磁光式电流互感器的铁磁流体磁光特性实验研究

论文摘要

光学电流传感器以光纤作为传输媒质,主要应用法拉第磁光效应工作原理的磁光材料作为传感元件,具有成本低、结构稳定、灵敏度高、可实现电流值的线性检测等特点,适用于电力系统中高压下的电流检测。分析表明,现行几种磁光式电流互感器(MOCT)存在的问题均与所采用的磁光介质有关。针对现行磁光介质所存在的问题,本文对新型磁光介质——铁磁流体的特性进了详细地研究。首先,简单介绍了铁磁流体的组成及其制备方法;根据铁磁流体的组成及其制备特性,选用合适的铁磁流体;对所选用的铁磁流体及稀释的铁磁流体作了稳定性、透光特性以及磁特性等基本特性的分析和测量;通过检测得知,该铁磁流体具有稀释稳定性强,对各种波长具有不同透光特性以及具有超顺磁性等特点。接着,介绍了一套依据法拉第效应单光路检测法实验原理的自行设计的用于研究铁磁流体磁光效应的实验平台,并简要介绍该实验平台的各个实验装置,重点介绍了该实验平台的磁场产生装置——C型电磁铁。在有限元分析软件Ansoft仿真的基础上设计了该C型电磁铁,并用MODEL7010特斯拉计对该C型电磁铁进行磁场测试,得到该C型电磁铁气隙内部磁场分布的情况。然后,本文重点研究了铁磁流体在磁场作用下的直流特性、交流特性及其频率特性等,着重讨论了浓度和薄膜厚度对铁磁流体这些特性的影响,以期得到适合测量电流的铁磁流体的参数;并对铁磁流体所显现的异样的法拉第磁光特性进行了理论上的分析和探讨。最后,本文针对铁磁流体特性的研究结果及铁磁流体的实际,认为以其为互感材料的光学电流传感器宜采用带有铁心的集磁环式结构,并用有限元分析软件Ansoft研究了集磁环传感头气隙内部磁场分布情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 光学电流互感器的研究现状
• 1.1.1 带Rogowski 线圈的光学电流互感器
• 1.1.2 全光纤型MOCT
• 1.1.3 混合型MOCT
• 1.2 课题的研究意义
• 1.3 本论文研究的主要内容及目标
• 2 铁磁流体及其基本特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 铁磁流体的基本成分及制备方法
• 2.2.1 铁磁流体的基本成分
• 2.2.2 铁磁流体的制备方法
• 2.3 铁磁流体的基本特性
• 2.3.1 稳定性
• 2.3.2 透光特性
• 2.3.3 磁特性
• 2.4 本章小结
• 3 法拉第效应实验平台的研制
• 3.1 引言
• 3.2 法拉第效应实验原理
• 3.3 实验平台的设计
• 3.4 实验装置说明及测试
• 3.5 本章小结
• 4 实验结果与分析
• 4.1 引言
• 4.2 直流特性研究与分析
• 4.2.1 直流特性
• 4.2.2 理论分析与探讨
• 4.3 交流特性研究
• 4.3.1 交流特性
• 4.3.2 α的变化对铁磁流体磁光特性的影响
• 4.3.3 浓度对铁磁流体磁光特性的影响
• 4.3.4 薄膜厚度对铁磁流体法拉第磁光特性的影响
• 4.4 铁磁流体的频率特性及分析
• 4.4.1 浓度对铁磁流体频率特性的影响
• 4.4.2 薄膜厚度对铁磁流体的影响
• 4.5 本章小结
• 5 集磁环式传感头的初步研究
• 5.1 引言
• 5.2 集磁环周围磁场的理论计算
• 5.3 带气隙集磁环的磁化曲线分析
• 5.4 集磁环的剩磁密度分析
• 5.5 基于ANSOFT 的集磁环传感头气隙磁场有限元仿真分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• A. 作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录
• B. 作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目