增加气隙时线圈一次侧的输入电流；

根据所述输入电流、所述截止电流以及所述增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙前后的线圈二次侧的电压变化关系；

根据目标感应电压和所述电压变化关系，获取需调整的线圈气隙；

根据所述需调整的线圈气隙，调整取能电源的实际线圈气隙，

所述根据未增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加气隙时线圈的饱和电流的步骤包括：

根据公式B_m＝μ₀μ_FeH_m以及μ_r＝μ₀μ_Fe得到线圈相对磁导率；

根据公式和B_m＝μ₀μ_FeH_Fe＝μ₀μ_δH_δ得到增加气隙时线圈的饱和电流；其中，I_m为所述增加气隙时线圈的饱和电流；B_m为饱和磁感应强度；H_m为总的磁场强度；H_δ为空气气隙的磁场强度；H_Fe为铁材料的磁场强度；l_δ为线圈气隙长度；l_Fe为铁芯磁路长度；I₀为所述未增加气隙时线圈的饱和电流；N₁为线圈的一次侧线圈匝数；μ_Fe为铁材料的磁导率；μ_r为所述线圈相对磁导率，μ₀为真空磁导率；μ_δ为空气的相对磁导率，

所述根据输入电流、截止电流以及增加气隙时线圈的饱和电流，获取增加线圈气隙后相对于为增加线圈气隙的线圈二次侧电压变化关系的步骤具体为；

根据公式得到增加气隙时线圈二次侧电压饱和值；

当所述输入电流小于所述截止电流时，根据公式 $\mathrm{\ΔU}=4.44f{N}_2{\mathrm{\μ}}_0\mathrm{SI}\sqrt{2}\mathrm{\λ}{N}_1(\frac{{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{Fe}}}{l}-\frac{1}{l_{\mathrm{\δ}}})$ 获取线圈二次侧的电压变化值：

当所述输入电流大于或者等于所述截止电流，且小于所述增加气隙时线圈的饱和电流时，根据公式 $U<\mathrm{\&Delta;U}<4.44f{N}_2{\mathrm{\&mu;}}_0{\mathrm{SI}}_1\sqrt{2}\mathrm{\&lambda;}{N}_1(\frac{{\mathrm{\&mu;}}_{\mathrm{Fe}}}{l}-\frac{1}{l_{\mathrm{\&delta;}}})$ 得到线圈二次侧的电压变化范围；

当所述输入电流大于或者等于所述增加气隙时线圈的饱和电流时，根据公式ΔU＝U获取线圈二次侧的电压变化值；

其中，U＝U₀-U₂；U₂为所述增加气隙时线圈二次侧电压饱和值；ΔU为线圈二次侧的电压变化值；f为电网的当前电压频率；N₂为线圈的二次侧线圈匝数；S为铁芯的横截面积；λ为铁芯的叠片系数；I₁为所述截止电流；I为所述输入电流；l为线圈总磁路长度；U₀为无气隙二次侧电压饱和值。