Mesure de température sur les parties tournantes d’un moteur de véhicule électrique via un collecteur tournant en bout d’arbre
En bref
Des thermocouples fixés sur les parties tournantes du moteur sont câblés le long de l’arbre jusqu’à un collecteur tournant monté en bout d’arbre. Les amplificateurs se trouvent dans le rotor du collecteur tournant : chaque voie y est compensée en soudure froide et traverse les pistes sous forme de tension de haut niveau. Pour un essai de véhicule électrique, Michigan Scientific a construit un tel appareil avec des amplificateurs pour thermocouples de type T dans son rotor, dix connexions de collecteur tournant et une vitesse nominale de 20 000 tr/min.
- 20 000 tr/min
- vitesse nominale du collecteur tournant construit pour le projet
- 14
- bornes à souder pour thermocouples de type T sur l’appareil du projet
- 125 °C
- température de fonctionnement maximale de l’amplificateur AMP-TC-M1
Chaîne de mesure
Les parties concernées tournent ; les signaux des thermocouples doivent donc passer du côté tournant à l’enregistreur, depuis un endroit chaud, vibrant et laissant peu de place. Un thermocouple délivre un signal de l’ordre du millivolt, et les pistes et balais d’un collecteur tournant ne sont pas des alliages de thermocouple : un gradient de température à leur travers introduit une erreur à ces contacts de métaux différents.
L’amplificateur est donc placé du côté tournant, dans le rotor du collecteur tournant en bout d’arbre. Il assure la compensation de soudure froide et envoie 10 mV/°C à travers les pistes, que le gradient ne peut pas affecter. Les fils des thermocouples cheminent le long de l’arbre ou par son alésage jusqu’aux bornes du rotor ; le stator est raccordé au système d’acquisition de données.
Instrumentation
| Collecteur tournant | Série S en bout d’arbre, 4 à 10 voies, 500 mA par voie, 12 000 tr/min en standard et jusqu’à 20 000 tr/min en option, −40 à 121 °C, rotor 41,28 mm |
|---|---|
| Amplificateur | AMP-TC-M1, 1 à 3 thermocouples de type E, J, K ou T, 10 mV/°C à 25 °C, ± 10 V, 1,16 kHz, alimentation ± 15 V CC, 30 × 20 × 6 mm |
| Température de l’amplificateur | −55 à 125 °C en fonctionnement ; erreur ± 2 °C à 25 °C, ± 5 °C de −55 à 125 °C, soudure froide incluse |
| Appareil du projet | 14 bornes à souder pour thermocouples de type T et 2 pour le commun des amplificateurs, 10 connexions de collecteur tournant, 20 000 tr/min ; connexions internes modifiées pour la vibration et la température au niveau du moteur |
| Télémesure | Émetteur modèle T8 en bout d’arbre, 8 voies jauge de déformation ou thermocouple, 16 bits, alimentation par induction, éprouvé à 24 000 tr/min, −40 à 125 °C |
Procédure
- 01
Placer les thermocouples
Sur les parties tournantes dont la température est recherchée, avec les fils acheminés jusqu’au bout de l’arbre.
- 02
Amplifier côté tournant
Les thermocouples sont câblés aux amplificateurs dans le rotor du collecteur tournant, une voie par thermocouple, avec compensation de soudure froide.
Amplificateur pour thermocouple AMP-TC-M1 - 03
Traverser le collecteur tournant
Les signaux amplifiés passent par les pistes jusqu’au stator, puis jusqu’à l’enregistreur, à 10 mV/°C.
Collecteurs tournants en bout d’arbre série S - 04
Vérifier la chaleur au niveau de l’amplificateur
Les amplificateurs fonctionnent jusqu’à 125 °C. Pour des essais plus chauds, un adaptateur de rupture thermique entre l’arbre et le collecteur tournant réduit la chaleur qui les atteint.
Chaleur et télémesure
Les amplificateurs de conditionnement du signal standard de Michigan Scientific tolèrent la chaleur jusqu’à 125 °C. Pour les essais plus chauds, l’article décrit un adaptateur de rupture thermique, fabriqué pour s’adapter au diamètre du stator d’un collecteur tournant à amplificateur intégré, qui réduit la chaleur parvenant à l’amplificateur lorsque l’espace est restreint.
La télémesure sans fil est l’autre moyen de sortir les signaux de thermocouple d’une partie tournante. Le modèle T8 se monte au bout de l’arbre avec deux vis M4, les fils des thermocouples passant par son centre, et est alimenté par induction depuis une bobine placée à environ 3 à 5 mm. Son récepteur délivre ± 10 V par voie. La télémesure Michigan Scientific est également utilisée pour les thermocouples dans les zones difficiles d’accès du moteur et du groupe motopropulseur, transmissions et compresseurs compris.
Résultat
Températures sur les parties tournantes du moteur, lues à 10 mV/°C avec la compensation de soudure froide maintenue du côté tournant. Les données montrent où la puissance est perdue en chaleur dans le moteur.
Questions fréquentes
Quelle vitesse un collecteur tournant peut-il atteindre sur un arbre de moteur électrique ?
La série S fonctionne à 12 000 tr/min en standard et jusqu’à 20 000 tr/min en option. Le collecteur tournant de bout d’arbre conçu pour le projet de véhicule électrique avait une vitesse nominale de 20 000 tr/min.
Quelle température les amplificateurs d’un collecteur tournant peuvent-ils supporter ?
L’AMP-TC-M1 fonctionne de −55 à 125 °C. Pour les essais plus chauds, un adaptateur de rupture thermique réduit la chaleur parvenant à l’amplificateur.
Quels thermocouples ont été utilisés sur le projet de moteur électrique ?
Des thermocouples de type T. Le collecteur tournant disposait de 14 bornes à souder pour eux, 2 pour le commun de l’amplificateur, et de dix connexions de collecteur tournant.
La télémesure peut-elle mesurer la température du moteur à la place d’un collecteur tournant ?
Oui. Le modèle T8 transmet par radio huit voies de thermocouple ou de jauge de déformation depuis le bout de l’arbre, alimenté par induction, et a fait ses preuves à 24 000 tr/min.
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