基于相角控制法的电流互感器取电电源设计研究

刘艳

摘 要：将电流互感器基本工作原理作为研究的基础，构建具有针对性的电流互感器取电线圈负载模型，利用模型对相关内容进行研究。通过理论推导的形式来验证不同取电线圈日常输出功率以及不同取单线圈磁化率等。以相角控制发为基础，结合近年来电流互感器取电电源发展形态，通过相角控制的方式对电流互感器取电电源进行设计。

关键词：相角控制法；电流互感器；取电；电源设计

引言：

我国的电力运行部门需要通过电力系统在线监测的形式，来获取各种日常工作中需要使用到的数据。近年来我国智能电网在不断的建设与发展中，带动了电力系统高压侧监测设备的发展，同时也让设备的数量越来越多，比如常见的输电线路导线以及金具温度监测等环节。但是这些监测设备并无法直接安装到目标输电线路高压端上，所以也不能直接从接地的位置来对目标进行供电，导致供电异常。当前国内的监测方式并不适合在输电线路中使用，同时激光在野外也难以起到其应有的作用。将电流互感器取电技术融入到互感器中，将导线能量转变成为电能加以输出，可以起到比较理想的使用效果，下文将对相关问题加以阐述。

1.取电线圈输出功率研究

取电线圈输出功率是电流互感器的一个关键构成要素，为了对其输出特性进行研究，选择晶粒取向冷轧硅钢片来进行试验，确定截面面积，副边200匝。

因为相角控制器一般都会选择双向的可控硅来作为控制器，所以这部分控制器如果有电压经过零点，会自动的关断这部分控制器，而且还可以在同一个工频周期内实现多次导通。如果在系统运行的过程中，取电线圈输出功率属于导通角，则可以通过公示来计算出取电线圈整体输出功率。对相关公式进行分析，明确取电线圈输出功率和取电线圈磁芯磁导率等方面的数据，将这些数据作为常量看待。所有的工频周期控制导通角的具体数值，都可以利用取电线圈总输出功率进行计算。

系统内部的升流器可以当做取电线圈的一部分使用，并且还可以为取电线圈原边位置提供相对稳定的一侧式电流。而取电线圈的副边则可以承载电阻，并形成双向的可控硅。如果电压的电测电路检测到项目取电线圈整体输出电压，并且电压的具体数值达到一定的程度，则会向模块发出一些具体的项目触发指令，这部分触发指令对应的模块在接到信号之后，会触发导通，并不断的降低取电线圈输出总功率，最终使其输出功率为0。如果取电线圈输出功率始终保持在恒定的状态下，则原边电流的大小会影响到取电线圈自身输出功率时间，二者之间成反比例关系，而且对应功率输出导通角的大小也会影响到取电线圈输出功率。

2.通过相角控制的形式对电源进行设计

通过分析上文提出的问题可以发现，如果通过相角控制的方式来进行取电电压源的输出功率，超过了负载状态下所需要的功率，则可以通过相角控制的形式来控制系统的整体输出功率，而且这种系统的整体输出功率需要和负载需要使用的功率保持在同一个水平线上，根据该原理来对系统进行设计。

转变传统线圈测量方式，并将输电线路的原边电流进行转变，转换成电压信号主控CPU采集，提升了输电线路电流运行效果。取电线圈可以作为取电模块当中十分关键的核心模块来使用，并将模块内部的核心能量转换成为部分能量，这一能量主要作用就是从输电线路中，对目标能量进行感应，并且还可以进行副边输出。系统内部触发模块最主要的作用，就是通过触发模块来接收来自于主控模块的CPU以及交流过压检测模块方面的内容等，可以通过触发的方式让可控硅投入使用，并起到导通的作用。系统的交流过压检验模块主要作用，则是通过交流过压的方式来对取电线圈副边输出位置的电压进行研究，如果这部分的电压超过了系统初期研究过程中所设定的额定数值，则可以让可控硅运行，直接将取电线圈整体电压输出量控制为0。

系统内部整流模块可以将取电线圈的输出总量控制到比较低的范围内，而且交流电压也可以进行转换，将这些交流电压转化成为直流电压来使用，并在部分模块中稳压芯片输入。在处理过压检测问题的时候，需要先对部分模块整体输入电压进行检测，如果系统的输电线路处在暂停状态，会导致电流的输入电压超出额定电压值。如果某模块处于安全工作电压状态，则可以通过激发系统模块的方式来提升可控硅导通工作质量，并将模块整体输入电压控制在安全工作线下。系统的掌控CPU可以对目标项目的输电线路原边电流发生影响，而且系统模块整体输出电压以及系统模块的整体输出电流，都可以按照电流的具体情况以及系统相位差等，对取电线圈工作状态加以明确，并提出问题的解决方式。系统还有充放电管理工作模块，这些模块在取电线圈运行出现问题，或者系统取电线圈供能总量不足的状态下，可以充当锂电子，作为锂电子的充电电池来使用。如果取电线圈自身可以提供出的负载能量不足，可以将其转换成为锂电池继续进行负载并供电，保证了供电安全性与稳定性，同时也增加了一种全新的供电方式。

3.设计结果测试

为了全面的验证相角控制工作开展的效果，选择取电电源相角控制系统进行了全面测试，测试结果比较理想。选用的取电电源输出4.1v，电源负载7Ω，通过升流器来提供系统的原边电流，分别选择三种不同大小的原边电流，分别为200A、500A以及800A，对不同大小的原边电流进行记录，明确不同状态下的原边电流取电线圈总输出电压波形，以及不同状态下取电电源的总输出波形问题。项目取电电源电流范围控制，也是比较关键的问题之一。可以在范围比较大的电流中，任意的调整取电线圈整体运行功率，并控制输出导通角大小，让输出的导通角大小可以满足取电线圈输出功率稳定性需求。同时还要控制原边电流温度。

结束语：

相角控制法系统模式下的电流互感器取电电源设计工作，是近年来各行业比较关注的一种电源设计模式，对提升电源运行稳定性以及电源使用質量具有十分重要的意义。上文首先分析了取电线圈输出功率研究，之后分别讨论了通过相角控制的形式对电源进行设计细节，最后通过测试的形式，对设计结果的可行性加以阐述，希望可以为相关工作人员后续工作的开展提供参考。

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