Ontwerp-, instrumentatie- en gebruiksprotocollen voor gedistribueerde in situ thermische hotspots monitoring in elektrische spoelen met behulp van FBG Sensor Multiplexing

Monitoring thermische hot spots binnen elektrische spoelen is van cruciaal belang in de macht geleiding gebied als het maakt een veel beter begrip van de gezondheid van het apparaat, de resterende levensduur, en de nabijheid van het ontwerp grenzen. De motortechniek maakt het mogelijk om thermische hotspots in elektrische opgerolde structuur te monitoren op basis van de toepassing van multiplexed elektromagnetische immuun en kracht door glasvezelsen. De geavanceerde FPG sensing prestaties beschreven in deze video is uniek en kan niet veel als de toepassing van conventionele sensoren zoals actieve thermische paren, noch de toepassing van weerstand op basis van thermische schatting technieken.

FBG-sensoren reageren inherent op thermische en mechanische excitatie en zijn kwetsbaar. Vandaar dat hun toepassing voor nauwe thermische sensing met een elektrische spoel structuren vereist een speciale procedure die wordt uitgelegd in dit protocol. Identificeer eerst het sensorontwerp en de specificaties op basis van uw doelspoelstructuur en de functies van het ondervragingssysteem.

De hier getoonde testspoel is een standaard IEEE Klasse H motorette die typerend is voor elektrische machinespoelen. Bij het ontwerpen van de sensing scherm ervoor te zorgen dat de optische sensing vezel actief blijft in de thermische en mechanische omgevingen die kenmerkend zijn voor de wond spoel sensing toepassingen. Met behulp van de standaard bocht-ongevoelige polyamide single mode vezel zorgt ervoor dat de sensor in staat is om te werken bij temperaturen van meer dan 200 graden Celsius en dat het de mechanische eigenschappen die het mogelijk maken om te worden gebogen om te voldoen aan een gewenste spoel geometrie.

In deze toepassing moeten vier thermische sensingpunten worden geïnstalleerd in vier testspoelsdoorsnedecentrumlocaties. De individuele sensing locaties worden geïdentificeerd op basis van hun latente thermische monitoring normen voor elektrische machines. De afstand tussen de voelkoppen is gebaseerd op de spoelgeometrie en de keuzemeetlocaties.

Geef vervolgens individuele FBG-koppen op om vijf millimeter lang te zijn en gesorteerd met verschillende golflengten verdeeld in een bandbreedte van 1529 tot 1560 nanometer om de gebruikte commerciële ondervrager rating wedstrijd en om verschoven golflengten interferentie te voorkomen. Hier wordt de algemene vezellengte gespecificeerd aan 1.5 meters. De eerste 1,2 meter is verpakt in Teflon en maakt verbinding met de externe ondervrager apparaat.

De extra lengte van 3 meter bevat de vier onverpakte sensing koppen. Getoond in deze video is de opgegeven array sensor, die commercieel werd vervaardigd. Verwijder eerst de beschermkap van de FC/APC-connector.

Maak vervolgens het uiteinde van de connector schoon door het voorzichtig af te vegen met een optische connectorreiniger. Zorg er vervolgens voor dat de sleutelweg correct is uitgelijnd en sluit de gereinigde FBG-sondeconnector aan op de ondervragersconnector. Schakel de ondervrager in en voer de configuratiesoftware uit.

Observeer op het tabblad instrumentopstelling de gereflecteerde golflengtespectrums van de FBG-arraysonde. Er moeten vier pieken worden waargenomen in het bijbehorende kanaalspectrum. Stel in de software de bemonsteringsfrequentie in op 10 Hertz en stel spectrumgrenzen tussen FBG in om meetinterferentie te voorkomen.

Geef vervolgens in de meetinstelling de FBG-koppen als FBG-1, FBG-2, FBG-3 en FBG-4. Kies de golflengten als een soort hoeveelheid die in dit stadium grafisch wordt gepresenteerd. Pakket op de juiste wijze de sensing gebied waar de FBG hoofden zijn ingeprent in de array vezel met behulp van een peek capillaire.

Dit beschermt de glasvezel en zorgt ervoor dat de detectiekop is geïsoleerd van mechanische excitatie en een uitsluitend thermische excitatie responsieve sensor oplevert. Snijd een voldoende lengte van commerciële peek buizen aan de lengte van de doelspoel structuur met een paar extra centimeters om voor vezel inbrengen en de Teflon te dekken capillaire gewricht te dekken. Neem vervolgens zorgvuldige metingen van de FBG-array en de peek capillaire om nauwkeurig te identificeren sensing locaties op het buitenoppervlak van de peek capillair.

