基于相角控制法的電流互感器取電電源設計研究

劉艷

摘 要：將電流互感器基本工作原理作為研究的基礎，構建具有針對性的電流互感器取電線圈負載模型，利用模型對相關內容進行研究。通過理論推導的形式來驗證不同取電線圈日常輸出功率以及不同取單線圈磁化率等。以相角控制發為基礎，結合近年來電流互感器取電電源發展形態，通過相角控制的方式對電流互感器取電電源進行設計。

關鍵詞：相角控制法；電流互感器；取電；電源設計

引言：

我國的電力運行部門需要通過電力系統在線監測的形式，來獲取各種日常工作中需要使用到的數據。近年來我國智能電網在不斷的建設與發展中，帶動了電力系統高壓側監測設備的發展，同時也讓設備的數量越來越多，比如常見的輸電線路導線以及金具溫度監測等環節。但是這些監測設備并無法直接安裝到目標輸電線路高壓端上，所以也不能直接從接地的位置來對目標進行供電，導致供電異常。當前國內的監測方式并不適合在輸電線路中使用，同時激光在野外也難以起到其應有的作用。將電流互感器取電技術融入到互感器中，將導線能量轉變成為電能加以輸出，可以起到比較理想的使用效果，下文將對相關問題加以闡述。

1.取電線圈輸出功率研究

取電線圈輸出功率是電流互感器的一個關鍵構成要素，為了對其輸出特性進行研究，選擇晶粒取向冷軋硅鋼片來進行試驗，確定截面面積，副邊200匝。

因為相角控制器一般都會選擇雙向的可控硅來作為控制器，所以這部分控制器如果有電壓經過零點，會自動的關斷這部分控制器，而且還可以在同一個工頻周期內實現多次導通。如果在系統運行的過程中，取電線圈輸出功率屬于導通角，則可以通過公示來計算出取電線圈整體輸出功率。對相關公式進行分析，明確取電線圈輸出功率和取電線圈磁芯磁導率等方面的數據，將這些數據作為常量看待。所有的工頻周期控制導通角的具體數值，都可以利用取電線圈總輸出功率進行計算。

系統內部的升流器可以當做取電線圈的一部分使用，并且還可以為取電線圈原邊位置提供相對穩定的一側式電流。而取電線圈的副邊則可以承載電阻，并形成雙向的可控硅。如果電壓的電測電路檢測到項目取電線圈整體輸出電壓，并且電壓的具體數值達到一定的程度，則會向模塊發出一些具體的項目觸發指令，這部分觸發指令對應的模塊在接到信號之后，會觸發導通，并不斷的降低取電線圈輸出總功率，最終使其輸出功率為0。如果取電線圈輸出功率始終保持在恒定的狀態下，則原邊電流的大小會影響到取電線圈自身輸出功率時間，二者之間成反比例關系，而且對應功率輸出導通角的大小也會影響到取電線圈輸出功率。

2.通過相角控制的形式對電源進行設計

通過分析上文提出的問題可以發現，如果通過相角控制的方式來進行取電電壓源的輸出功率，超過了負載狀態下所需要的功率，則可以通過相角控制的形式來控制系統的整體輸出功率，而且這種系統的整體輸出功率需要和負載需要使用的功率保持在同一個水平線上，根據該原理來對系統進行設計。

轉變傳統線圈測量方式，并將輸電線路的原邊電流進行轉變，轉換成電壓信號主控CPU采集，提升了輸電線路電流運行效果。取電線圈可以作為取電模塊當中十分關鍵的核心模塊來使用，并將模塊內部的核心能量轉換成為部分能量，這一能量主要作用就是從輸電線路中，對目標能量進行感應，并且還可以進行副邊輸出。系統內部觸發模塊最主要的作用，就是通過觸發模塊來接收來自于主控模塊的CPU以及交流過壓檢測模塊方面的內容等，可以通過觸發的方式讓可控硅投入使用，并起到導通的作用。系統的交流過壓檢驗模塊主要作用，則是通過交流過壓的方式來對取電線圈副邊輸出位置的電壓進行研究，如果這部分的電壓超過了系統初期研究過程中所設定的額定數值，則可以讓可控硅運行，直接將取電線圈整體電壓輸出量控制為0。

系統內部整流模塊可以將取電線圈的輸出總量控制到比較低的范圍內，而且交流電壓也可以進行轉換，將這些交流電壓轉化成為直流電壓來使用，并在部分模塊中穩壓芯片輸入。在處理過壓檢測問題的時候，需要先對部分模塊整體輸入電壓進行檢測，如果系統的輸電線路處在暫停狀態，會導致電流的輸入電壓超出額定電壓值。如果某模塊處于安全工作電壓狀態，則可以通過激發系統模塊的方式來提升可控硅導通工作質量，并將模塊整體輸入電壓控制在安全工作線下。系統的掌控CPU可以對目標項目的輸電線路原邊電流發生影響，而且系統模塊整體輸出電壓以及系統模塊的整體輸出電流，都可以按照電流的具體情況以及系統相位差等，對取電線圈工作狀態加以明確，并提出問題的解決方式。系統還有充放電管理工作模塊，這些模塊在取電線圈運行出現問題，或者系統取電線圈供能總量不足的狀態下，可以充當鋰電子，作為鋰電子的充電電池來使用。如果取電線圈自身可以提供出的負載能量不足，可以將其轉換成為鋰電池繼續進行負載并供電，保證了供電安全性與穩定性，同時也增加了一種全新的供電方式。

3.設計結果測試

為了全面的驗證相角控制工作開展的效果，選擇取電電源相角控制系統進行了全面測試，測試結果比較理想。選用的取電電源輸出4.1v，電源負載7Ω，通過升流器來提供系統的原邊電流，分別選擇三種不同大小的原邊電流，分別為200A、500A以及800A，對不同大小的原邊電流進行記錄，明確不同狀態下的原邊電流取電線圈總輸出電壓波形，以及不同狀態下取電電源的總輸出波形問題。項目取電電源電流范圍控制，也是比較關鍵的問題之一?？梢栽诜秶容^大的電流中，任意的調整取電線圈整體運行功率，并控制輸出導通角大小，讓輸出的導通角大小可以滿足取電線圈輸出功率穩定性需求。同時還要控制原邊電流溫度。

結束語：

相角控制法系統模式下的電流互感器取電電源設計工作，是近年來各行業比較關注的一種電源設計模式，對提升電源運行穩定性以及電源使用質量具有十分重要的意義。上文首先分析了取電線圈輸出功率研究，之后分別討論了通過相角控制的形式對電源進行設計細節，最后通過測試的形式，對設計結果的可行性加以闡述，希望可以為相關工作人員后續工作的開展提供參考。

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