【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法、装置及设备，属于电力系统取能。
技术介绍
1、目前，取能技术已成为研究热点，因为它可以从环境中收集各种形式的能量。它是无线传感器最有前途和最具吸引力的供电方法之一。近年来，对太阳能、风能、振动、射频、磁场等能量收集技术进行了深入研究。
2、太阳能收集器和风能收集器相对成熟。但是，它们受到天气条件的影响，这限制了它们的应用。振动能量收集器和射频能量收集器的输出功率极低，只有μw级，这意味着某些传感器的电源无法维持。
3、独立式非闭合磁芯，它不需要卡扣，但可以放置在电缆上，磁芯是非闭合的，因此更适合电缆。但其在应用于电缆时仍需要解决低输出功率的关键问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术提出了一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法、装置及设备，能够提高磁芯的使用效率和取能精度。
2、本专利技术为解决其技术问题所采取的技术方案是：
3、第一方面，本专利技术实施例提供的一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，包括如下步骤：
4、步骤s1，将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度；
5、步骤s2，建立基于互感磁通量(mif)的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率；
6、步骤s3，建立磁化电感模型(mim)与激励电流模型(ecm)，计算弧形磁芯在饱和区域的取能能力；
7、步骤s4，基于磁化电感模
8、作为本实施例一种可能的实现方式，所述将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度，包括如下步骤：
9、将互感定义为采集线圈处的磁通量与电缆电流的比值：
10、，
11、其中，是磁通量穿过的截面面积，是线圈的匝数；
12、将电缆视为无限长的导体，在有磁芯存在时，磁通密度表示为:
13、，
14、其中，代表真空的磁导率，是磁芯的有效磁导率，是从磁芯位置到电缆的距离；
15、磁芯的有效磁导率表示为:
16、，
17、其中，为磁芯叠片的退磁系数，退磁系数越小，则磁通密度越大；
18、退磁系数完全由磁芯的几何形状决定，且与磁芯尺寸之间的关系为:
19、，
20、其中，l是磁芯长度，d是磁芯直径；
21、将磁芯结构设计成弧形结构并粘附在电缆表面，同时增加磁芯长度l。
22、作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立基于互感磁通量(mif)的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率，包括如下步骤：
23、假设h是磁场强度，代表磁通量进入磁芯层压的方向，磁芯层压实际收敛的磁通量为：
24、，
25、其中，是芯层的边长，r表示半径，是从层压表面任何一点到其底部的垂直距离；
26、磁芯叠片是典型的长直磁芯，计算磁芯叠片的退磁系数：
27、，
28、其中，，,,表示磁芯柱的宽度；
29、计算互感m:
30、，
31、其中，k是经验系数，表示为:
32、，
33、在工作角频率下处于谐振状态，输出功率为：
34、，
35、，
36、，
37、，
38、其中，和分别为流经电缆和采集线圈的电流，是采集线圈的内部电阻，是等效的交流负载阻抗，是直流负载阻抗，为线圈感应电压，是谐振电容，是二极管的正向电压。
39、作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立磁化电感模型(mim)，包括如下步骤：
40、磁芯的磁通密度表示为：
41、，
42、其中，为真空渗透性，为相对渗透率，为芯材的饱和磁通密度，为b达到±时的磁场强度，h是磁场强度；
43、通过积分计算磁通量：
44、，
45、其中，为磁芯的外径，为磁芯的内径，为磁芯的励磁电流，为磁芯的高度，为芯线的气隙宽度；
46、计算磁化电感（指次级侧）：
47、，
48、其中为绕组匝数。
49、作为本实施例一种可能的实现方式，所述建立激励电流模型(ecm)，包括如下步骤：
50、计算电感器两端的电压：
51、，
52、其中，为磁化电流，为磁化电感；
53、受滤波电容器钳位影响，将电感器两端的电压表达为：
54、，
55、其中，k为从到的斜率，；为初级侧电流周期，为方波的振幅，为次级侧电流的起始点，为次级侧电流的终止点；
56、通过施加基尔霍夫电流定律(kcl)，计算次级侧电流：
57、，
58、其中，为磁化电流，为绕组匝数，为初级侧电流；
59、从时间到流经的平均电流表示为:
60、，
61、其中，为磁化电流，为绕组匝数，为初级侧电流，为初级侧电流周期；
62、在时间到期间，电感吸收的电流等于其释放的电流，得到以下等式：
63、，
64、进而得到：
65、。
66、作为本实施例一种可能的实现方式，所述计算弧形磁芯在饱和区域的取能能力的计算公式为：
67、，
68、其中，为两端电压；为半周期中的不饱和持续时间。
69、作为本实施例一种可能的实现方式，所述基于磁化电感模型(mim)与激励电流模型(ecm)，对线圈匝数进行优化，包括如下步骤：
70、对于弧形磁芯，计算线圈匝数n:
71、，
72、其中，表示磁芯柱的宽度，为线圈的高度，是导线直径，是绝缘层的厚度；
73、计算采集线圈的内部电阻:
74、，
75、其中是线圈最外层的周长，是线圈导线的电导率；
76、计算输出功率：
