基于感应取能的模块化电源研究综述

基于感应取能的模块化电源研究综述
李题印;张静;秦奋;易武;邱胡光
【摘要】在坚强智能电网建设中，对输电线路和设备的检测十分重要。

这些设备
的供电方式各种各样。

本文针对感应取能供电方式，综述了不含蓄电池和含有蓄电池的感应取能工作方式、利用带小气隙取能线圈和利用可开合式感应取电电源装置、以及它们的基本工作原理和基本电路原理框图。

【期刊名称】《产业与科技论坛》
【年(卷),期】2016(015)005
【总页数】2页(P77-77,78)
【关键词】感应取能;供电方式;蓄电池
【作者】李题印;张静;秦奋;易武;邱胡光
【作者单位】国网杭州市余杭区供电公司;浙江群里电气有限公司;国网杭州市余杭
区供电公司;国网杭州市余杭区供电公司;国网杭州市余杭区供电公司
【正文语种】中文
感应取能电源工作方式包括不含蓄电池和含有蓄电池两种工作方式[1]。

不含有蓄
电池的工作方式即采用将感应到的电能直接供给给用电设备，这种工作方式一般不用于控制用的电压源，像利用铁心和感应线圈从高压导线上直接提取的电能，这样提取的电能存在较大波动，在用作控制电源时容易烧毁用电设备。

含有蓄电池的工作方式是为了给用电设备和一起提供稳定的电源来源，当高压线路随着季节和时间而发生输送电流的较大变化时，借这种工作方式在高压线路较宽电路范围内对其电
流输出稳定电压源进行研究，从而让提取到的电源输出功率变得可控，改变了不含蓄电池工作方式以提取更多的电能为目标的方式。

这种含有蓄电池的工作方式是以蓄电池为储能元件，并提供给用电仪器和设备能量。

这种工作方式中，利用电磁感应从电源中提取电能为蓄电池充能，蓄电池储存的能量为用电设备提供较为稳定的电源，也能为用户提供较大的瞬时电流。

我国现阶段对含有蓄电池的工作方式的研究主要是对高压线路检测仪去的感应取电的补充问题，其发展的重点主要是小功率设备，研究的课题主要是针对冲击保护电路的设计和在高压电线路电流提取中电源对电流的适用范围，而对充电效率要求较高和质量控制较为严格的大功率用电设备的研究较少。

这也正是我国对于带蓄电池工作方式的未来研究方向。

目前感应取能的实现手段多种多样。

据文献分析，可以大致得到以下两种实现方式。

(一)利用带小气隙的取能线圈。

采用小气隙的取能线圈的原理是利用该线圈直接从输电线路上感应到电动势，经过一些列的整流、斩波、滤波设备的出力，将输出电压供给负载。

这种方式有效的保证了设备的稳定运行，改变了以往工作方式不能支撑大功率用电设备运行的缺点，便于大规律用电源的设计。

通过资料我们可以知道，以往的铁芯线圈在线路中取能时会受到高压电流较大的影响，产生磁通饱和现象，从而影响了电源的输出功率。

小气隙线圈的正是对铁芯的结构进行了改进，将铁芯设计成带有开口的小气隙的形式，这种结构能够有效地抑制磁通饱和对电源输出的影响，配合双向的可控硅构成的反馈式稳压电路，能够在电流大范围波动、雷击、线路短路故障等发生电流波动情况较大的为电源提供保护，从而保证了电源的正常工作。

(二)利用可开合式感应取电电源装置。

开合式感应取电电源装置是一种相对独立并用于移动输电导线和固定的用电设备的电能补充的装置，这种装置的研究是建立了在一定的理论分析和实验研究的基础上，找到在铁芯相同、高压母线的电流相同的
条件下，找到铁芯横截面积、次级绕组的匝数和电池电压等参数的最优配比。

