امپراتور همکاری در فروش فایل
  • بازدید : 104 views
  • بدون نظر

خرید و دانلود
با قیمت 8,500 تومان
این فایل قابل ویرایش می باشد وبه صورت زیر تهیه شده وشامل موارد زیر است:

اندازه گيري ولتاژ يك سيستم قدرت داراي اهميت بالايي است . دانستن مقدار ولتاژ براي محاسبه مقدار توان سيستم ، حفاظت و موارد ديگر لازم است . در حال حاضر در شبكه هاي قدرت اندازه گيري ولتاژ توسط ترانسفورماتور ولتاژ القايي يا خازني صورت مي گيرد . در چند سال اخير ترانسفور ماتورهاي ولتاژ نوري در موارد زيادي جايگزين ترانسفور ماتورهاي معمولي شده است .
براي اندازه گيري ولتاژ به كمك المانهاي نوري ، مي توان  از دو اثر كر و پاكلز بهره برد . همانطور كه مشاهده شد اثر كر با مجذور ميدان الكتريكي و اثر پاكلز با توان  اول ميدان رابطه دارد . اين تفاوت باعث شده كه در ساخت ترانسفورماتور ولتاژ نوري بيشتر از اثر پاكلز استفاده شود . در ادامه هر دو اين اثرها را به طور كاملتر بررسي كرده و مشخصات ترانسفور ماتور ولتاژي كه بر اساس هر يك از اين اثرها ساخته مي شود بدست آورده و با يكديگر مقايسه مي شوند . همچنين مشخصات و كارايي اين ترانسفور ماتورها بيان مي شود . ( در اينجا از OPT به جاي ترانسفور ماتور ولتاژ نوري استفاده مي شود ) .
OPT  بر اساس اثر پاكلز
همانطور كه ديده شده اثر كر با ولتاژ رابطه غير خطي دارد و نيز ثابت كر اكثر مواد خيلي كوچك است كه باعث مي شود در ولتاژهاي كم دقت OPT افت كند و با توجه به اين مشكلات استفاده از اثر پاكلز مناسب است زيرا اين اثر با توان اول ولتاژ رابطه دارد . در حال حاضر ، اكثر OPTها بر اساس اثر پاكلز طراحي مي شوند . در ادامه اين بخش ، اين نوعOPT به طور كامل بررسي مي شود .

۶-۲- ۱- اصول كار OPT
اساس كار تقريبا تماميOPT هاي موجود بر اثر پاكلز بنا نهاده شده است كه در فصل ۵ به طور كامل توضيح داده شد . در اينجا براي يادآوري به طور خلاصه اين اثر شرح داده مي شود . مطابق اثر پاكلز ، اگر يك ماده در ميدان الكتريكي قرار بگيرد پديده دو شكستي در آن ظاهر مي شود . در اثر ايجاد پديده دو شكستي ، نور ورودي به دو پرتو نور خطي عمود بر هم تبديل مي شود كه داراي سرعتهاي متفاوت هستند . بدليل اختلاف سرعت بين دو پرتو خروجي ، اختلاف فاز بين آنها بوجود مي آيد كه مطابق رابطه زير با ميدان الكتريكي و در نتيجه ولتاژ رابطه مستقيم دارد :
             ( 6-9 )                                                       
كه   ضريب شكست ماده ،   ثابت پاكلز ،  طول موج نور و  ولتاژ توليد كننده ميدان الكتريكي و   ولتاژ نيم موج است . در اينجا فرض شده است كه ميدان توسط دو الكترود تخت ايجاد مي شود و ميدان در راستاي مسير انتشار نور است . اگر ميدان در راستاي مسير نور نباشد مقدار  به طول سلول وابسته مي شود . حال اگر بتوان اين اختلاف فاز ايجاد شده را به طريقي اندازه گرفت ولتاژ اعمال شده به الكترودها براحتي محاسبه مي شود . براي انجام اين كار مي توان از سيستم مدولاسيون شدت نور بهره برد .

