بررسی ترانس های ولتاژ نوری

بررسی ترانس های ولتاژ نوری
اندازه گیری ولتاژ یک سیستم قدرت دارای اهمیت بالایی است . دانستن مقدار ولتاژ برای محاسبه مقدار توان سیستم ، حفاظت و موارد دیگر لازم است . در حال حاضر در شبکه 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 کمک المانهای نوری ، می توان از دو اثر کر و پاکلز بهره برد . همانطور که مشاهده شد اثر کر با مجذور میدان الکتریکی و اثر پاکلز با توان اول میدان رابطه دارد . این تفاوت باعث شده که در ساخت ترانسفورماتور ولتاژ نوری بیشتر از اثر پاکلز استفاده شود . در ادامه هر دو این اثرها را به طور کاملتر بررسی کرده و مشخصات ترانسفور ماتور ولتاژی که بر اساس هر یک از این اثرها ساخته می شود بدست آورده و با یکدیگر مقایسه می شوند . همچنین مشخصات و کارایی این ترانسفور ماتورها بیان می شود . ( در اینجا از OPT به جای ترانسفور ماتور ولتاژ نوری استفاده می شود ) .

مروری بر مبحث نورشناسی

مقدمه:
در سالهای اخیر، مبحث نورشناسی به صف مقدم تفکر علمی وتکنولوژی راه یافته است . یک رشته کارهای قابل ملاحظه در این زمینه انجام شده و دلایلی برای امید داشتن به چیزهای شگفتی آفرین در افقهای آینده خود نمایی میکند. این علم به اعتبار و سابقه و تعبیری که بر شالوده ساختار نظریه الکترومغناطیس بنا نهاده شده است ، هرگز مرجعیت خود را از دست نداده است .

در طول تاریخ فیزیک مفاهیم مربوط به نور شناسی توسعه و گسترش فراوانی یافته است به طوریکه در حال حاضر ، دستگاههای نور شناختی بطور فزایندهای در زمینه های پزشکی و بهداشت ، صنعت ، کشاورزی و موارد متعدد دیگر ، مورد استفاده قرار می گیرند . از جمله صنایعی که در سالهای اخیر ، دستگاههای نور شناختی در آن کاربرد فراوانی پیدا کرده است ، صنعت برق است . در این صنعت برای انتقال اطلاعات استفاده از فیبر نوری رایج است و استفاده از المانهای نوری برای اندازه گیری جریان و ولتاژ هم در حال گسترش است . در این فصل برای آشنایی با دستگاههای نوری ، مروری بر و ماهیت و مبانی نور می شود و به تعدادی از پدیده های مربوط به انتشار نور در محیط های مادی پرداخته می شود .

ماهیت نور:

در طول تاریخ مفاهیم مربوط به ماهیت نور دچار تغییرات چند ی شده است ، تا اوایل قرن هفدهم عقیده بر این بود که نور متشکل از جریان ذرات بسیار ریزی است که ا زمنابع روشنایی انتشار می یابد . بعداً در سال 1864 ماکسول به شکل تئوری نشان داد که امواج نوری از جنس امواج الکترو مغناطیسی هستند . به علاوه مشاهده آثار پلاریزاسیون معلوم کرد که امواج نوری از نوع عرضی هستند یعنی حرکت موج عمود برجهتی است که در آن موج عبور می کند. امواج نوری زیر مجموعه ای از امواج الکترومغناطیس هستند که فرکانس آنها در محدوده 1014*9/3 تا 1014*9/7 قرار دارد به طور معادل طیف نوری در فضای آزاد با طول موج nm380 تا nm760 مشخص می شود.

هر موج الکترومغناطیسی از ترکیب دو میدان الکتریکی Eو میدان مغناطیسیB تشکیل می شود . توزیع میدانهای الکتریکی و مغناطیسی در یک ردیف امواج الکترومغناطیس صفحه ای و در یک لحظه معین از زمان، در شکل (13) ملاحظه می شود. براساس معادلات ما کسول می توان نشان داد کهE وB هر دو بر جهت انتشار موج K عمودند به علاوه میدانهایE وB خودشان نیز بر یکدیگر عمودند. در این صورت همانطور که در شکل 3-1 هم مشخص است بردارهای E وB و K تشکیل بردارهای قائم را می دهند.

بررسی نور پلاریز ه شده:

همانطور که قبلاً اشاره شده نور را می توان با نوسانات میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی که بر جهت انتشار موج و نیز بر یکدیگر عمودند نشان داد. بنابر تعریف پلاریزاسیون، مشخصات زمانی و مکانی بردار الکتریکی موج نور، نوع پلاریزاسیون نور را مشخص می کند اگربردار الکتریکی یک پرتو نور همیشه در یک صفحه باشد ، به آن نور پلاریزه خطی می گویند. در این صورت بردار الکتریکی نور روی یک خط ثابت حرکت می کند و مقدار و علامت آن تغییر می کند . صفحه ای که بردار الکتریکی در آن نوسان می کند، را صفحه ارتعاش می نامند. این صفحه علاوه بر بردار الکتریکی شامل بردار انتشار نیز هست و به این صفحه ، صفحه پلاریزاسیون هم می گویند. توجه به این نکته لازم است که بدلیل آنکه در موج نور شدت میدانE بزرگتر از میدان B است حالت ، پلاریزاسیون نور با جهت میدان الکتریکیE بیان می شود.

حال فرض کنید که دو موج نوری داریم که بطور خطی پلاریزه شده اند فرکانس آنها یکسان است و همچنین در یک راستا در حال حرکت هستند اگر بردارهای الکتریکی این دو موج با هم همراستا باشند ترکیب دو موج ، موجی با پلاریزاسیون خطی است . اگر میدانهای الکتریکی دو موج برهم عمود باشند پلاریزاسیون موج برایند بستگی به اختلاف فاز نسبی دو موج و دامنه آنها دارد . برای درک بهتر این موضوع، فرض کنید که بتوان دو موج اشاره شده را بصورت زیر نوشت :