Protocolos de design, instrumentação e uso para monitoramento de pontos quentes em ondas térmicas distribuídas em bobinas elétricas usando multiplexação de sensores FBG

O monitoramento de pontos térmicos dentro das bobinas elétricas é fundamental na área de condução de energia, pois permite uma compreensão muito melhor da saúde do dispositivo, da vida útil restante e da proximidade com os limites de projeto. A técnica motora permite o monitoramento instituído de pontos térmicos dentro da estrutura elétrica enrolada com base na aplicação de imune eletromagnética multiplexada e potência por sensoriamento de fibra óptica. O desempenho avançado de sensoriamento FPG descrito neste vídeo é único e não pode ser muito parecido com a aplicação de sensores convencionais, como casais térmicos ativos ou a aplicação de técnicas de estimativa térmica baseadas em resistência.

Os sensores FBG são inerentemente responsivos à excitação térmica e mecânica e são frágeis. Assim, sua aplicação para sensoriamento térmico próximo com estruturas de bobina elétrica requer um procedimento especial que é explicado neste protocolo. Primeiro identifique o design e as especificações do sensor com base na estrutura da bobina alvo e nos recursos do sistema de interrogatório.

A bobina de teste mostrada aqui é uma motorette classe H padrão típica de bobinas de máquina elétrica. Ao projetar a tela de detecção, certifique-se de que a fibra de sensoriamento óptico permaneça operacional nos ambientes térmico e mecânico típico das aplicações de detecção da bobina ferida. O uso da fibra padrão de poliamida insensível garante que o sensor seja capaz de operar em temperaturas superiores a 200 graus Celsius e que tenha as propriedades mecânicas que permitem que ele seja dobrado para se adequar a uma geometria desejada da bobina.

Nesta aplicação, quatro pontos de sensoriamento térmico devem ser instalados em quatro locais de centro transversal de bobina de teste. Os locais de detecção individuais são identificados com base em seus padrões latentes de monitoramento térmico para máquinas elétricas. A distância entre as cabeças de sensoriamento é baseada na geometria da bobina e nos locais de detecção escolhidos.

Em seguida, especifique cabeças FBG individuais de cinco milímetros de comprimento e classificadas com diferentes comprimentos de onda espaçados em uma largura de banda de 1529 a 1560 nanômetros para corresponder à classificação de interrogador comercial usado e para evitar interferências de comprimentos de onda deslocados. Aqui o comprimento total da fibra é especificado para 1,5 metros. Os 1,2 metros iniciais são embalados em Teflon e permitem a conexão com o dispositivo interrogador externo.

O comprimento adicional de 3 metros contém as quatro cabeças de sensoriamento não embaladas. Mostrado neste vídeo está o sensor de matriz especificado, que foi fabricado comercialmente. Primeiro, remova a tampa protetora do conector FC/APC feral.

Em seguida, limpe a face final do conector limpando-a suavemente com um limpador óptico do conector. Em seguida, certifique-se de que a keyway está corretamente alinhada e conecte o conector da sonda FBG limpa ao conector do canal do interrogador. Ligue o interrogador e execute o software de configuração.

Na guia de configuração do instrumento, observe os espectros de comprimento de onda refletidos da sonda de matriz FBG. Quatro picos devem ser observados no espectro de canais relacionados. No software, defina a frequência de amostragem para 10 Hertz e estabeleça limites de espectro entre FBG para evitar interferências de medição.

Em seguida, na configuração de medição, nomeie as cabeças FBG como FBG-1, FBG-2, FBG-3 e FBG-4. Escolha os comprimentos de onda como um tipo de quantidade a ser apresentada graficamente nesta fase. Embale adequadamente a área de detecção onde as cabeças FBG são impressas na fibra de matriz usando uma capilarização de espia.

Isso protegerá a fibra de vidro e garantirá que a cabeça de sensoriamento esteja isolada da excitação mecânica e produzirá um sensor exclusivo de excitação térmica. Corte um comprimento adequado de tubo de espiada comercial ao comprimento da estrutura da bobina alvo com alguns centímetros extras para permitir a inserção de fibras e para cobrir o Teflon para espiar a articulação capilar. Em seguida, faça medições cuidadosas da matriz FBG e do capilar de espiar para identificar com precisão os locais de detecção na superfície externa do capilar de espiar.

