互感器的結(jié)構(gòu)和工作原理-資料下載頁(yè)
2024-11-25 20:33本頁(yè)面
【正文】 ??222eaabaa USUSY ??aaa PQar c t g??四、電壓互感器二次負(fù)載的計(jì)算 第三節(jié) 光電式互感器的結(jié)構(gòu)和原理 一、 光電式電壓互感器（ OTV） 二、 光電式電流互感器（ OTA） 三、 組合式光電互感器（ OMU） 傳統(tǒng)電磁式結(jié)構(gòu)的互感器已暴露出許多缺點(diǎn)，其主要缺點(diǎn)如下： （ 1）電壓等級(jí)越高，其制造工藝越復(fù)雜，可靠性越差，造價(jià)越高。 （ 2）帶導(dǎo)磁體的鐵芯易產(chǎn)生磁飽和及鐵磁諧振，且有動(dòng)態(tài)范圍小、使用頻帶窄等缺陷。 自 20世紀(jì) 60年代以來(lái)，一些科技發(fā)達(dá)國(guó)家已在研究一種新型的互感器，利用光學(xué)技術(shù)、光纖傳感技術(shù)開(kāi)發(fā)研制出光電式電壓互感器（ OTV）、光電式電流互感器（ OTA）以及組合式光電互感器（ OMU）。它們具有傳統(tǒng)互感器不可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 其優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1）體積小，重量輕； （ 2）價(jià)格低，測(cè)量精度高； （ 3）不含鐵芯，消除了磁飽和及鐵磁諧振等問(wèn)題； （ 4）暫態(tài)響應(yīng)范圍大，頻率響應(yīng)范圍寬； （ 5）抗電磁干擾性能好； （ 6）沒(méi)有因充油而產(chǎn)生易燃、易爆炸等危險(xiǎn)； （ 7）便于向數(shù)字化、微機(jī)化發(fā)展。 一、光電式電壓互感器（ OTV） 1．基于電光效應(yīng)的電壓互感器 某些晶體在沒(méi)有外電場(chǎng)作用時(shí)，其各向同性，光率體為一圓球體。在外電場(chǎng)作用下，導(dǎo)致其入射光折射率改變，這種效應(yīng)就是光學(xué)的 Pockels效應(yīng)。其表達(dá)式為 這種折射率的變化將使某一方向入射晶體的偏振光產(chǎn)生的電光相位延遲，且延遲量與外加電場(chǎng)強(qiáng)度成正比。 測(cè)量光的折射率通常是通過(guò)干涉法進(jìn)行間接測(cè)量，其基本結(jié)構(gòu)主要由傳感頭、信號(hào)傳輸光纖和測(cè)量系統(tǒng)組成，如圖 428所示。 KEn ??一、光電式電壓互感器（ OTV） 圖 429所示為 BGO光纖電壓傳感頭的工作原理和結(jié)構(gòu)。它由起偏器、 l/4入波片、 BGO晶體、檢偏器構(gòu)成。 光纖傳輸?shù)淖匀还饨?jīng)透鏡準(zhǔn)直，由起偏器變成線偏振光，經(jīng) 1/4入波片將偏振光再變成圓偏振光。由于加在 BGO晶體上的電壓或電場(chǎng)的作用，這個(gè)圓偏振光又變成橢圓偏振光，經(jīng)檢偏器檢偏后的光信號(hào)，其調(diào)制度相當(dāng)于交流電壓或電場(chǎng)。因此，加在BGO上的電信號(hào)就可以通過(guò)檢測(cè)光信號(hào)來(lái)測(cè)量。 一、光電式電壓互感器（ OTV） 2．基于逆壓電效應(yīng)的 OTV 當(dāng)壓電晶體受到外加電場(chǎng)作用時(shí)，晶體除了產(chǎn)生極化現(xiàn)象外，同時(shí)形狀也產(chǎn)生微小變化即產(chǎn)生應(yīng)變，這種現(xiàn)象稱(chēng)為逆壓電效應(yīng)。利用逆壓電效應(yīng)引起晶體形變轉(zhuǎn)化為光信號(hào)的調(diào)制并檢測(cè)光信號(hào)，則可實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)（或電壓）的光學(xué)傳感。其結(jié)構(gòu)如圖 430所示。 一、光電式電壓互感器（ OTV） 這種傳感器僅采用石英晶體作為敏感器件，晶體圓柱表面纏繞橢圓芯雙模光纖。當(dāng)交流電壓施加在晶體上時(shí)，引起晶體的交變形變，這種形變由橢圓形雙模光纖感知，光纖的兩種空間模式（即 LP01和 LP11）在傳播中經(jīng)過(guò)調(diào)制的光學(xué)相位差通過(guò)相關(guān)干涉法測(cè)量得到。 一、光電式電壓互感器（ OTV） 3．基于分壓效應(yīng)的 OTV 分壓效應(yīng)的 OTV結(jié)構(gòu)如圖 431所示。母線電壓經(jīng)電容器串聯(lián)而取得分壓，經(jīng)傳感器的 Pockels晶體，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，光信號(hào)由光纖傳送至信號(hào)處理器，把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，輸出電壓 一、光電式電壓互感器（ OTV） 二、光電式電流互感器（ OTA） l．基于 Faraday效應(yīng)的 OTA OTA的工作原理基于磁光效應(yīng)（法拉第旋光效應(yīng)）。它是指物質(zhì)中傳輸光的偏振面因受到外加磁場(chǎng)作用而產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的現(xiàn)象。線性偏振光通過(guò)置于磁場(chǎng)中的法拉第旋光材料后，若磁場(chǎng)的方向與光的傳播方向平行，則出射線性偏振光與入射線性偏振光的偏振平面將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角 θ ，其值滿(mǎn)足 θ ＝ μ UdHL 圖 432所示為一種 OCT的基本結(jié)構(gòu)示意圖。 ? 在圖 432中，光源發(fā)出的光通過(guò)光纖引至起偏器，經(jīng)起偏器后變?yōu)榫€性偏振光，然后通過(guò)法拉第旋光器件，通過(guò)檢偏器后的光產(chǎn)生一定的旋轉(zhuǎn)角 θ ，檢偏器和光電檢測(cè)器將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，可以測(cè)出 θ 。 二、光電式電流互感器（ OTA） 2．混合式光電電流互感器 該型互感器的傳感頭不是光學(xué)元件，而是采用空心繞組。圖 433所示是空心繞組的結(jié)構(gòu)和它的等效電路圖。 二、光電式電流互感器（ OTA） 空心繞組由導(dǎo)線繞在非導(dǎo)磁的環(huán)形骨架上，骨架平均半徑為 r，截面積為 S，二次輸出電壓為 E2，一次導(dǎo)線穿過(guò)空心繞組。由于骨架采用的是非導(dǎo)磁材料，等效電路中的互感 M值因?qū)Т怕实投^小，負(fù)載電抗值較大。 根據(jù)電磁感應(yīng)定律可得 MdtdiME ?????2二、光電式電流互感器（ OTA） 三、組合式光電互感器（ OMU） 組合式光電互感器是把前述光電電壓互感器的 Pockels晶體縱向電光效應(yīng)和光電電流互感器的火石玻璃 Faraday磁光效應(yīng)組合而成。其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖 434所示。 電壓和電流傳感器置于充滿(mǎn) SF6氣體的復(fù)合瓷套內(nèi)，復(fù)合瓷套由起支柱作用的玻璃纖維筒和硅橡膠傘裙組成。
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