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电力机车光纤电压传感器物理场分析及耦合特性研究
| 论文题名： | 电力机车光纤电压传感器物理场分析及耦合特性研究 |
| 关键词： | 电力机车;光纤电压传感器;逆压电效应;多物理场耦合 |
| 摘要： | 电压互感器是电力机车上重要的高压电气设备。光纤电压传感器凭借体积小、耐高压、安全性高、无磁饱和等优点，是未来电力机车电压互感器发展的必然趋势。经过多年的发展，光纤电压传感器仍处于理论和实验室阶段，距离实用化尚有许多关键问题亟需解决。本文以基于逆压电效应的全光纤电压传感器为研究对象，致力于解决其在电力机车电压传感领域的环境适应性问题，推进其走向工程实际应用。 基于逆压电效应的全光纤电压传感器，其传感介质不仅敏感待测电场，而且还会受到温度场、应力场等环境因素的干扰，且不同物理场之间相互耦合存在能量交换，严重影响系统输出性能，限制其走向实用化。本文基于偏振光学相关理论，利用琼斯矩阵建立系统输出数学模型，在此基础上，建立了环境物理场作用下的系统数值分析模型，并利用有限元法计算分析了多物理场耦合作用下的系统输出特性，为提高系统输出准确度和环境适应性奠定了理论基础。本文主要研究如下： 首先分析光路系统中关键光学元件的作用特点，以及电压敏感机理，利用琼斯矩阵推导建立待测电压与系统输出的数学模型，进而得到传感头内部的光电转换关系，并分析给出多物理场耦合分析方法。其次，基于系统输出数学模型，分析影响系统输出的物理场因素，以及物理场间的耦合关系；在调研分析确定电力机车实际运行时光纤电压传感器的环境载荷参数的基础上，结合电磁学、传热学、固体力学等理论剖析环境物理场数值分析方法，建立温度场和应力场作用下的系统输出数值分析模型，利用有限元数值分析法分析环境物理场对系统输出的影响规律，验证石英晶体内部物理场稳定对提高系统输出稳定性的重要性。最后，在单一物理场分析基础上，进一步分析石英晶体内部“电-热”单向耦合以及“热-力”双向耦合特性，建立多物理场耦合作用下的系统输出数值分析模型，并结合电力机车实际运行特征载荷，分析得到不同运行环境下的多物理场耦合作用与系统输出数学关系。 本文的研究为解决光纤电压传感器在诸如电力机车应用领域等的多物理场环境扰动问题提供理论参考和依据，有助于提高光纤电压传感器的环境适应性，推进其工程化应用。 |
| 作者： | 董春君 |
| 专业： | 控制工程 |
| 导师： | 杨汉瑞 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东北电力大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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