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>當(dāng)前位置：取電磁芯是什么？電纜上取電的關(guān)鍵小元件
發(fā)布時間：2025-12-02 17:33:56現(xiàn)場沒有電源插座，設(shè)備卻要長期穩(wěn)定供電，該怎么辦?在配電柜里“隨便拉一根線”又不安全也不合規(guī)。很多電力儀表、物聯(lián)網(wǎng)終端、無線采集器，都是通過電纜或母線上“夾”一個小小的取電磁芯，就能從運(yùn)行中的線路上安全取電。這個看似普通的磁芯，到底有什么門道?
一、取電磁芯到底是干什么的?
1. 取電磁芯的基本概念
“取電磁芯”一般指用于電流互感取電或電能采集的磁性元件，是取電模塊的核心部件之一。它本身不直接輸出穩(wěn)定電壓，而是通過磁場耦合，把導(dǎo)體中的電流“變成”可利用的能量。
可以把它理解為：
套在電纜上的一個“小型變壓器鐵芯”，通過繞組把一次側(cè)電流轉(zhuǎn)換成二次側(cè)電能。
2. 取電磁芯與普通磁芯的區(qū)別
普通磁芯：用在電源變壓器、濾波電感、共模電感等，重點(diǎn)關(guān)注電感量、損耗、頻率特性;
取電磁芯：更多強(qiáng)調(diào)能量采集能力、飽和特性、安全隔離和結(jié)構(gòu)形式，還要適應(yīng)現(xiàn)場安裝條件(如開口、卡扣式等)。
3. 使用場景
常見的取電磁芯場合包括：
配電柜內(nèi)的導(dǎo)軌儀表、電流檢測模塊;
無線測溫、無線電表、智能斷路器上的取電單元;
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)終端，從母線或電纜上取少量電，為低功耗設(shè)備供電;
某些無需外接電源的計(jì)量與監(jiān)測模塊。
二、取電磁芯的工作原理：從電流到電能
1. 電磁感應(yīng)是基礎(chǔ)
取電磁芯的原理本質(zhì)上還是電流互感與電磁感應(yīng)：
一次側(cè)：通過磁芯內(nèi)部的電纜/母線，視為一次繞組(匝數(shù)為 1);
二次側(cè)：在磁芯上繞制一定匝數(shù)的線圈;
當(dāng)一次側(cè)有交流電流流過時，在磁芯中產(chǎn)生交變磁通;
交變磁通切割二次側(cè)繞組，在二次側(cè)產(chǎn)生感應(yīng)電壓和電流，從而獲得電能。
因此，取電磁芯常與整流、穩(wěn)壓、電能管理芯片配合使用，實(shí)現(xiàn)從交流電流 → 感應(yīng)電壓 → 直流電源的轉(zhuǎn)換。
2. 取電與測量的差異
與單純的電流互感器相比，取電磁芯有兩個顯著差別：
目標(biāo)不只是“準(zhǔn)確測量電流”，而是從被測回路獲取一定功率;
在設(shè)計(jì)時會在可接受的誤差范圍內(nèi)，優(yōu)先保證能量輸出與安全裕量。
所以，取電磁芯往往工作在一個折中點(diǎn)：既要有足夠能量，又要避免一次回路電流輕微變化就導(dǎo)致二次側(cè)飽和。
3. 影響取電能力的幾個關(guān)鍵因素
一次側(cè)電流大小與波形：電流越大，可用能量越多;諧波成分太多則可能帶來額外損耗和發(fā)熱;
二次側(cè)匝數(shù)與負(fù)載阻抗：匝數(shù)多電壓高，但漏感、損耗也會增加;負(fù)載過重會影響能量傳輸;
磁芯材料：決定磁導(dǎo)率、飽和磁通密度、損耗;
工作頻率：頻率越高，單位時間內(nèi)能量交換越頻繁，但對材料和繞組要求也更高。
三、常見取電磁芯材料與結(jié)構(gòu)形式
1. 磁芯材料：各有側(cè)重
(1)鐵氧體磁芯
特點(diǎn)：損耗低、價(jià)格適中，適合中高頻應(yīng)用;
優(yōu)點(diǎn)：體積可以做到比較小，適用于空間緊張的模塊;
注意點(diǎn)：飽和磁通密度相對較低，大電流場合要避免飽和。
(2)硅鋼片疊片磁芯
特點(diǎn)：常用于工頻和低頻場合;
優(yōu)點(diǎn)：飽和磁通密度高，適合大電流、低頻取電場景;
不足：體積和重量相對較大，工藝和結(jié)構(gòu)更復(fù)雜。
(3)納米晶磁芯
特點(diǎn)：高磁導(dǎo)率、低損耗、飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度較高;
優(yōu)點(diǎn)：尺寸可做得更小，響應(yīng)快，適合精度較高且對體積有要求的取電應(yīng)用;
成本一般高于普通鐵氧體和硅鋼。
實(shí)際應(yīng)用中，會根據(jù)電流大小、頻率范圍、體積限制、成本目標(biāo)來選擇合適的材料。
2. 結(jié)構(gòu)形式：安裝方式?jīng)Q定形狀
(1)閉口環(huán)形磁芯
效果最好、漏磁最小;
需要在布線前穿入電纜或?qū)w，不適合改造項(xiàng)目。
(2)開口式/卡扣式磁芯
便于在既有電纜上安裝，適合現(xiàn)場改造與擴(kuò)展;
間隙處漏磁增加，對材料與設(shè)計(jì)精度要求更高。
(3)C 形、U 形、EE 形等組合磁芯
常配合繞組骨架使用，便于工廠批量繞線與裝配;
廣泛見于標(biāo)準(zhǔn)化取電模塊以及與 PCB 一體化設(shè)計(jì)的產(chǎn)品。
四、如何圍繞“取電”來設(shè)計(jì)整套取電模塊?
