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原文传递光学电流互感器的微小化问题研究

论文题名：	光学电流互感器的微小化问题研究
关键词：	全电气舰船;电力系统;光学电流互感器;微小化研究;仿真模型;动态响应能力
摘要：	全电气舰船是舰船未来的发展方向。在全电气舰船中，电力系统不仅是舰船配电系统的能量来源，也是舰船驱动的能量来源。舰船电力系统的安全可靠运行是全电气舰船至关重要的问题。为了确保全电气舰船的安全运行，必须对舰船电力系统实施有效的监视控制，监视控制的基础是准确和可靠的电压和电流测量。毫无疑问，电流互感器是全电气舰船的关键装备之一。由于全电气舰船用互感器的目的是为监视控制服务且数量需求庞大，因此全电气舰船要求互感器的动态响应能力强且体小质轻，光学电流互感器成为了全电气舰船用电流互感器的首选。　　应用于全电气舰船的光学电流互感器需在现有基础上进行微小化研究。微小化研究面临两个难题，第一个难题是微小化与测量性能的关系问题，第二个难题是环境变化对微小光学电流互感器的性能影响问题。　　本文构建了高精度的理论分析模型，为两个难题的解决提供了理论基础。通过分析温度改变应力导致磁光材料线性双折射的物理机理，提出了计及温度参量的分布参数模型。在此基础上，构造了模拟光学电流互感器实际工作情况的耦合仿真算法，作为光学电流互感器微小化研究的分析工具，能够高精度地反映工作环境情况。　　以解决第一个难题为出发点，论文研究了传感长度与传感特性的关系问题。为了实现微小化目标，必须简化传感结构。在考虑测量性能和材料特性的基础上，针对最简洁的传感结构——块玻璃直通光路式传感结构展开研究，得到了反映法拉第旋光角与磁光材料长度关系的法拉第磁旋光曲线，提出了能快速确定旋光曲线膝点位置的简捷算法。膝点对应的磁光材料长度值是材料利用率最高点且响应度大，将其定为磁光材料长度上限（即响应度阈值）。根据光学电流互感器精度与分辨率之间的关系给出了分辨率阈值作为磁光材料的长度下限。　　以理论模型为基础，论文研究了环境变化对微小光学电流互感器的性能影响问题。本文在深入分析温度和干扰磁场两个环境因素的基础上，建立了基于多属性决策理论的体效特性模型，将光学电流互感器温度稳定性、抗干扰特性、响应度等属性与不同的磁光材料长度方案关联起来，通过具体的数学方法计算体效特性模型的最优解为最终设计提供磁光材料的长度方案，为微小光学电流互感器的设计提供了理论指导。　　在解决两个难题基础上，完成微小光学电流互感器的样机制作。本文以全电气舰船为应用背景，采用体效特性分析的手段，设计了一种直通光路型微小光学电流互感器。搭建了全电气舰船用电流互感器性能实验平台并进行了相关实验。实验结果表明，研制的微小光学电流互感器，测量精度在±1％以内，体积和重量均为传统船用互感器的3%，在完全满足舰船标准基础上，大幅度降低了电流互感器体积尺寸，实现了高精度、小型化和轻型化的设计目标。
作者：	王佳颖
专业：	电力系统及其自动化
导师：	郭志忠
授予学位：	博士
授予学位单位：	哈尔滨工业大学
学位年度：	2011
正文语种：	中文