磁电自供能装置的设计方法与流程

技术特征：

1.磁电自供能装置的设计方法，其特征在于实现步骤如下：

(1)通电导线的火线和零线平行放置，磁电自供能装置放置在通电导线的火线和零线所组成平面的中间，并且通电导线的火线和零线所组成平面与磁电自供能装置的顶部和底部距离相等，磁电自供能装置中硅钢片根据圆形线圈的形状放置在圆形线圈中间的空隙，硅钢片的叠加方向平行于两根通电导线组成平面，且该硅钢片的叠加方向与两根通电导线方向垂直，硅钢片所在平面与两通电导线构成的平面垂直，线圈导线围绕叠加的硅钢片按顺序由硅钢片的一端向另一端往复绕制，其绕制方向与两根通电导线所在平面平行，磁感应强度B不大于设定值B_x＝2×10^-5T时，由于两通电导线间产生的等效电压较小，忽略不计，进而得到在考虑线圈体积尽量小的情况下线圈包围最大磁通变化量时，圆形线圈的直径长度为b，根据磁感应强度和两根通电导线间距离关系分析可知：

$b=\frac{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\sqrt{2}\mathrm{\π}}\×\frac{1}{B_x},$

式中：μ₀为真空中的磁导率(H/m)，b为线圈直径的长度(m)，A为电流幅值(A)，根据上式可获得供电线路通过不同电流幅值A时对应的线圈直径长度b；

(2)设定匝数为N匝，线圈导线直径为φm，绕制方式为紧密排列，考虑体积和质量因素，N取值为1000匝，设线圈层数Tiers为Tiersx时，满足线圈高度h和层数Tiers的对应关系可得：

$h=\frac{N}{T_{iers}}\mathrm{\φ}$

其中线圈高度h等于线圈直径长度b，得到公式：

$T_{iersx}=\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}\mathrm{\φ}$

根据上式可获得供电线路通过不同电流幅值A时对应的线圈层数Tiers；

(3)计算不同线径下线圈中的等效电压值和线圈内阻，进而计算不同负载时的输出功率，计算等效电压值公式为：

$U_{eq}=\frac{{\mathrm{N\ωA\μ}}_{0}a}{2\sqrt{2}\mathrm{\π}}\×ln\frac{(b+d+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)(d+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2-d)}{c(b+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)}$

线圈内阻R₁的计算公式为：

$R_1=\frac{4\mathrm{\ρ}N\×(a+b+\frac{2\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)}{\mathrm{\π}\·{\mathrm{\φ}}^2}$

则不同负载对应的输出功率为：

$\begin{array}{c}{P}_{out}=\frac{{\left({\mathrm{N\ωA\μ}}_{0}a\right)}^2{\mathrm{\φ}}^4{R}_2}{8\[4\mathrm{\ρ}N\×(a+b+\frac{2\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)+{\mathrm{\πR}}_2{\mathrm{\φ}}^2\]}\\ \×{\ln }^2\frac{(b+d+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)(d+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2-d)}{c(b+c+\frac{\sqrt{2}{\mathrm{N\πB}}_X}{{\mathrm{\μ}}_{0}A}{\mathrm{\φ}}^2)}\end{array}$

式中：U_eq为等效电压(V)，ω为交流电的角频率(rad/s)，a为线圈等效长方形磁导体边长(m)，c为磁导体近边与通电导线的距离(m)，d两个导线之间的距离(m)，x₁为磁导体远边与通电导线的距离(m)，P_out为输出功率，R₁和R₂分别为线圈内阻和负载电阻，ρ为导线电阻率(Ωm)；

(4)根据供电负载的不同，设定负载为R₂，作出输出功率与线径的曲线图，选取输出功率P_out最大值处对应的线径值φ作为线圈的最优线径；

(5)确定相应线圈中的容值，在交流电频率f＝50Hz下，电容值计算如下：

$C\≈\frac{1}{98696\×L}\left(F\right)$

其中C为线圈中的电容(F)，L为线圈的电感(H)。