۶-۲-۲- سيستم مدولاسيون شدت نور در OPT
            يكي از روشهاي متداول براي بدست آوردن اختلاف فاز ايجاد شده توسط اثر پاكلز استفاده از سيستم مدولاسيون شدت نور است . اين سيستم شدت نور خروجي از سلول پاكلز را به اختلاف فاز ايجاد شده ربط ميدهد و سپس با پردازش شدت نور خروجي از سيستم ، ولتاژ معين مي شود . در شكل ۶-۲ آرايش يكOPT  كه بر اساس سيستم مدولاسيون شدت نور عمل مي كند ، نشان داده شده است . قطبشگر اول نور ورودي را به نور خطي تبديل مي كند و سپس وارد سلول پاكلز مي شود و پس از خروج از آن وارد قطبشگر دوم شده تا تغييرات ايجاد شده در آن نمايان شود . اگر زاويه قطبشگر اول ۴۵ درجه و زاويه قطبشگر دوم ۱۳۵ درجه باشد از روش مولر داريم :
                      ( 6-10 )                                                   

كه  ماتريس معرف اثر پاكلز ا ست ، كه در ضميمه بررسي شده است . با انجام محاسبات اين رابطه ، شدت نور خروجي برابر مي شود با :
                      ( 6-11 )                                                           
با جايگذاري  در اين معادله داريم : 
                      ( 6-12 )                              
اگر چه زاويه پاكلز با توان اول ميدان رابطه دارد ، ولي شدت  نور خروجي از اين سيستم مدولاسيون شدت نور ، رابطه اي خطي با ولتاژ ندارد به همين دليل در اين سيستم تغييري داده شده است كه باعث مي شود شدت نور با ولتاژ رابطه خطي برقرار كند . اين تغيير عبارت است از اضافه كردن يك تيغه ربع موج قبل يا بعد از سلول پاكلز . آرايش يك سيستم اصلاح شده كه در آن تيغه ربع موج قبل از سلول پاكلز قرار گرفته است ، در شكل ۶-۳ رسم شده است . تيغه ربع موج ، نور خطي ورودي به آن را به نور دايره اي تبديل مي كند . اين نور پس از خروج از تيغه ربع موج ، وارد سلول پاكلز مي شود و به صورت نور بيضوي در مي آيد . ميزان بيضوي شدن نور دايره اي رابطه مستقيمي با ولتاژ دارد . براي اين آرايش بردار نور خروجي از رابطه زيربدست مي آيد : 
                      ( 6-13 )                                        
كه  ماتريس تيغه ربع موج است كه در ضميمه معرفي شده است . در اين آرايش زاويه محور تيغه صفحه ربع موج با مسير نور ْ۹۰ است . شدت نور خروجي از سيستم اصلاح شده برابر است با :
             ( 6-14 )               
سيستم اصلاح شده پاكلز 
    در آرايش اصلاح شده دوم ، تيغه ربع موج بعد از سلول پاكلز قرار داده مي شود . زاويه هاي محور تيغه ربع موج و قطبشگرها مانند آرايش اول است . در اين مورد نور خروجي از سلول پاكلز وارد تيغه مي شود و اختلاف فاز ايجاد شده توسط اثر پاكلز به اندازه  افزايش مي يابد . بردار نور خروجي از رابطه زير بدست مي آيد :
                      ( 6-15 )                                        
با انجام محاسبات اين رابطه ، براي شدت نور خروجي از قطبشگر دوم همان رابطه ۶-۱۴  دست مي آيد كه نشان مي دهد اين دو آرايش از لحاظ شدت نور خروجي با هم يكسان هستند بنابراين مشاهده مي شود كه با تغيير آرايش سيستم پاكلز ، شدت نور خروجي رابطه اي خطي با ولتاژ پيدا مي كند .(رابطه ۶-۱۴)

۶-۲-۳- مدار پردازش سيگنال در OPT 
شدت نور خروجي از سيستم پاكلز در قسمت  قبل بدست آمد ، اين سيگنال سپس وارد قسمت آشكار ساز نوري مي شود و به سيگنال الكتريكي تبديل مي شود . حال بايد با پردازش اين سيگنال مقدار  را بدست آورد . در اينجا فقط نتايج روشهاي پردازش اين سيگنال براي ترانسفور ماتور ولتاژ  بيان خواهد شد .
براي OPT هاي اثر كر، ولتاژ خروجي مدار پردازش سيگنال براي آرايش اصلاح نشده آن برابر است با :
             ( 6-16 )                                                                   
و براي آرايش اصلاح شده برابر مي شود با :
             ( 6-17 )                                                                   
همچنين براي OPT هاي اثر پاكلز همين رابطه ها صادق است و فقط بايد   با  جايگزين شود .

