光學(xué)電流互感器的微小化問(wèn)題研究.pdf

1、全電氣艦船是艦船未來(lái)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(lái)源，也是艦船驅(qū)動(dòng)的能量來(lái)源。艦船電力系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行是全電氣艦船至關(guān)重要的問(wèn)題。為了確保全電氣艦船的安全運(yùn)行，必須對(duì)艦船電力系統(tǒng)實(shí)施有效的監(jiān)視控制，監(jiān)視控制的基礎(chǔ)是準(zhǔn)確和可靠的電壓和電流測(cè)量。毫無(wú)疑問(wèn)，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(dòng)態(tài)響應(yīng)能力強(qiáng)且體小質(zhì)輕，光學(xué)

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(xué)電流互感器需在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行微小化研究。微小化研究面臨兩個(gè)難題，第一個(gè)難題是微小化與測(cè)量性能的關(guān)系問(wèn)題，第二個(gè)難題是環(huán)境變化對(duì)微小光學(xué)電流互感器的性能影響問(wèn)題。
　　本文構(gòu)建了高精度的理論分析模型，為兩個(gè)難題的解決提供了理論基礎(chǔ)。通過(guò)分析溫度改變應(yīng)力導(dǎo)致磁光材料線性雙折射的物理機(jī)理，提出了計(jì)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(xué)電流互感器

3、實(shí)際工作情況的耦合仿真算法，作為光學(xué)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(gè)難題為出發(fā)點(diǎn)，論文研究了傳感長(zhǎng)度與傳感特性的關(guān)系問(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)微小化目標(biāo)，必須簡(jiǎn)化傳感結(jié)構(gòu)。在考慮測(cè)量性能和材料特性的基礎(chǔ)上，針對(duì)最簡(jiǎn)潔的傳感結(jié)構(gòu)——塊玻璃直通光路式傳感結(jié)構(gòu)展開(kāi)研究，得到了反映法拉第旋光角與磁光材料長(zhǎng)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(diǎn)位置的簡(jiǎn)捷算法。膝點(diǎn)對(duì)應(yīng)的磁光材料長(zhǎng)度值是材料

4、利用率最高點(diǎn)且響應(yīng)度大，將其定為磁光材料長(zhǎng)度上限（即響應(yīng)度閾值）。根據(jù)光學(xué)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(zhǎng)度下限。
　　以理論模型為基礎(chǔ)，論文研究了環(huán)境變化對(duì)微小光學(xué)電流互感器的性能影響問(wèn)題。本文在深入分析溫度和干擾磁場(chǎng)兩個(gè)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(xué)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(zhǎng)度方案關(guān)聯(lián)起來(lái)，通過(guò)具體的數(shù)學(xué)方法計(jì)算體效特性模型

5、的最優(yōu)解為最終設(shè)計(jì)提供磁光材料的長(zhǎng)度方案，為微小光學(xué)電流互感器的設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)。
　　在解決兩個(gè)難題基礎(chǔ)上，完成微小光學(xué)電流互感器的樣機(jī)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(jì)了一種直通光路型微小光學(xué)電流互感器。搭建了全電氣艦船用電流互感器性能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，研制的微小光學(xué)電流互感器，測(cè)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(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上，大幅度降低了電