Misura della temperatura sulle parti rotanti di un motore di veicolo elettrico tramite un collettore rotante in estremità di albero
In sintesi
Le termocoppie fissate sulle parti rotanti del motore sono cablate lungo l’albero fino a un collettore rotante montato in estremità di albero. Gli amplificatori si trovano nel rotore del collettore rotante: ogni canale vi è compensato a saldatura fredda e attraversa le piste sotto forma di tensione di alto livello. Per una prova su veicolo elettrico, Michigan Scientific ha realizzato un’unità di questo tipo con amplificatori per termocoppie di tipo T nel rotore, dieci connessioni del collettore rotante e una velocità nominale di 20 000 giri/min.
- 20 000 giri/min
- velocità nominale del collettore rotante realizzato per il progetto
- 14
- morsetti a saldare per termocoppie di tipo T sull’unità del progetto
- 125 °C
- temperatura massima di esercizio dell’amplificatore AMP-TC-M1
Catena di misura
Le parti di interesse ruotano, quindi i segnali delle termocoppie devono passare dal lato rotante al registratore, da un punto caldo, soggetto a vibrazioni e con poco spazio. Una termocoppia fornisce un segnale dell’ordine del millivolt, e le piste e le spazzole di un collettore rotante non sono leghe per termocoppie: un gradiente di temperatura attraverso di esse introduce un errore in questi contatti di metalli diversi.
L’amplificatore è quindi posizionato sul lato rotante, nel rotore del collettore rotante in testa all’albero. Assicura la compensazione della giunzione fredda e invia 10 mV/°C attraverso le piste, che il gradiente non può influenzare. I fili dei termocoppie corrono lungo l’albero o attraverso il suo foro passante fino ai morsetti del rotore; lo statore è collegato al sistema di acquisizione dati.
Strumentazione
| Collettore rotante | Serie S in testa all’albero, 4 a 10 canali, 500 mA per canale, 12 000 giri/min in standard e fino a 20 000 giri/min in opzione, −40 a 121 °C, rotore 41,28 mm |
|---|---|
| Amplificatore | AMP-TC-M1, 1 a 3 termocoppie di tipo E, J, K o T, 10 mV/°C a 25 °C, ± 10 V, 1,16 kHz, alimentazione ± 15 V CC, 30 × 20 × 6 mm |
| Temperatura dell’amplificatore | −55 a 125 °C in funzionamento; errore ± 2 °C a 25 °C, ± 5 °C da −55 a 125 °C, giunzione fredda inclusa |
| Unità di progetto | 14 morsetti a saldare per termocoppie di tipo T e 2 per il comune degli amplificatori, 10 connessioni del collettore rotante, 20 000 giri/min; connessioni interne modificate per la vibrazione e la temperatura a livello del motore |
| Telemetria | Trasmettitore modello T8 in testa all’albero, 8 canali estensimetri o termocoppie, 16 bit, alimentazione per induzione, provato a 24 000 giri/min, −40 a 125 °C |
Procedura
- 01
Posizionare i termocoppie
Sulle parti rotanti di cui serve la temperatura, con i fili instradati fino in testa all’albero.
- 02
Amplificare lato rotante
I termocoppie sono cablati agli amplificatori nel rotore del collettore rotante, un canale per termocoppia, con compensazione della giunzione fredda.
Amplificatore per termocoppia AMP-TC-M1 - 03
Attraversare il collettore rotante
I segnali amplificati passano attraverso le piste fino allo statore, poi fino al registratore, a 10 mV/°C.
Collettori rotanti in fondo albero serie S - 04
Verificare il calore a livello dell’amplificatore
Gli amplificatori funzionano fino a 125 °C. Per prove più calde, un adattatore di rottura termica tra l’albero e il collettore rotante riduce il calore che li raggiunge.
Calore e telemetria
Gli amplificatori di condizionamento del segnale standard di Michigan Scientific tollerano il calore fino a 125 °C. Per prove più calde, l’articolo descrive un adattatore di rottura termica, realizzato per adattarsi al diametro dello statore di un collettore rotante con amplificatore integrato, che riduce il calore che raggiunge l’amplificatore quando lo spazio è ridotto.
La telemetria senza fili è l’altro mezzo per trasferire i segnali delle termocoppie da un parte rotante. Il modello T8 si monta all’estremità dell’albero con due viti M4, i fili delle termocoppie passano per il suo centro, ed è alimentato per induzione da una bobina posta a circa 3-5 mm. Il suo ricevitore fornisce ± 10 V per canale. La telemetria Michigan Scientific è utilizzata anche per termocoppie nelle zone di difficile accesso del motore e del powertrain, trasmissioni e compressori compresi.
Risultato
Temperature sulle parti rotanti del motore, lette a 10 mV/°C con la compensazione della saldatura fredda mantenuta sul lato rotante. I dati mostrano dove la potenza viene persa come calore nel motore.
Domande frequenti
Quale velocità può raggiungere un collettore rotante su un albero di motore elettrico?
La serie S funziona a 12 000 giri/min di serie e fino a 20 000 giri/min su opzione. Il collettore rotante da estremità di albero realizzato per il progetto di veicolo elettrico aveva una velocità nominale di 20 000 giri/min.
Quale temperatura possono sopportare gli amplificatori di un collettore rotante?
L’AMP-TC-M1 funziona da −55 a 125 °C. Per prove più calde, un adattatore di rottura termica riduce il calore che raggiunge l’amplificatore.
Quali termocoppie sono state utilizzate nel progetto del motore elettrico?
Termocoppie di tipo T. Il collettore rotante disponeva di 14 morsetti a saldare per esse, 2 per il comune dell’amplificatore, e di dieci connessioni del collettore rotante.
La telemetria può misurare la temperatura del motore al posto di un collettore rotante?
Sì. Il modello T8 trasmette via radio otto canali di termocoppia o estensimetri dall’estremità dell’albero, alimentato per induzione, e ha dimostrato la sua affidabilità a 24 000 giri/min.
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