۶-۲-۴- مواد سازنده سلول پاكلز
بلور هاي زيادي وجود دارند كه اثر الكترو نوري پاكلز از خود نشان مي دهند كه ميان آنها مي توان از ،  ، ،   و  نام برد . از ميان اين مواد ، بيشتر از   و  براي ساخت سلول پاكلز استفاده مي شود . در اين ميان ،  بدلايل زير بر مواد ديگر ارجحيت دارد : 
۱ـ در مقايسه با   و   ، وابستگي حرارتي اثر پاكلز در  كوچك است .
۲ـ چون  هيچ توان گردان نوري ندارد ، مي توان ضخامت سلول را زياد گرفت تا تحمل عايقي آن زياد شود .  
۳ـ ثابت دي الكتريك   حدود ۱۶ است و مقاومت ويژه آن هم حدود  15 10است . بنابراين ، با توجه به كوچك بودن ثابت دي الكتريك  و بزرگ بودن مقاومت ويژه   ، توزيع ولتاژ اعمال شده بندرت توسط سنسور آشفته مي شود .
بعد از  ،  استفاده از  رايج تر است . يكي از تفاوتهاي  نسبت به  داشتن توان گردان نوري است كه رابط اختلاف فاز ايجاد شده توسط سلول پاكلز را پيچيده تر مي كند .  در صورت استفاده از اين ماده در سلول پاكلز هر دو پديده دو شكستي و چرخش صفحه پلاريزاسيون نور ورودي ، بطور همزمان اتفاق مي افتد .
قبلاً در بخش (۵-۲) حالت ايجاد همزمان پديده دو شكستي و چرخشي فارادي شد و در معادله (۵-۱۶) رابطه مربوط  به اين حالت آورده شد . چون چرخش فارادي شباهت زيادي به توان گردان نوري دارد مي توان از همان رابطه (۵-۱۶) در اين مورد خاص هم استفاه كرد . بنابراين اگرسلول پاكلز از  ساخته شده باشد و از اين سلول در سيستم مدولاسيون شدت نور با آرايش اصلاح شده استفاده شود ، شدت نور خروجي از سنسور با رابطه هاي زير بيان مي شود : 
             ( 6-18 )                                                             
             ( 6-19 )                                                             
             ( 6-20 )                                                          
             ( 6-21 )                                         
 ولتاژ نيم موج است كه برابر با ۶۸۰۰ ولت است و   توان گردان نوري و  عرض سلول پاكلز است . در ضمن به  ضريب مدولاسيون گفته مي شود كه اين اصطلاح در مورد ساير OPT ها هم بكار برده مي شود .

۶-۳- مشخصات OPT
براي پي بردن به كارآيي ترانسفور ماتور ولتاژ نوري ، بايد مشخصات و نحوه كار آنها مشخص باشد . از جمله اين مشخصات مشخصه خروجي و حرارتي آنهاست كه نقش مهمي در كار آيي آنها دارند . در اين بخش ، مشخصات خروجي OPT هاي اثر كر و پاكلز بررسي و با هم مقايسه مي شوند . همچنين تاثير حرارت را روي اثر پاكلز مشاهده كرده و راههايي براي كاهش تاثير حرارت در بعضي موارد خاص ارايه مي شود .

۶-۳-۱- مشخصه خروجي OPT
مشخصه خروجيOPT ، بصورت ولتاژ خروجي مدار پردازش سيگنال برحسب ولتاژ اعمال شده بيان مي شود . اين مشخصه تابعي سينوسي برحسب   يا  است . در جدول (۶-۱) توابع خروجي OPT هاي اثر كر و پاكلز آمده است و مقادير تقريبي هر مشخصه هم بيان شده است .

آرايش اصلاح شده آرايش اصلاح نشده نوع OPT
 
 
OPT اثر كر
 
 
OPT اثر پاكلز
جدول (۶-۱) : توابع معرف مشخصه خروجي OPT
داشتن مشخصه خروجي  خطي از شرايط مهم براي كارايي بهترOPT  است . اگر به توابع تقريبي كه در جدول ( ۶-۱ ) داده شده است توجه شود ، مشاهده مي شود كه تنها اثر پاكلز با آرايش اصلاح شده داراي مشخصه خطي است و در بقيه موارد مشخصه غير خطي است . بنابراين ، OPT اثر پاكلز با آرايش اصلاح شده بهترين نوع OPT است و در اكثر ترانسفور ماتورهاي ولتاژ نوري از اين آرايش استفاده مي شود . از اين شكل مشخص است كه تنها مشخصه OPT اثر پاكلز با آرايش اصلاح شده نسبتاً خطي است و در بقيه موارد ، مشخصه ها كاملاً غير خطي است .
از ويژگيهاي ديگر OPT ، محدوده ديناميكي عملكرد آنهاست كه مي توان همان محدودة خطي OPT  در نظر گرفت . براي نمونه محدودة كار خطي براي OPT اثر پاكلز با آرايش اصلاح شده كه در شكل ( ۶-۴ ) مشخصه آن رسم شده است ، حدود ۴۰۰۰ ولت است كه مي توان بطور تقريبي برابر با محدودة ديناميكي OPT در نظر گرفت .
مشخصه خروجي OPT به عواملي مانند ثابت كر و پاكلز كه به نوع ماده بستگي دارد ، طول سلول كر وپاكلز و فاصله دو الكترود كه ميدان الكتريكي را ايجاد مي كند بستگي دارد . البته در اثر پاكلز در مد طولي آن ،   تنها با   رابطه دارد و در نتيجه مشخصه خروجي تنها به  وابسته مي شود .

