基于空间非互易相位调制方法的全光纤电流互感器设计

发布时间：2020-10-25 03:06

　　 近年来,随着电力系统飞速发展,电力传输容限不断增加,传统电磁式电流互感器越发不能满足现今的需求,从安全性、市场效益和低碳环保等多方面考虑,电流传感器将向着更加高效可靠和小型化的方向发展,全光纤电流互感器正是符合目前市场要求和时代发展潮流的一种产物。本文着眼于设计一种新结构的用于全光纤电流互感器与光纤陀螺的相位调制方案,结合器件特性提出了一种空间非互易相位调制手段,在原理上消除了本征频率对系统的限制,同时设计完成原理样机,通过实验验证理论的正确性并检验系统可靠性与精确度,论文的主要内容如下:首先,对空间相位调制器与该调制方法下反射式全光纤电流互感器进行了详细分析。根据折射率椭球与琼斯矩阵建立光路的矩阵模型与理论输出模型,为后文奠定了理论依据;其次,提出了开环设计与闭环设计两种空间相位调制方法,通过分析各切向铌酸锂晶体横向电光效应选择最终设计方案,完成相位调制器设计并进行实验,验证差分相位的产生;再次,从应用角度出发完成电流互感器原理样机,通过LabVIEW编写上位机程序,设计闭环反馈结构,并对一阶闭环反馈(锁相)与二阶闭环反馈(锁调制电压)进行实验分析,验证结构的正确性;最后,对空间相位调制的电流互感器原理样机进行测试,实验结果表明开环结构互感器在受到环境影响时成线性变化趋势,结合误差补偿技术最低变比误差小于0.02%。闭环结构互感器在额定电流15~1800A(1%~120%)范围内具有良好的检测一致性,额定测量范围内,互感器比差均满足国标中特殊用途电流互感器误差限值,测量精度达到0.2S级。
【学位单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM452
【部分图文】：

2.4 基于非互易相移器的反射式光纤电流互感器特性分析2.4.1 光纤电流互感器光路偏振态分析图2-7为结合空间非互易相位调制方法的反射式全光纤电流互感器结构图，为了平衡耦合相移，达到最小非互易结构，共使用三个光纤耦合器。光路中偏振态的变化可如下描述：由超辐射二极管(Superluminescent Diode，SLD)光源发出的光经起偏器起偏后进入保偏光纤耦合器分成两路，一路经过90°熔接点L90°产生90°对轴[37,44]，另一路经过相位调制器引入调制相位，并在保偏耦合器3处耦合组成偏振方向垂直的两束线偏振光，然后线偏振通过λ/4波片转变成两束旋向相反的圆偏振光后进入到传感部分。由于Faraday效应

第 4 章 闭环反馈系统的设计成熟的相位调制器有一定距离，因此需要高压放大模块对调制信号放大覆盖铌酸锂调制的全波电压范围。图 4-2 为结合空间相位调制器的光纤电流互感器原理样机，光器件尾纤均为直径125μm 熊猫保偏光纤，使用保偏光纤熔接机熔接，显示部分除上位机外还连接示波器作为辅助监测。

t-kπ 图 4-3 锯齿波调制原理图4.3.2 闭环反馈与 LabVIEW 上位机设计电流互感器作为完整的面向客户产品不仅有互感器主体，更需要配套的驱动程序与 Demo，市面上大部分光纤电流互感器产品均配套完整的上位机程序，以满足供客户更多的设计需求。本文使用 NI 数据采集卡，采用 LabVIEW 作为主要的上位机编写软件，设计中上位机程序不仅需要控制采集卡采集电压波形与输出调制信号，更需要对数据进行信号处理，其中包括：信号滤波，频谱、相位谱分析，算法运算，一阶闭环反馈，二阶闭环反馈，数据另存等。主要模块包括同步信号采集及信号源模块与算法模块，并通过后面板编写的上位机操作界面，实现交互，主程序图如图4-4 所示。
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本文编号：2855369