بررسی ترانسهای ولتاژ نوری

بررسی ترانسهای ولتاژ نوری

بررسی ترانسهای ولتاژ نوری

اندازه گیری ولتاژ یك سیستم قدرت دارای اهمیت بالایی است . دانستن مقدار ولتاژ برای محاسبه مقدار توان سیستم ، حفاظت و موارد دیگر لازم است . در حال حاضر در شبكه های قدرت اندازه گیری ولتاژ توسط ترانسفورماتور ولتاژ القایی یا خازنی صورت می گیرد . در چند سال اخیر ترانسفور ماتورهای ولتاژ نوری در موارد زیادی جایگزین ترانسفور ماتورهای معمولی شده است .

برای اندازه گیری ولتاژ به كمك المانهای نوری ، می توان از دو اثر كر و پاكلز بهره برد . همانطور كه مشاهده شد اثر كر با مجذور میدان الكتریكی و اثر پاكلز با توان اول میدان رابطه دارد . این تفاوت باعث شده كه در ساخت ترانسفورماتور ولتاژ نوری بیشتر از اثر پاكلز استفاده شود . در ادامه هر دو این اثرها را به طور كاملتر بررسی كرده و مشخصات ترانسفور ماتور ولتاژی كه بر اساس هر یك از این اثرها ساخته می شود بدست آورده و با یكدیگر مقایسه می شوند . همچنین مشخصات و كارایی این ترانسفور ماتورها بیان می شود . ( در اینجا از OPT به جای ترانسفور ماتور ولتاژ نوری استفاده می شود ) .

6-1- OPT براساس اثر كر

مطابق اثر كر، اگر یك پرتو نور خطی به ماده ای كه اثر كر دارد و در یك میدان الكتریكی قرار گرفته است بتابد ، تاخیر فاز بین پرتو ورودی و خروجی ایجاد می شود كه برابر است با :

( 6-1 )

كه در این رابطه ، ولتاژ اعمال شده ،فاصله بین دو الكترود تولید كننده میدان ، طول مسیر نور در ماده كر و ضریب كر است . در مودر اثر كر ، میدان الكتریكی باید بر جهت انتشار عمود باشد . حال اگر بتوان به طریقی مقداررا اندازه گرفت ، در آن صورت ولتاژ اعمال شده به ماده كر مشخص می شود . برای بدست آوردنسیستم مدولاسیون شدت نور انتخاب می گردد . برای بدست آوردن رابطه تئوری بین شت نور خروجی از سیستم كر و زاویه ، روش مولر بكار گرفته می شود . سیستم كری كه در اینجا استفاده می شود متشكل از دو قطبشگر و یك سلول كر ( ماده ای كه از خود اثر كر نشان می دهد ) است . اگر زاویه محور قطبشگر اول نسبت به جهت انتشار نورº 135 و زاویه قطبشگر دوم یا آنالیز كنندهº 45باشد (اختلاف زاویه بین محورانتقالشانْ90 می شود) بردار‌‌‌‌‌‌‌‌‌ پرتو نور خروجی با توجه به محاسبات ماتریسی مولر كه در ضمیمه توضیح داده شده است برابر است با :

( 6-2 )

كه برابر نور غیر پلاریزه ورودی است كه همراه باماتریسهای قطبشگر و كر در ضمیمه دو معرفی شده اند . با انجام محاسبات رابطه 6-2 بردار نور خروجی از سیستم كر برابر است با :

( 6-3 )

بنابراین شدت نور خروجی از قطبشگر دوم برابر می شود با :

( 6-4 )

كهشدت نور ورودی یا ماكزیمم شدت نور است . اگررا از معادله 6-1 در معادله 6-4 جایگذاری كنیم داریم :

( 6-5 )

این معادله را می توان به صورت زیر هم نوشت :

( 6-6 )

كه : ( 6-7 )

ضریب سلول كر نامیده می شود كه به ضریب كر و ابعاد هندسی سلول بستگی دارد . با توجه به رابطه ( 6-7 ) ، مشاهده می شود كه شدت نور خروجی با ولتاژ رابطه غیر خطی دارد . در شكل 6-1 الف رابطه بر حسب ولتاژ برای یك سلول كر كه از ماده نیتروبنزن با طول^mm30 و پهنای ^mm10 ساخته شده است ، نشان داده شده است . از این شكل هم غیر خطی بودن خروجی نسبت به ولتاژ اعمال شده كاملاً مشخص است . به علاوه چون ثابت كر نیتروبنزن خیلی كوچك است ( به طور كلی ثابت كر اكثر مواد خیلی كوچك است ) ، در ولتاژهای پایین شدت نور خروجی درحد صفر است . بنابراین استفاده اثر كر برای ساخت OPTچندان مناسب نیست .