光學電流互感器的微小化問題研究.pdf

1、全電氣艦船是艦船未來的發(fā)展方向。在全電氣艦船中，電力系統(tǒng)不僅是艦船配電系統(tǒng)的能量來源，也是艦船驅(qū)動的能量來源。艦船電力系統(tǒng)的安全可靠運行是全電氣艦船至關(guān)重要的問題。為了確保全電氣艦船的安全運行，必須對艦船電力系統(tǒng)實施有效的監(jiān)視控制，監(jiān)視控制的基礎(chǔ)是準確和可靠的電壓和電流測量。毫無疑問，電流互感器是全電氣艦船的關(guān)鍵裝備之一。由于全電氣艦船用互感器的目的是為監(jiān)視控制服務(wù)且數(shù)量需求龐大，因此全電氣艦船要求互感器的動態(tài)響應(yīng)能力強且體小質(zhì)輕，光學

2、電流互感器成為了全電氣艦船用電流互感器的首選。
　　應(yīng)用于全電氣艦船的光學電流互感器需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進行微小化研究。微小化研究面臨兩個難題，第一個難題是微小化與測量性能的關(guān)系問題，第二個難題是環(huán)境變化對微小光學電流互感器的性能影響問題。
　　本文構(gòu)建了高精度的理論分析模型，為兩個難題的解決提供了理論基礎(chǔ)。通過分析溫度改變應(yīng)力導致磁光材料線性雙折射的物理機理，提出了計及溫度參量的分布參數(shù)模型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造了模擬光學電流互感器

3、實際工作情況的耦合仿真算法，作為光學電流互感器微小化研究的分析工具，能夠高精度地反映工作環(huán)境情況。
　　以解決第一個難題為出發(fā)點，論文研究了傳感長度與傳感特性的關(guān)系問題。為了實現(xiàn)微小化目標，必須簡化傳感結(jié)構(gòu)。在考慮測量性能和材料特性的基礎(chǔ)上，針對最簡潔的傳感結(jié)構(gòu)——塊玻璃直通光路式傳感結(jié)構(gòu)展開研究，得到了反映法拉第旋光角與磁光材料長度關(guān)系的法拉第磁旋光曲線，提出了能快速確定旋光曲線膝點位置的簡捷算法。膝點對應(yīng)的磁光材料長度值是材料

4、利用率最高點且響應(yīng)度大，將其定為磁光材料長度上限（即響應(yīng)度閾值）。根據(jù)光學電流互感器精度與分辨率之間的關(guān)系給出了分辨率閾值作為磁光材料的長度下限。
　　以理論模型為基礎(chǔ)，論文研究了環(huán)境變化對微小光學電流互感器的性能影響問題。本文在深入分析溫度和干擾磁場兩個環(huán)境因素的基礎(chǔ)上，建立了基于多屬性決策理論的體效特性模型，將光學電流互感器溫度穩(wěn)定性、抗干擾特性、響應(yīng)度等屬性與不同的磁光材料長度方案關(guān)聯(lián)起來，通過具體的數(shù)學方法計算體效特性模型

5、的最優(yōu)解為最終設(shè)計提供磁光材料的長度方案，為微小光學電流互感器的設(shè)計提供了理論指導。
　　在解決兩個難題基礎(chǔ)上，完成微小光學電流互感器的樣機制作。本文以全電氣艦船為應(yīng)用背景，采用體效特性分析的手段，設(shè)計了一種直通光路型微小光學電流互感器。搭建了全電氣艦船用電流互感器性能實驗平臺并進行了相關(guān)實驗。實驗結(jié)果表明，研制的微小光學電流互感器，測量精度在±1％以內(nèi)，體積和重量均為傳統(tǒng)船用互感器的3%，在完全滿足艦船標準基礎(chǔ)上，大幅度降低了電