(一)利用带小气隙的取能线圈的基本原理。

其工作原理可以从电机学相关理论中得出，取能线圈相当于只有一匝线圈的变压器，其一次侧有高压线路的交流侧供电，而其二次侧的电源电压有效值则为：U2=E2=4.44N2Φm 。

式中的E为二次侧感应电动势，其值约等于二次侧的电压有效值。

N2为二次侧的匝数。

Φm是磁通量的幅值。

其计算方式为BmSλ ，其中Bm为磁感应强度，S为铁芯的横截面积，λ为铁芯的叠片系数。

根据安培环路定理可知，Hm1=N1LE。

此式中的Hm磁场强度，I为磁路长度，IE为磁路电流，在空载状态下，其值等于一次侧导线的电流，其匝数为1。

磁感应强度和磁场强度的关系式可以表述为Bm=μ0μrHm 式中的μ0是真空磁导率，μr为相对磁导率。

根据磁化材料的磁化曲线可以知道，在非饱和区域，磁感应强度和磁场强度成正比，而在饱和区域中，Bm的增长率却十分缓慢，甚至不变。

(二)利用可开合式感应取电电源装置的基本原理。

为了便于理论分析，假设初级线圈和次级线圈为全耦合电磁感应，不计初级和次级绕组线圈漏感，经过计算可以得到相对应的次级匝数[4]。

在磁饱和强度相同的铁芯下，取电功率和铁芯的界面剂和输电导线的电流成正比，在相同的电源电压下，次级绕组的最优匝数和铁芯的截面积成反比。

开合式取电电源装置是在取电线圈的基础上增加了控制电路，借此让输出电路变得更加稳定。

其中的控制电路是由整流滤波电路、电压反馈调节装置和储能保护电路组成的。

其设计的主要思想是要加强大功率取能电源线圈取能的利用率。

其中的电压反馈调节装置能够尽可能的提高取能线圈的功率，储能保护装置则能够检测线圈的输出功率是否达到了电源工作的要求。

这样的保护装置结合就能合理地利用线圈的输出功率。

开合式的感应取电电源装置的组成有：开合式换能器，由铁芯和线圈组成。

保护电
路包括了整流、脉冲保护电路、充电保护电路、温度补偿电路、电池电压电流检测装置。

开合执行结构包括了电路模块、控制器、驱动器、直流伺服电动机等，另外，还有机械电气用电设备和控制接口等装置。

开合式的感应取电电源是由换能器和电路模板以及一些列的用电设备的蓄电池等组成，其中换能器中的铁芯设计为开合运动，以便于让铁芯更好的附着在导线上，方便移动设备跨越导线，其中在移动设备安装过程中，铁芯处于打开状态，而设备完成后，铁芯闭合，取电感应装置处于工作状态。

设备的整体构造由执行机构、驱动器和控制器提供驱动控制，通过接口连接，将移动设备和电源装置连接起来，从而完成充电和监控，动静铁芯的结合力由执行机构的机械力和电磁产生的吸力提供。

从其结构来看，可开合式感应取电电源装置不仅解决了大功率用电是产生的电磁感应干扰，对冲击保护电路的设计也有一定的提高，从整体上增强了设备运行的稳定性。

本文将研究感应取能的文献进行了归纳，总结了不同的感应取能工作方式、实现手段以及它们的工作原理和电路原理框图。

目前，不同的感应取电方式有不同的优点和缺点，因此还要对感应取能进行更深入的研究和探讨。

这将有利于对于输电线路感应取能更加全面的认识，为中国电力系统改造以及建设坚强智能电网提供参考。

【相关文献】
[1]白玉成，吴功平，肖华，付兴伟. 输电线路感应取电装置参数匹配方法[J].电力系统自动化,2010，34(21): 75～80
[2]龚贤夫，周浩，戴攀，等.一种输电线路大功率取能电源的设计[J].电力系统保护与控制，2012,40(3):124～134
[3]王赞，纵飞，王伟，等.输电线高电位取能电源的研制[J].电网与清洁能源,2010，26(6): 23～27。