Protocoles de conception, d’instrumentation et d’utilisation pour la surveillance des points chauds thermiques in situ distribués dans les bobines électriques à l’aide du multiplexe de capteur FBG

La surveillance des points chauds thermiques dans les bobines électriques est essentielle dans la zone de conduction de puissance car elle permet une bien meilleure compréhension de la santé de l’appareil, de la durée de vie restante et de la proximité des limites de conception. La technique motrice permet une surveillance instituée des points chauds thermiques dans la structure électrique en bobine basée sur l’application de multiplexés électromagnétiques immunitaires et de puissance par détection par fibre optique. Les performances avancées de détection FPG décrites dans cette vidéo sont uniques et ne peuvent pas ressembler beaucoup à l’application de capteurs conventionnels tels que les couples thermiques actifs ou à l’application de techniques d’estimation thermique basées sur la résistance.

Les capteurs FBG sont intrinsèquement sensibles à l’excitation thermique et mécanique et sont fragiles. Par conséquent, leur application pour la détection thermique étroite avec une structure électrique de bobine exige une procédure spéciale qui est expliquée dans ce protocole. Identifiez d’abord la conception et les spécifications du capteur en fonction de la structure de votre bobine cible et des caractéristiques du système d’interrogatoire.

La bobine d’essai montrée ici est une motorette standard de classe H d’IEEE typique des bobines électriques de machine. Lorsque vous concevez l’écran de détection assurez-vous que la fibre optique de détection reste opérationnelle dans les environnements thermiques et mécaniques typiques des applications de détection de bobine de plaie. L’utilisation de la fibre standard de polyamide insensible au coude à effet unique garantit que le capteur est capable de fonctionner à des températures supérieures à 200 degrés Celsius et qu’il a les propriétés mécaniques qui lui permettent d’être plié pour se conformer à une géométrie de bobine souhaitée.

Dans cette application, quatre points de détection thermique doivent être installés dans quatre emplacements de centre transseau de bobine d’essai. Les emplacements de détection individuels sont identifiés en fonction de leurs normes de surveillance thermique latente pour les machines électriques. La distance entre les têtes de détection est basée sur la géométrie de bobine et les emplacements de détection de choix.

Ensuite, spécifiez les têtes individuelles de FBG de cinq millimètres de longueur et classées avec différentes longueurs d’onde espacées dans une bande passante de 1529 à 1560 nanomètres pour correspondre à la cote d’interrogateur commercial utilisée et pour empêcher les interférences des longueurs d’onde décalées. Ici, la longueur globale de fibre est spécifiée à 1,5 mètres. Les 1,2 mètre initiaux sont emballés en téflon et permettent une connexion à l’appareil d’interrogatoire externe.

La longueur supplémentaire de 3 mètres contient les quatre têtes de détection déballées. Montré dans cette vidéo est le capteur de tableau spécifié, qui a été fabriqué commercialement. Tout d’abord, retirez le bouchon de protection du connecteur FC/APC sauvage.

Nettoyez ensuite la face de l’extrémité du connecteur en l’essuyant doucement à l’aide d’un nettoyeur de connecteur optique. Assurez-vous ensuite que le porte-clés est correctement aligné et branchez le connecteur de sonde FBG nettoyé au connecteur du canal interrogateur. Allumez l’interrogateur et exécutez le logiciel de configuration.

Sur l’onglet configuration de l’instrument, observez les spectres de longueur d’onde réfléchies de la sonde de tableau FBG. Quatre pics devraient être observés dans le spectre des canaux connexes. Dans le logiciel, réglez la fréquence d’échantillonnage à 10 Hertz et définissez des limites de spectre entre FBG pour empêcher les interférences de mesure.

Ensuite, dans le cadre de mesure, nommez les têtes FBG comme FBG-1, FBG-2, FBG-3 et FBG-4. Choisissez les longueurs d’onde comme type de quantité à présenter graphiquement à ce stade. Emballez correctement la zone de détection où les têtes FBG sont imprimées dans la fibre du tableau à l’aide d’un capillaire coup d’œil.

Ceci protégera la fibre de verre et s’assurera que la tête de détection est isolée de l’excitation mécanique et donnera un capteur exclusivement sensible à l’excitation thermique. Coupez une longueur suffisante de tuyaux commerciaux à l’aide de la longueur de la structure de bobine cible de quelques centimètres supplémentaires pour permettre l’insertion de fibres et pour couvrir le téflon pour jeter un coup d’œil à l’articulation capillaire. Ensuite, prenez des mesures minutieuses du tableau FBG et du capillaire d’aperçu pour identifier avec précision les emplacements de détection sur la surface extérieure du capillaire d’aperçu.