Isso permite o posicionamento das cabeças de sensoriamento FBG em locais alvo dentro da bobina de teste de motorette. Em seguida, prepare um tubo de encolhimento de tamanho apropriado para uso posterior. Insira a área de detecção de fibras no capilar de espiar e mantenha a conexão peek e Teflon usando fita capton.

Calibrar o sensor de matriz FBG embalado inserindo-o na câmara térmica para extrair sua temperatura discreta versus pontos de comprimento de onda. A área de detecção de matriz FBG é formada com base na geometria da bobina. Em seguida, conecte a fibra óptica classificada ao interrogador e inicie a rotina de software de interrogador pré-configurado.

Opere o forno em uma sequência de pontos de estado estável térmico, crie uma tabela a partir dos comprimentos de onda reflexivos medidos de cada FBG individual na matriz. Para cada temperatura constante, emule-a na câmara. Em seguida, use o comprimento de onda deslocado registrado versus as medidas de temperatura para determinar as curvas de ajuste de ajuste de comprimento de onda de comprimento de onda de temperatura ideal e seus coeficientes para cada FBG.

Insira os coeficientes calculados nas configurações relevantes do software interrogador para permitir medições de temperatura on-line do array FBG. Primeiro, construa e instrumental a bobina de ferida aleatória da motorette. Para isso, defina a bobina de fio esmaltada classe H selecionada no dispositivo winder e enrole metade da bobina gira em baixa velocidade.

Em seguida, encaixe o capilar de espia preparado no centro da bobina usando fita capton. Uma vez bem posicionado, enrole o resto da bobina gira. Coloque a bobina finalizada na estrutura do motorizado.

Em seguida, amarre a bobina do motorete e os enrolamentos. Com a matriz FBG conectada ao interrogador, insira cuidadosamente a fibra da área de detecção no capilar de espiar até que as aberturas finais de Teflon e capilares de espiar estejam em contato. Mova o tubo de encolhimento para cobrir as extremidades capilares e cabeça-a adequadamente até que o ajuste desejado seja alcançado.

Para iniciar o teste estático, conecte o motorete a uma fonte de alimentação DC e conecte a fonte de alimentação DC para injetar o motorette com uma corrente DC. Regisões recordes até que o equilíbrio térmico da bobina motora seja atingido. Em seguida, realize um teste de condição térmica não uniforme.

Para este teste, primeiro enrole a bobina externa contendo 20 voltas em torno de uma seção de bobina de teste selecionada. Com a bobina externa conectada a uma fonte de alimentação DC separada, energize a motorette com a mesma corrente DC usada no teste estático. Uma vez alcançado o equilíbrio térmico, comece a registrar medições térmicas.

Por fim, energize a bobina externa com uma corrente DC para fornecer uma condição térmica não uniforme, fornecendo excitação térmica localizada na bobina de teste. Pare de registrar as medições assim que o equilíbrio térmico for atingido. Durante este teste térmico estático representativo, as quatro leituras internas de temperatura foram feitas por respectivas cabeças FBG em seus locais correspondentes de bobina.

As leituras são intimamente semelhantes com uma ligeira variação entre as medidas individuais registradas de menos de 1,5 graus Celsius. Uma vez que a bobina externa de giro 20 estava animada, para emular uma condição de bobina não uniforme dentro da estrutura da bobina, observou-se uma clara mudança nas medidas térmicas com a redistribuição da temperatura interna da bobina. O ponto de detecção e a proximidade mais próxima da bobina externa, FBG4, mediu o nível térmico mais alto e o ponto de sensoriamento mais distante, FBG 2, medido o menor.

As leituras observadas relacionam-se claramente com variações na distribuição individual da cabeça sensoriada, a geometria da bobina de teste examinada. Isso demonstra a capacidade funcional do sensor de matriz embutido em bobinas de monitorar e identificar distribuições de pontos quentes térmicos em bobinas de feridas aleatórias. Neste vídeo, demonstramos como uma única fibra óptica usando tecnologia FBG pode permitir medições distribuídas de pontos quentes térmicos dentro da estrutura de uma bobina elétrica.

Conseguir isso será extremamente desafiador usando sensores convencionais. Para garantir medidas precisas, tome um cuidado especial com os procedimentos de embalagem, instalação, calibração. Estes são necessários para mitigar a sensibilidade cruzada fbg mecânica térmica, proteger a fibra e permitir que leituras térmicas confiáveis sejam tomadas.

A técnica relatada oferece novas oportunidades para o desenvolvimento de aplicações dedicadas de monitoramento térmico in situ em dispositivos de conversão de energia onde sensores convencionais são desafiados.