Design-, Instrumentierungs- und Nutzungsprotokolle für verteilte in Situ-Thermal-Hot Spots-Überwachung in elektrischen Spulen mit FBG-Sensormultiplexing

Die Überwachung thermischer Hot Spots in elektrischen Spulen ist im Bereich der Leistungsleitung von entscheidender Bedeutung, da sie ein viel besseres Verständnis der Geräteintegrität, der verbleibenden Lebensdauer und der Nähe zu Konstruktionsgrenzen ermöglicht. Die Motortechnik ermöglicht die Einrichtung einer Überwachung thermischer Hot Spots innerhalb der elektrisch gewickelten Struktur auf der Grundlage der Anwendung von multiplexed elektromagnetischen Immun- und Leistungsfähigkeit durch Faseroptik-Sensorik. Die in diesem Video beschriebene fortschrittliche FPG-Erkennungsleistung ist einzigartig und kann nicht sehr ähnlich wie die Anwendung konventioneller Sensoren wie aktive thermische Paare oder die Anwendung von widerstandsbasierten thermischen Schätztechniken sein.

FBG-Sensoren reagieren von Natur aus auf thermische und mechanische Anregung und sind zerbrechlich. Daher erfordert ihre Anwendung für die enge thermische Erfassung mit elektrischen Spulenstrukturen ein spezielles Verfahren, das in diesem Protokoll erläutert wird. Identifizieren Sie zunächst das Sensordesign und die Spezifikationen basierend auf Ihrer Zielspulenstruktur und den Verhörsystemfunktionen.

Die hier gezeigte Prüfspule ist eine standard IEEE Class H Motorette, die typisch für elektrische Maschinenspulen ist. Wenn Sie den Sensorsieb entwerfen, stellen Sie sicher, dass die optische Sensorfaser in den für die Wundspulensensorieranwendungen typischen thermischen und mechanischen Umgebungen funktionsfähig bleibt. Die Verwendung der standardmäßigen biegsinempfindlichen Polyamid-Einmodusfaser stellt sicher, dass der Sensor bei Temperaturen über 200 Grad Celsius arbeiten kann und dass er die mechanischen Eigenschaften hat, die es ermöglichen, gebogen zu werden, um einer gewünschten Spulengeometrie zu entsprechen.

In dieser Anwendung sollen vier thermische Messpunkte an vier Leiterungsstellen installiert werden. Die einzelnen Erfassungsorte werden anhand ihrer latenten thermischen Überwachungsstandards für elektrische Maschinen identifiziert. Der Abstand zwischen den Sensorköpfen basiert auf der Spulengeometrie und den Auswahlpositionen.

Als Nächstes geben Sie einzelne FBG-Köpfe mit einer Länge von fünf Millimetern an und mit unterschiedlichen Wellenlängen in einer Bandbreite von 1529 bis 1560 Nanometern abgestuft, um der verwendeten kommerziellen Verhörrungsbewertung zu entsprechen und verzogene Wellenlängenstörungen zu verhindern. Hier wird die Gesamtfaserlänge auf 1,5 Meter angegeben. Die anfänglichen 1,2 Meter sind in Teflon verpackt und ermöglichen den Anschluss an das externe Verhörgerät.

Die zusätzliche Länge von 3 Metern enthält die vier unverpackten Sensorköpfe. In diesem Video wird der angegebene Arraysensor gezeigt, der kommerziell hergestellt wurde. Entfernen Sie zunächst die Schutzkappe vom FC/APC-Stecker wild.

Reinigen Sie dann die Verbinder-Endfläche, indem Sie sie vorsichtig mit einem optischen Steckerreiniger abwischen. Stellen Sie als Nächstes sicher, dass der Schlüsselweg richtig ausgerichtet ist, und schließen Sie den gereinigten FBG-Sondenanschluss an den Interrogatorkanalanschluss an. Schalten Sie den Verhörer ein, und führen Sie die Konfigurationssoftware aus.

Beobachten Sie auf der Registerkarte Geräteaufbau die reflektierten Wellenlängenspektren der FBG-Arraysonde. Im zugehörigen Kanalspektrum sind vier Spitzen zu beobachten. Legen Sie in der Software die Abtastfrequenz auf 10 Hertz fest und legen Sie Die Spektrumgrenzen zwischen FBG fest, um Messstörungen zu verhindern.

Nennen Sie dann in der Messeinstellung die FBG-Köpfe als FBG-1, FBG-2, FBG-3 und FBG-4. Wählen Sie die Wellenlängen als eine Art von Menge aus, die in diesem Stadium grafisch dargestellt werden soll. Verpacken Sie den Erfassungsbereich, in dem die FBG-Köpfe in der Arrayfaser eingeprägt sind, mit einer Peekkapillare.

Dadurch wird die Glasfaser geschützt und sichergestellt, dass der Sensorkopf von mechanischer Anregung isoliert ist und einen ausschließlich thermischen Anregungs-Responsive-Sensor ergibt. Schneiden Sie eine ausreichende Länge der kommerziellen Peek-Schläuche auf die Länge der Zielspulenstruktur mit ein paar zusätzlichen Zentimetern, um eine Fasereinfügung zu ermöglichen und um das Teflon zu bedecken, um Kapillargelenk zu gucken. Nehmen Sie als Nächstes sorgfältige Messungen des FBG-Arrays und der Peekkapillare vor, um die Erfassungsstellen auf der Außenfläche der Peekkapillare genau zu identifizieren.

Dies ermöglicht die Positionierung von FBG-Messköpfen an Zielpositionen innerhalb der Motorette-Prüfspule. Bereiten Sie dann ein entsprechend großes Schrumpfrohr für die spätere Verwendung vor. Setzen Sie den Fasererfassungsbereich in die Peekkapillare ein und halten Sie die Peek- und Teflonverbindung mit Captonband aufrecht.

