Protocolli di progettazione, strumentazione e utilizzo per il monitoraggio degli hot spot termici in situ in situ in bobine elettriche utilizzando il multiplexing dei sensori FBG

Il monitoraggio dei punti caldi termici all'interno delle bobine elettriche è fondamentale nell'area di conduzione dell'alimentazione in quanto consente una comprensione molto migliore della salute del dispositivo, della durata residua e della vicinanza ai limiti di progettazione. La tecnica motoria consente un monitoraggio istituito dei punti caldi termici all'interno della struttura elettrica arrotolato in base all'applicazione di immunità elettromagnetica multiplexata e potenza mediante rilevamento in fibra ottica. Le prestazioni avanzate di rilevamento FPG descritte in questo video sono uniche e non possono essere molto simili all'applicazione di sensori convenzionali come coppie termiche attive o all'applicazione di tecniche di stima termica basate sulla resistenza.

I sensori FBG sono intrinsecamente reattivi all'eccitazione termica e meccanica e sono fragili. Pertanto, la loro applicazione per il rilevamento termico ravvicinato con strutture a bobina elettrica richiede una procedura speciale che è spiegata in questo protocollo. Identificare innanzitutto il design e le specifiche del sensore in base alla struttura della bobina di destinazione e alle funzionalità del sistema di interrogazione.

La bobina di prova qui mostrata è una motorette standard IEEE Classe H tipica delle bobine di macchine elettriche. Quando si progetta lo schermo di rilevamento, assicurarsi che la fibra ottica di rilevamento rimanga operativa negli ambienti termici e meccanici tipici delle applicazioni di rilevamento della bobina della ferita. L'utilizzo della fibra monomodale in poliammide insensibile alla piegatura standard assicura che il sensore sia in grado di funzionare a temperature superiori a 200 gradi Celsius e che abbia le proprietà meccaniche che gli consentono di essere piegato per conformarsi alla geometria della bobina desiderata.

In questa applicazione, quattro punti di rilevamento termico devono essere installati in quattro posizioni centrali di sezione trasversale della bobina di prova. Le singole posizioni di rilevamento sono identificate in base ai loro standard di monitoraggio termico latente per le macchine elettriche. La distanza tra le teste di rilevamento si basa sulla geometria della bobina e sulle posizioni di rilevamento di scelta.

Successivamente, specificare che le singole teste FBG siano di cinque millimetri di lunghezza e classificate con lunghezze d'onda diverse distanziate in una larghezza di banda da 1529 a 1560 nanometri per abbinare la valutazione dell'interrogante commerciale utilizzata e per evitare interferenze di lunghezze d'onda spostate. Qui la lunghezza complessiva della fibra è specificata a 1,5 metri. I 1,2 metri iniziali sono confezionati in Teflon e consentono il collegamento al dispositivo di interrogatorio esterno.

La lunghezza aggiuntiva di 3 metri contiene le quattro teste di rilevamento non confezionate. Mostrato in questo video è il sensore array specificato, che è stato prodotto commercialmente. In primo luogo, rimuovere il cappuccio protettivo dal connettore FC/APC.

Quindi pulire la faccia finale del connettore pulerla delicatamente con un detergente per connettori ottici. Assicurarsi quindi che la chiavele sia allineata correttamente e collegare il connettore della sonda FBG pulito al connettore del canale dell'interrogante. Accendere l'interrogante ed eseguire il software di configurazione.

Nella scheda di configurazione dello strumento, osservare gli spettro di lunghezza d'onda riflessa dalla sonda array FBG. Quattro picchi dovrebbero essere osservati nello spettro del canale correlato. Nel software, impostare la frequenza di campionamento su 10 Hertz e impostare i limiti dello spettro tra FBG per evitare interferenze di misurazione.

Quindi, nell'impostazione di misurazione, nomina le teste FBG come FBG-1, FBG-2, FBG-3 e FBG-4. Scegli le lunghezze d'onda come tipo di quantità da presentare graficamente in questa fase. Imprimere in modo appropriato l'area di rilevamento in cui le teste FBG sono impresse nella fibra dell'array utilizzando un capillare peek.

Ciò proteggerà la fibra di vetro e garantirà che la testa di rilevamento sia isolata dall'eccitazione meccanica e produca un sensore reattivo esclusivamente all'eccitazione termica. Tagliare una lunghezza adeguata dei tubi commerciali peek alla lunghezza della struttura della bobina bersaglio con pochi centimetri in più per consentire l'inserimento della fibra e coprire il Teflon per sbirciare l'articolazione capillare. Successivamente, effettuare misurazioni accurate dell'array FBG e del capillare peek per identificare con precisione le posizioni di rilevamento sulla superficie esterna del capillare peek.