شكل (۶-۴) : مشخصه هاي خروجي
الف ـ OPT اثر پاكلز با آرايش اصلاح نشده    ب‌ـ OPT اثر پاكلز با آرايش اصلاح شده
ج ـ OPT اثر كر با آرايش اصلاح نشده           د ـ OPT اثر كر با آرايش اصلاح شده
اگر ولتاژ اعال شده به سلول پاكلز كوچكتر از   باشد بطوريكه شرط  ارضا شود ، آنگاه ضريب مدولاسيون با ولتاژ رابطه خطي پيدا مي كند . در نتيجه هر چه   بزرگتر باشد رنج ديناميكي OPT بزرگتر مي شود . براي مقايسه در شكل ( ۶-۶ ) مشخصه خروجيOPT  براي  و   با ولتاژ هاي نيم موج ۶۸۰۰ ولت و ۱۱۲۰ ولت رسم شده است كه صحت ادعاي بالا تا‎‏ييد مي گردد . 
شكل (۶-۵) : مقايسه محدودة كار خطي دو سنسور ولتاژ نوري با ولتاژ با ولتاژهاي نيم موج متفاوت

۶-۳-۲-مشخصه حرارتي OPT 
مشخصه خروجي OPT تحت تاثير حرارت تغيير مي كند . تغيير درجه حرارت ثابت كروپاكلز يا به نوعي ولتاژ نيم موج اثر پاكلز را تحت تاثير قرار مي دهد كه موجب مي شود مشخصه خروجي OPT تغيير كند . اگر ضريب حرارتي   را  فرض كنيم ، رابطه  به صورت زير در مي آيد :
             ( 6-22 )                                              
براي نمونه ضريب حرارتي   براي   حدود ۵-۱۰*۶/۴ است . در شكل (۶-۶) تغييرات حرارتي ولتاژ خروجي مدار پردازشگر سيگنال برحسب درجه حرارت براي سنسور نوري ولتاژ ساخته شده از   رسم شده است .

شكل (۶-۶) : تغييرات حرارتي يك سنسور نوري كه ماده سازنده سلول سنسور  است .
اگر از ماده  بعنوان سلول پاكلز استفاده شود ، بدليل توان گردان نوري اين ماده ، وابستگي حرارتي سنسور بيشتر مي شود . مشخصه حرارتي اين ماده را مي توان بصورت تئوري از روابط ( ۶-۱۸) تا (۶-۲۱) بدست آورد . ضريب حرارتي   براي  حدود    4-10*5/3  و ضرب حرارتي توان گردان نوري آن حدود  5-10*6/4 است ]۱۷[.
بنابراين با فرض تغيير درجه حرارت باندازه معادله (۶-۲۱) به صورت زير در مي آيد:
چون ضريب حرارتي طول سلول حدود ۱۰ است در محاسبات تغيير حرراتي مشخصه خروجي در نظر گرفته نمي شود.
با وقت در رابطه (۶-۲۳) مشاهده مي شود كه تغييرات حرارتي به ضخامت سلول وابسته است.
در شكل (۶-۷) تغييرات ضريب مدولاسيون بر حسب ضخامت سلول به ازاي رسم شده است اين شكل نشان مي دهد كه وابستگي حرارتي با تغيير ضخامت سلول تغيير مي كند بطوريكه در ضخامتي حدود ۶۶/۴ حداقل است. در شكل (۶-۱۰) وابستگي حرارتي مشخصه خروجي با ازاي رسم شده است كه مي توان وابستگي حرارتي را به ازاي اين دو ضخامت با يكديگر مقايسه كرد. تغييرات حرارتي به ازاي در محاوده ۱۰- تا ۸۵ درجه سانيتگراد حدود است كه در مقايسه با سلول با قابل اغماض است.

خرید و دانلود

با قیمت 8,500 تومان

عتیقه زیرخاکی گنج