1. 取電模塊的典型組成
取電磁芯 + 二次繞組;
整流電路：將交流信號整流為直流;
濾波與儲能：電容等元件用于平滑輸出、儲存能量;
穩(wěn)壓與保護(hù)：LDO、DC-DC、過壓/過流保護(hù);
負(fù)載部分：單片機(jī)、采集芯片、無線模塊等。
2. 設(shè)計(jì)目標(biāo)與約束
輸出功率：根據(jù)終端設(shè)備功耗確定取電需求;
起動電流：被測線路電流過低時，取電可能無法啟動，需要評估最低工作電流條件;
安全隔離：滿足絕緣、電氣間隙和爬電距離要求，防止高壓竄入低壓側(cè);
溫升控制：確保長期工作下磁芯和元件的溫度在允許范圍內(nèi)。
3. 與電能計(jì)量模塊的配合
許多智能電表或監(jiān)測設(shè)備會同時集成：
一路取電磁芯負(fù)責(zé)給電路供電;
另一路或同一路磁芯的信號分支給計(jì)量芯片使用。
這樣既降低了布線復(fù)雜度，又能統(tǒng)一標(biāo)定與校準(zhǔn)。
五、選型時可以從哪些維度考慮?
1. 明確一次側(cè)條件
母線/電纜的額定電流范圍、可能的最大短時電流;
導(dǎo)體直徑或母線尺寸，決定磁芯內(nèi)徑和結(jié)構(gòu)形式;
線路電壓等級與絕緣要求，影響安全距離與封裝形式。
2. 確定需要的輸出功率
負(fù)載設(shè)備的靜態(tài)功耗、峰值功耗;
是否有無線發(fā)射、繼電器吸合等瞬時大電流行為;
是否可以通過電容儲能緩沖瞬時功耗。
3. 評估安裝環(huán)境
是否有足夠空間容納閉口磁芯，不行則考慮開口式;
是否存在明顯溫差、振動或電磁干擾;
是否需要防塵、防潮、防凝露等防護(hù)措施。
4. 選定材料及規(guī)格
電流大、頻率低：可優(yōu)先考慮硅鋼或納米晶;
空間有限、兼顧中高頻：優(yōu)先考慮高性能鐵氧體或納米晶;
對成本敏感：在滿足性能的前提下選擇通用規(guī)格和成熟方案。
六、安裝與使用中的注意事項(xiàng)
1. 保證磁路閉合良好
對于開口式磁芯，要確保閉合處貼合緊密，減少間隙;
避免金屬雜物進(jìn)入磁芯間隙，防止異常發(fā)熱和性能下降。
2. 導(dǎo)體位置居中
讓被取電的電纜盡量位于磁芯中心位置，避免貼邊穿過;
多根導(dǎo)線穿入時需注意電流矢量疊加，防止互相抵消磁通。
3. 避免誤把進(jìn)出線一起穿過
如果相線和零線同時穿過取電磁芯，理論上磁通會大部分相互抵消，導(dǎo)致取電能量嚴(yán)重下降。
通常只讓單根相線或單向電流的導(dǎo)體穿過磁芯。
4. 注意絕緣與固定
對于高壓或高能量線路，要確保磁芯與繞組和外殼之間的絕緣距離;
合理固定磁芯與電纜，避免因振動或撞擊造成絕緣損壞或磁芯破裂。
七、與其它取電方式的對比：取電磁芯的優(yōu)勢與局限
1. 相比直接并接電源的方式
優(yōu)勢：
無需額外布線，安裝在既有電纜上即可;
能夠?qū)崿F(xiàn)一定程度的電氣隔離，提高安全性。
局限：
需要線路有足夠電流才有可用能量;
取電功率有限，更適合中低功耗設(shè)備。
2. 相比電池和太陽能供電
優(yōu)勢：
不依賴更換電池，適合長期運(yùn)行;
不受光照條件限制。
局限：
必須依附在有電流的線路上工作;
對線路狀態(tài)變化較敏感，如輕載時可能功率不足。
因此，取電磁芯適合有穩(wěn)定電流、功耗適中的長期監(jiān)測設(shè)備，比如配電監(jiān)測、在線測溫、智能電表等。
八、未來趨勢：從“取一點(diǎn)電”到“能量管理一體化”
與超低功耗芯片結(jié)合
終端的功耗下降后，同樣的取電磁芯可以支持更多功能、更多采集通道。
與能量管理 IC 深度集成
取電磁芯輸出的能量，通過專用能量采集芯片進(jìn)行最大化利用，實(shí)現(xiàn)起動電流更低、效率更高。
與無線通信模塊一體化封裝
在一個緊湊模塊中集成取電磁芯、電源管理、電流檢測、無線通信，使現(xiàn)場安裝更簡單。
更注重安全與標(biāo)準(zhǔn)化
隨著相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)完善，取電磁芯及其模塊的絕緣、防護(hù)和可靠性指標(biāo)會愈發(fā)細(xì)致，有利于形成穩(wěn)定的選型和應(yīng)用體系。
取電磁芯體積不大，卻承擔(dān)著從高能量電力系統(tǒng)中“摘下一點(diǎn)電”供設(shè)備使用的關(guān)鍵作用。
從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，到安裝位置和配套電路，每一個細(xì)節(jié)都影響著取電效果和系統(tǒng)安全。
理解取電磁芯的原理和特點(diǎn)，有助于在配電監(jiān)測、智能電表、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等場景中，設(shè)計(jì)出更可靠、更易維護(hù)的取電方案，讓那些看似“無電可用”的設(shè)備，真正做到隨線取電、長期穩(wěn)定運(yùn)行。
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