磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法

摘要

本发明提供一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，由于磁感应取能装置的输出功率和输电线电流、磁芯匝数、磁芯截面积、磁芯材料和负载有关，当其余参数固定，可以通过对二次绕组匝数的控制使磁感应取能装置工作在不同的状态，使其满足所需功率输出要求。因此本发明根据不同的功率需求分别进行分析，通过不同功率需求下配置不同的绕组匝数，实现负载的自适应。其效果是：可以根据不同的功率需求对绕组匝数进行变换，使得磁感应取能系统输出对应的功率，具有一定的供电灵活性，同时能够在负载确定的情况下改变系统的功率工作点，提高供电可靠性。

说明书

技术领域

本发明涉及磁感应取能技术，具体涉及一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法。

背景技术

电磁感应现象是电磁学中最重大的发现之一，它揭示了电、磁现象之间的相互联系。法拉第根据大量实验事实总结出了如下定律：电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通变化率成正比。法拉第电磁感应定律的重要意义在于，一方面，依据电磁感应的原理，人们制造出了发电机，电能的大规模生产和远距离输送成为可能：另一方面，电磁感应现象在电工技术、电子技术以及电磁测量等方面都有广泛的应用。

在某些应用场合需求下，所需功率要求与磁感应取能装置系统输出的功率不匹配，过小无法满足功率需求，过大造成资源的浪费，甚至会造成设备的损坏，若能通过调节某一参数实现功率的变换，则能很好地解决这个问题。

对于影响系统输出功率的参数主要为输电线路电流、磁芯截面积、磁芯材料、二次绕组匝数、负载大小等，而在实际应用场合中，输电线路电流、磁芯截面积、磁芯材料、负载大小等都为相对固定的参数，无法实现人为的便捷调控，因此，选定二次绕组匝数作为调控量，通过对绕组匝数的变换实现输出功率的调节，满足所需功率输出要求，但是现有技术中，对绕组匝数与输出功率之间的关系分析还不够透彻，并无完整的方案通过线圈绕组匝数的改变来适应不同的负载功率需求。

发明内容

基于上述需求，本发明的目的在于提出一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，根据应用场景输出功率需求、磁芯截面积、磁芯磁特性参数、负载电阻等参数决定线圈绕组的匝数，从而提高系统供电可靠性。

为了实现上述目的，本发明所采用的具体技术方案如下：

一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，其关键在于，包括以下步骤：

S1：根据磁感应取能装置磁芯结构和应用场景确定输电线路电流幅值I

S2：判断

S3：判断

可选地，当步骤S3中无有效匝数满足条件时，通过改变磁芯结构调节磁芯截面积A，重新按照步骤S2-步骤S3设置磁感应取能装置的绕组匝数。

可选地，设计时既不考虑磁芯内部的磁损耗，也不考虑绕组内阻或整流变换电路中各个器件的开关损耗。

可选地，磁感应取能装置中的线圈绕组按照不同的匝数设置不同的接线抽头，根据负载阻值和功率需求按照步骤S1-步骤S3确定线圈绕组的匝数，并控制对应的接线抽头接入负载。

本发明的效果是：

本发明可以根据不同的功率需求对绕组匝数进行变换，使得磁感应取能系统输出对应的功率，具有一定的供电灵活性，同时能够在负载确定的情况下改变系统的功率工作点，提高供电可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明具体实施例中磁感应取能装置的应用场景示意图；

图2为本发明具体实施例中磁感应取能装置的结构示意图；

图3为本发明具体实施例中的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

本实施例提供了一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，以图1所示应用场景为例，磁感应取能装置包括磁芯和线圈绕组，线圈绕组的末端设置有功率变换电路，功率变换电路包括整流电路和DC/DC变换模块，功率变换电路的输出端连接有负载。针对高压输电线路传感设备的自供电问题，将电力线路周围存在的交变磁场通过磁感应取能装置进行收集，并通过电能转换电路以稳定的直流电供给负载，实现自供电；图1中针对电网远程视频监控设备而言，负载则为视频监控装置。具体应用时，磁感应取能装置输出功率过高或过低都会对视频监控装置的正常工作造成影响。对于影响系统输出功率的参数主要为输电线路电流、磁芯截面积、磁芯材料、二次绕组匝数、负载大小等，而在实际应用场合中，输电线路电流、磁芯截面积、磁芯材料、负载大小等都为相对固定的参数，无法实现人为的便捷调控，以图2所示的磁感应取能装置而言，只有选定二次绕组匝数作为调控量，通过对绕组匝数的变换实现输出功率的调节，才能更加便捷的满足所需功率输出要求。

如图3所示，实施例提供的一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，具体步骤如下：

S1：根据磁感应取能装置磁芯结构和应用场景确定输电线路电流幅值I

S2：判断

S3：判断

针对图2所示的磁感应取能装置，当步骤S3中无有效匝数满足条件时，通过改变磁芯结构调节磁芯截面积A，重新按照步骤S2-步骤S3设置磁感应取能装置的绕组匝数。具体实施时，也可以将磁感应取能装置中的线圈绕组按照不同的匝数设置不同的接线抽头，根据负载阻值和功率需求按照步骤S1-步骤S3确定线圈绕组的匝数，并控制对应的接线抽头接入负载。

通过上述方法可以看出，上述方法分析了不同功率需求对应的不同工作状态，并根据工作状态进行特定设计，绕组的匝数是由输出功率需求、磁芯截面积、磁芯磁特性参数、负载电阻共同决定，设计时既不考虑磁芯内部的磁损耗，也不考虑绕组内阻或整流变换电路中各个器件的开关损耗。

为了进一步理解本发明的技术效果，下面对其设计过程做进一步分析：

设定输电线电流i

i

则负载上所获的功率为：

磁感应取能装置中存在的磁电等效关系为：

在磁芯截面积和负载以及输电线电流恒定的情况下，磁感应取能装置具有一个最大输出功率，通过改变绕组匝数可以实现不同的功率输出，因此，应针对不同的功率输出要求分情况对二次绕组匝数变换进行控制。

当磁芯取能时间大于10ms，即磁感应取能装置处于不饱和状态下，公式(2)和公式(3)中的t

此时，根据式(2)和式(4)，P有如下关系：

因此，当负载功率需求满足式(5)时，N设计为：

当磁感应取能装置处于饱和状态时，根据式(2)和式(3)可以得到如下等式：

根据式(7)发现，(2ωt

根据式(7)和式(8)可以得到另一个功率节点，即对N进行控制所能达到的最大功率输出，即：

因此，当负载功率需求不满足式(9)时，此时，无有效二次匝数能够满足功率需求。

当功率需求在上述两种情况之间，对匝数的控制设计则可以采用另外一种方法，对(2ωt

0.84sin(0.73ωt

因此，根据式(7)，此时的ωt

结合式(2)和式(11)，得出此时的绕组控制设计为：

此时即完成了针对所提功率需求对绕组匝数进行控制设计的目的。

综上可以看出，本发明提出的一种磁感应取能装置绕组匝数变换控制方法，能够根据不同的功率需求对绕组匝数进行变换，使得磁感应取能系统输出对应的功率，具有一定的供电灵活性，同时能够在负载确定的情况下改变系统的功率工作点，提高供电可靠性。

最后需要说明的是，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，这样的变换均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。