Cela permet de positionner les têtes de détection FBG dans les emplacements cibles dans la bobine d’essai motorette. Ensuite, préparez un tube de rétrécissement de taille appropriée pour une utilisation ultérieure. Insérez la zone de détection de fibre dans le capillaire de coup d’oeil et maintenez le coup d’oeil et la connexion de téflon utilisant le ruban de capton.

Calibrez le capteur de tableau FBG emballé en l’insérant dans la chambre thermique pour extraire sa température discrète par rapport aux points de longueur d’onde. La zone de détection du tableau FBG est formée en fonction de la géométrie de la bobine. Ensuite, connectez la fibre optique classée à l’interrogateur et lancez la routine logicielle d’interrogateur préconfigurée.

Faire fonctionner le four dans une séquence de points thermiques à l’état stable, créer une table à partir des longueurs d’onde réfléchissantes mesurées de chaque FBG individuel dans le tableau. Pour chaque température constante, émulez-la dans la chambre. Ensuite, utilisez la longueur d’onde décalée enregistrée par rapport aux mesures de température pour déterminer les courbes optimales d’ajustement du décalage de longueur d’onde de température et leurs coefficients pour chaque FBG.

Entrez les coefficients calculés dans les paramètres pertinents du logiciel d’interrogateur pour activer les mesures de température en ligne à partir du tableau FBG. Tout d’abord, construire et instrumenter la bobine de blessure aléatoire motorette. Pour ce faire, réglez la bobine de fil de cuivre émémentée de classe H sélectionnée dans l’appareil winder et coupez la moitié des virages en bobine à basse vitesse.

Ensuite, adaptez le capillaire coup d’oeil préparé au centre de la bobine à l’aide de ruban capton. Une fois bien positionné, vent le reste de la bobine tourne. Placez la bobine finie dans le cadre de motorette.

Ensuite, lier la bobine de motorette et les enrouements. Avec le tableau FBG connecté à l’interrogateur, insérez soigneusement la fibre de zone de détection dans le capillaire coup d’oeil jusqu’à ce que les ouvertures d’extrémité de Téflon et capillaires coup d’oeil sont en contact. Déplacez le tube de rétrécissement pour couvrir les extrémités capillaires et dirigez-le de façon appropriée jusqu’à ce que l’ajustement désiré soit atteint.

Pour commencer le test statique, connectez la motorette à une alimentation DC et connectez l’alimentation DC pour injecter la motorette avec un courant DC. Enregistrez les mesures jusqu’à ce que l’équilibre thermique de bobine de motorette soit atteint. Ensuite, effectuez un test d’état thermique non uniforme.

Pour ce test, vent d’abord la bobine externe contenant 20 tours autour d’une section de bobine d’essai sélectionnée. Avec la bobine externe reliée à une alimentation dc séparée, dynamiser la motorette avec le même courant DC utilisé dans le test statique. Une fois l’équilibre thermique atteint, commencez à enregistrer des mesures thermiques.

Enfin, dynamisez la bobine externe avec un courant DC pour fournir une condition thermique non uniforme en offrant une excitation thermique localisée sur la bobine d’essai. Arrêtez d’enregistrer les mesures une fois l’équilibre thermique atteint. Au cours de cet essai thermique statique représentatif, les quatre lectures de température interne ont été prises par des têtes de FBG de tableau respectives dans leurs emplacements de bobine correspondants.

Les lectures sont étroitement similaires avec une légère variation entre les mesures individuelles enregistrées de moins de 1,5 degré Celsius. Une fois que la bobine externe de 20 virages a été excitée, pour imiter une condition de bobine non uniforme dans la structure de bobine, un changement clair a été observé dans les mesures thermiques avec redistribution de la température interne de bobine. Le point de détection et la proximité la plus proche de la bobine externe, FBG4, mesuraient le niveau thermique le plus élevé et le point de détection le plus éloigné, FBG 2, mesurait le plus bas.

Les lectures observées se rapportent clairement aux variations de la répartition individuelle de la tête de détection, la géométrie de bobine d’essai examinée. Ceci démontre la capacité fonctionnelle du capteur de réseau enroulé-incorporé de la surveillance et de l’identification des distributions thermiques de point chaud dans les bobines aléatoires de blessure. Dans cette vidéo, nous avons démontré comment une seule fibre optique utilisant la techologie FBG peut permettre des mesures distribuées des points chauds thermiques dans la structure d’une bobine électrique.

Pour ce faire, il sera extrêmement difficile d’utiliser des capteurs conventionnels. Pour assurer des mesures précises, prenez un soin particulier avec les procédures d’emballage, d’installation et d’étalonnage. Ceux-ci sont nécessaires pour atténuer la sensibilité croisée thermique mécanique FBG, protéger la fibre, et permet de prendre des lectures thermiques fiables.

La technique signalée offre de nouvelles possibilités de développement d’applications de surveillance thermique in situ dédiées dans les dispositifs de conversion d’énergie où les capteurs conventionnels sont remis en question.