Kalibrieren Sie den mitgelieferten FBG-Array-Sensor, indem Sie ihn in die Wärmekammer einsetzen, um seine diskrete Temperatur im Vergleich zu Wellenlängenpunkten zu extrahieren. Der FBG-Array-Erfassungsbereich wird basierend auf der Spulengeometrie gebildet. Schließen Sie als Nächstes die abgestufte Glasfaser an den Verhörer an und starten Sie die vorkonfigurierte Interrogator-Softwareroutine.

Betreiben Sie den Ofen in einer Folge von thermischen Steady-State-Punkten, erstellen Sie eine Tabelle aus den gemessenen reflektierenden Wellenlängen jeder einzelnen FBG im Array. Für jede konstante Temperatur, emulieren Sie es in der Kammer. Verwenden Sie dann die aufgezeichneten verschobenen Wellenlängen- im Vergleich zu Temperaturmessungen, um die optimalen Temperaturwellenlängenverschiebungskurven und deren Koeffizienten für jede FBG zu bestimmen.

Geben Sie die berechneten Koeffizienten in die entsprechenden Einstellungen der Verhörsoftware ein, um Online-Temperaturmessungen aus dem FBG-Array zu ermöglichen. Bauen und instrumentieren Sie zunächst die Motorette zufällige Wundspule. Um dies zu erreichen, stellen Sie die ausgewählte Class H emaillierte Kupferdrahtrolle in der Wicklervorrichtung und Windhälfte der Spule dreht sich mit einer niedrigen Geschwindigkeit.

Dann passen Sie die vorbereitete Peek Kapillare in der Mitte der Spule mit Capton-Band. Sobald sie richtig positioniert ist, winden Sie den Rest der Spule. Legen Sie die fertige Spule in den Motoretterahmen.

Als nächstes binden Sie die Motorette Spule und Wicklungen. Wenn das FBG-Array mit dem Verhörer verbunden ist, legen Sie die Sensorbereichsfaser vorsichtig in die Peekkapillare ein, bis die Endöffnungen von Teflon und die Peekkapillaren in Kontakt sind. Bewegen Sie das Schrumpfrohr, um die Kapillarenenden zu bedecken, und führen Sie es entsprechend an, bis die gewünschte Passform erreicht ist.

Um den statischen Test zu beginnen, schließen Sie das Motorette an ein Gleichstromnetzteil an und schließen Sie das DC-Netzteil an, um das Motorette mit einem Gleichstrom zu injizieren. Zeichnen Sie Messungen auf, bis das thermische Gleichgewicht der Motorette-Spule erreicht ist. Führen Sie als Nächstes einen ungleichmäßigen thermischen Zustandstest durch.

Für diesen Test, zuerst Wind die externe Spule mit 20 Umdrehungen um einen ausgewählten Testspulenabschnitt. Wenn die externe Spule an ein separates Gleichstromnetz angeschlossen ist, beleben Sie das Motorette mit dem gleichen Gleichstrom, der bei der statischen Prüfung verwendet wird. Sobald das thermische Gleichgewicht erreicht ist, beginnen Sie mit der Aufzeichnung thermischer Messungen.

Schließlich beleben Sie die externe Spule mit einem Gleichstrom, um einen ungleichmäßigen thermischen Zustand zu gewährleisten, indem Sie lokalisierte thermische Anregung auf der Prüfspule liefern. Beenden Sie die Aufzeichnung von Messungen, sobald das thermische Gleichgewicht erreicht ist. Bei dieser repräsentativen statischen thermischen Prüfung wurden die vier internen Temperaturmessungen von den jeweiligen Array-FBG-Köpfen in den entsprechenden Spulenpositionen durchgeführt.

Die Messwerte ähneln sich mit einer leichten Abweichung zwischen den aufgezeichneten Einzelmessungen von weniger als 1,5 Grad Celsius. Sobald die externe 20-Drehspule angeregt wurde, um eine ungleichmäßige Spulenbedingung innerhalb der Spulenstruktur zu emulieren, wurde eine deutliche Änderung bei thermischen Messungen mit Umverteilung der Spuleninnentemperatur beobachtet. Der Erfassungspunkt und die nächste Nähe zur außenspule, FBG4, maßen den höchsten thermischen Pegel und den am weitesten entfernten Messpunkt, FBG 2, den niedrigsten.

Die beobachteten Messwerte beziehen sich eindeutig auf Variationen in der individuellen Sensorkopfverteilung, die untersuchte Prüfspulengeometrie. Dies zeigt die Funktionsfähigkeit des spuleneingebetteten Arraysensors von der Überwachung und Identifizierung thermischer Hot-Spot-Verteilungen in zufälligen Wundspulen. In diesem Video haben wir gezeigt, wie eine einzelne optische Faser mit FBG-Technologie verteilte Messungen von thermischen Hot Spots innerhalb der Struktur einer elektrischen Spule ermöglichen kann.

Dies zu erreichen, wird mit herkömmlichen Sensoren eine große Herausforderung darstellen. Um genaue Messungen zu gewährleisten, achten Sie besonders auf Verpackung, Installation und Kalibrierung. Diese werden benötigt, um die thermische mechanische FBG-Kreuzempfindlichkeit zu verringern, die Faser zu schützen und zuverlässige thermische Messwerte zu ermöglichen.

Die gemeldete Technik bietet neue Möglichkeiten für die Entwicklung spezieller In-situ-Wärmeüberwachungsanwendungen in Energieumwandlungsgeräten, bei denen herkömmliche Sensoren gefordert sind.