一种基于磁通控制的电磁感应式磁场能量收集器功率提升方法

无线传感器网络作为电网的“神经末梢”,在智能电网建设中扮演着越来越重要的角色。如何稳定可靠地为传感器网络供能引发了人们的关注,能量收集技术成为解决这一问题最有效的技术,其中磁场能量收集技术因其受环境影响小、能量收集功率高脱颖而出。然而,电力线周围磁场强度的增大会导致磁心的磁通密度达到最大值,磁心深度饱和会造成功率损失并威胁收集器的安全。针对这一问题,该文提出一种基于磁通控制的电磁感应式磁场能量收集器功率提升方法,在电路中增加了可控电容组件,通过控制电容组件的串并联来控制磁心电压,进而控制磁心磁通量,从而缓解了磁心饱和并显著提高了能量收集功率。实验结果表明,所提方法可以在频率为50Hz、有效值为4A的一次电流下显著提升收集功率,在该文研究的不同恒压负载下提升幅度达36.8%~153.2%。

宽频带范围下磁场能量收集的匹配网络设计

磁场能量收集技术是电磁环境中分布式传感器实现自供能的有效手段。与工频磁场和射频磁场等单一频率的磁场环境不同,电力变换器中的磁场分布具有宽频率范围特性。为了提高取能模块的功率密度,应尽可能多地在有限体积内收集能量,提出通过采用双级谐振-带通滤波网络。与此同时,基于相同取能线圈,充分对比了不同电流和负载特性下,单级谐振网络和双级谐振-带通网络的输出特性,归纳出双级谐振-带通网络的适用范围。

一种新型空心圆柱型取能磁芯设计

针对现有非侵入式磁芯功率密度低、质量大、结构复杂的特点,设计了一种结构简单、可一体化制作的新型空心圆柱型磁芯,经仿真验证,其功率密度与壳层厚度成类反比例关系。此外,建立了空心圆柱型磁芯的准确功率模型,使磁芯设计不再受限于有限元仿真软件,简化了磁芯的优化难度。进而试验验证表明,在相同条件下,相较传统圆柱型磁芯,空心圆柱型磁芯的质量减小了49%,功率密度提高了82%,具有良好的工程实用价值和应用前景。