Ciò consente il posizionamento delle testine di rilevamento FBG nelle posizioni di destinazione all'interno della bobina di prova motorette. Quindi, preparare un tubo termoretraibile di dimensioni appropriato per un uso successivo. Inserire l'area di rilevamento della fibra nel capillare peek e mantenere la connessione peek e Teflon utilizzando il nastro capton.

Calibrare il sensore dell'array FBG confezionato inserendolo nella camera termica per estrarre la temperatura discreta rispetto ai punti della lunghezza d'onda. L'area di rilevamento dell'array FBG si forma in base alla geometria della bobina. Quindi, collegare la fibra ottica graduata all'interrogante e avviare la routine del software di interrogatorio preconfigurato.

Azionare il forno in una sequenza di punti termici allo stato stazionario, creare una tabella dalle lunghezze d'onda riflettenti misurate di ogni singolo FBG nell'array. Per ogni temperatura costante, emularlo nella camera. Quindi, utilizzare la lunghezza d'onda spostata registrata rispetto alle misurazioni della temperatura per determinare le curve di adattamento dello spostamento della lunghezza d'onda della temperatura ottimali e i loro coefficienti per ogni FBG.

Inserire i coefficienti calcolati nelle impostazioni pertinenti del software di interrogatorio per abilitare le misurazioni della temperatura online dall'array FBG. In primo luogo, costruire e instrumenta la bobina a ferita casuale motorette. A tal fine, impostare la bobina di filo di rame smaltata di classe H selezionata nel dispositivo del avvolgitore e avvolgere metà della bobina gira a bassa velocità.

Quindi, montare il capillare di sbirciatina preparato al centro della bobina usando il nastro capton. Una volta posizionato correttamente, avvolgere il resto della bobina gira. Posizionare la bobina finita nel telaio motorette.

Quindi, legare la bobina motorette e gli avvolgimenti. Con l'array FBG collegato all'interrogante, inserire con cura la fibra dell'area di rilevamento nel capillare di sbirciatina fino a quando le aperture finali del Teflon e dei capillari peek sono a contatto. Spostare il tubo termoretraibile per coprire le estremità capillari e dirigerlo in modo appropriato fino a raggiungere la vestibilità desiderata.

Per iniziare il test statico, collegare la motoretta a un alimentatore CC e collegare l'alimentatore CC per iniettare la motoretta con una corrente CC. Registrare le misurazioni fino al raggiungere l'equilibrio termico della bobina motorette. Eseguire quindi un test delle condizioni termiche non uniforme.

Per questa prova, avvolgere prima la bobina esterna contenente 20 giri intorno a una sezione di bobina di prova selezionata. Con la bobina esterna collegata a un alimentatore CC separato, energizzare la motoretta con la stessa corrente CC utilizzata nel test statico. Una volta raggiunto l'equilibrio termico, iniziare a registrare le misurazioni termiche.

Infine, energizzare la bobina esterna con una corrente CC per fornire una condizione termica non uniforme fornendo eccitazione termica localizzata sulla bobina di prova. Interrompere la registrazione delle misurazioni una volta raggiunto l'equilibrio termico. Durante questo test termico statico rappresentativo, le quattro letture interne della temperatura sono state prese dalle rispettive teste FBG array nelle rispettive posizioni della bobina.

Le letture sono molto simili con una leggera variazione tra le singole misurazioni registrate di meno di circa 1,5 gradi Celsius. Una volta eccitata la bobina esterna a 20 giri, per emulare una condizione di bobina non uniforme all'interno della struttura della bobina, è stato osservato un chiaro cambiamento nelle misurazioni termiche con ridistribuzione della temperatura interna della bobina. Il punto di rilevamento e la vicinanza più vicina alla bobina esterna, FBG4, misuravano il livello termico più alto e il punto di rilevamento più lontano, FBG 2, misurava il più basso.

Le letture osservate si riferiscono chiaramente alle variazioni nella distribuzione individuale della testa di rilevamento, la geometria della bobina di prova esaminata. Ciò dimostra la capacità funzionale del sensore array incorporato nella bobina di monitorare e identificare le distribuzioni termiche degli hot spot in bobine di ferite casuali. In questo video, abbiamo dimostrato come una singola fibra ottica utilizzando la tecnologia FBG possa consentire misurazioni distribuite di punti caldi termici all'interno della struttura di una bobina elettrica.

Raggiungere questo obiettivo sarà estremamente impegnativo utilizzando sensori convenzionali. Per garantire misurazioni accurate, prestare particolare attenzione alle procedure di imballaggio, installazione, calibrazione. Questi sono necessari per mitigare la sensibilità incrociata fbg meccanica termica, proteggere la fibra e consente di prendere letture termiche affidabili.

La tecnica riportata offre nuove opportunità per lo sviluppo di applicazioni di monitoraggio termico in situ dedicate nei dispositivi di conversione dell'energia in cui i sensori convenzionali sono sfidati.