77、，
78、其中，,]，是芯层的边长， r表示半径，为真空渗透性，是磁芯的有效磁导率，为工作角频率， k是经验系数，为流经电缆的电流。
79、第二方面，本专利技术实施例提供的一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，包括：
80、磁芯结构设计模块，用于将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度；
81、功率模型建立模块，用于建立基于互感磁通量(mif)的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率；
82、取能能力计算模块，用于建立磁化电感模型(mim)与激励电流模型(ecm)，计算弧形磁芯在饱和区域的取本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立基于互感磁通量的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立磁化电感模型，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立激励电流模型，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述计算弧形磁芯在饱和区域的取能能力的计算公式为：
7.根据权利要求1-6任意一项所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述基于磁化电感模型与激励电流模型，对线圈匝数进行优化，包括如下步骤：
8.一种交联电缆
9.根据权利要求8所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度的具体过程为：
10.根据权利要求8所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述建立基于互感磁通量的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率的具体过程为：
11.根据权利要求8所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述建立磁化电感模型的具体过程为：
12.根据权利要求8所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述建立激励电流模型的具体过程为：
13.根据权利要求12所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述计算弧形磁芯在饱和区域的取能能力的计算公式为：
14.根据权利要求8-13任意一项所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述基于磁化电感模型与激励电流模型，对线圈匝数进行优化的具体过程为：
15.一种电子设备，其特征在于，包括处理器、存储器和总线，所述存储器存储有所述处理器可执行的机器可读指令，当所述电子设备运行时，所述处理器与所述存储器之间通过总线通信，所述处理器执行所述机器可读指令，以执行如权利要求1-7任一所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法步骤。
16.一种存储介质，其特征在于，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器运行时执行如权利要求1-7任一所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法步骤。
...【技术特征摘要】
1.一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度，包括如下步骤：
3.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立基于互感磁通量的弧形磁芯饱和区域中磁场能量的功率模型，并计算最大输出功率，包括如下步骤：
4.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立磁化电感模型，包括如下步骤：
5.根据权利要求1所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述建立激励电流模型，包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述计算弧形磁芯在饱和区域的取能能力的计算公式为：
7.根据权利要求1-6任意一项所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计方法，其特征在于，所述基于磁化电感模型与激励电流模型，对线圈匝数进行优化，包括如下步骤：
8.一种交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，包括：
9.根据权利要求8所述的交联电缆弧形磁芯取能装置的设计装置，其特征在于，所述将磁芯结构设计成紧贴电缆表面的弧形结构，同时增加其物理长度的具体过程...
【专利技术属性】
技术研发人员：马聪，任昂，胥明凯，马磊，胡炼，任志刚，刘晓，闫明蔚，王兴振，周金宝，刘琦，姜哲，杨小童，张朝阳，张金亮，
申请(专利权)人：国网山东省电力公司济南供电公司，
类型：发明
国别省市：
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