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)響應能力強且體小質輕，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。
　　應用于全電氣艦船的光學電流互感器需在現(xiàn)有基礎上進行微小化研究。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。通過分析溫度改變應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。在此基礎上，構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系問題。為了實現(xiàn)微小化目標，必須簡化傳感結構。在考慮測量性能和材料特性的基礎上，針對最簡潔的傳感結構——塊玻璃直通光路式傳感結構展開研究，得到了反映法拉第旋光角與磁光材料長度關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。膝點對應的磁光材料長度值是材料

4、利用率最高點且響應度大，將其定為磁光材料長度上限（即響應度閾值）。根據(jù)光學電流互感器精度與分辨率之間的關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，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、響應度等屬性與不同的磁光材料長度方案關聯(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)解為最終設計提供磁光材料的長度方案，為微小光學電流互感器的設計提供了理論指導。
　　在解決兩個難題基礎上，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用背景，采用體效特性分析的手段，設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實驗。實驗結果表明，研制的微小光學電流互感器，測量精度在±1％以內，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上，大幅度降低了電