Dit maakt het mogelijk om FBG-sensingkoppen te positioneren op doellocaties binnen de motorettetestspoel. Bereid vervolgens een op de juiste grootte grootte krimpbuis voor later gebruik. Steek de vezel sensing gebied in de peek capillaire en onderhouden peek en Teflon verbinding met behulp van capton tape.

Kalibreer de verpakte FBG-arraysensor door deze in de thermische kamer te plaatsen om de discrete temperatuur versus golflengtepunten te extraheren. Het FBG-arraysensinggebied wordt gevormd op basis van de spoelgeometrie. Sluit vervolgens de gesorteerde glasvezel aan op de ondervrager en start de vooraf geconfigureerde ondervragersoftwareroutine.

Bedien de oven in een reeks thermische steady-state punten, maak een tabel van de gemeten reflecterende golflengten van elke afzonderlijke FBG in de array. Voor elke constante temperatuur, emuleren in de kamer. Gebruik vervolgens de geregistreerde verschoven golflengte versus temperatuurmetingen om de optimale temperatuurgolflengte shift fit curves en hun coëfficiënten voor elke FBG te bepalen.

Voer de berekende coëfficiënten in de relevante instellingen van de ondervragersoftware in om online temperatuurmetingen van de FBG-array mogelijk te maken. Ten eerste, bouwen en instrument de motorette willekeurige wond spoel. Om dit te bereiken, stel de geselecteerde Klasse H emaille koperdraadhaspel in het winderapparaat en wind de helft van de spoel draait op een lage snelheid.

Dan, past de voorbereide peek capillair in het midden van de spoel met behulp van capton tape. Eenmaal goed gepositioneerd, wind de rest van de spoel draait. Plaats de afgewerkte spoel in het motoretteframe.

Bind vervolgens de motorettespoel en wikkelingen. Met de FBG-array aangesloten op de ondervrager, zorgvuldig steek de sensing gebied vezel in de peek capillaire tot het einde openingen van Teflon en peek haarvaten in contact zijn. Verplaats de krimpbuis om de capillaire uiteinden te bedekken en ga er op de juiste manier naar toe totdat de gewenste pasvorm is bereikt.

Om de statische test te beginnen, sluit u de motorette aan op een DC-voeding en sluit u de DC-voeding aan om de motorette met een gelijkstroom te injecteren. Recordmetingen tot het thermische evenwicht van de motorettespoel is bereikt. Voer vervolgens een niet-uniforme thermische conditietest uit.

Voor deze test windt eerst de externe spoel met 20 bochten rond een geselecteerde testspoelsectie. Met de externe spoel aangesloten op een aparte DC-voeding, activeer de motorette met dezelfde gelijkstroom die in de statische test wordt gebruikt. Zodra het thermische evenwicht is bereikt, beginnen met het opnemen van thermische metingen.

Tot slot, activeer de externe spoel met een gelijkstroom om een niet-uniforme thermische conditie te bieden door het leveren van gelokaliseerde thermische opwinding op de testspoel. Stop met het opnemen van metingen zodra het thermische evenwicht is bereikt. Tijdens deze representatieve statische thermische test werden de vier interne temperatuurmetingen door de respectievelijke array FBG-koppen op de overeenkomstige spoelenlocaties uitgevoerd.

De metingen zijn nauw vergelijkbaar met een lichte variatie tussen de geregistreerde individuele metingen van minder dan ongeveer 1,5 graden Celsius. Zodra de externe 20 draaispoel werd opgewekt, om een niet-uniforme rolvoorwaarde binnen de rolstructuur na te bootsen, werd een duidelijke verandering waargenomen in thermische metingen met herverdeling van de rol interne temperatuur. Het sensing point en de nabijheid van de externe spoel, FBG4, gemeten het hoogste thermische niveau en de verste weg sensing punt, FBG 2, gemeten de laagste.

De waargenomen metingen hebben duidelijk betrekking op variaties in de individuele sensing head distributie, de onderzochte test spoel geometrie. Dit toont de functionele mogelijkheden van de coil-embedded array sensor van het bewaken en identificeren van thermische hot spot distributies in willekeurige wondspoelen. In deze video hebben we aangetoond hoe een enkele optische vezel met behulp van FBG-technologie gedistribueerde metingen van thermische hotspots binnen de structuur van een elektrische spoel mogelijk kan maken.

Het bereiken van dit zal zeer uitdagend zijn met behulp van conventionele sensoren. Om nauwkeurige metingen te garanderen, moet u extra voorzichtig zijn met verpakking, installatie, kalibratieprocedures. Deze zijn nodig om thermische mechanische FBG-kruisgevoeligheid te beperken, de vezel te beschermen en betrouwbare thermische metingen te kunnen nemen.

De gerapporteerde techniek biedt nieuwe mogelijkheden voor de ontwikkeling van speciale in situ thermische monitoring toepassingen in energie conversie-apparaten waar conventionele sensoren worden uitgedaagd.