Měření teplot v rotoru elektrického stroje
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií
Abstract
Tato práce se zabývá problematikou měření teplot v rotoru elektrického stroje. Těžištěm práce je návrh, výroba a testování čtyřkanálového bezdrátového měřicího systému, který je primárně určen pro měření teplot v rotoru elektrického stroje. První kapitola této práce – Resistance temperature detectors přibližuje problematiku použití odporových senzorů teploty, jejich normy, tolerance a měřicí obvody, které slouží pro měření odporu, respektive teploty. Druhá kapitola – SPI vysvětluje základy symetrické sériové komunikační sběrnice SPI, která je v navrhovaném měřicím systému využita pro komunikaci mikrokontroléru s teplotními čidly. Ve třetí kapitole Bluetooth autor vysvětluje komunikační standard Bluetooth Low Energy (BLE), díky kterému navrhované zařízení komunikuje a odesílá naměřená data ostatním zařízením v okolí. V úvodu této kapitoly jsou uvedeny základní parametry BLE a jeho výhody a nevýhody. Závěr této kapitoly pak rozebírá strukturu vrstev BLE. Následuje obsáhlá čtvrtá kapitola Hardware design, kde je detailně popsán hardwarový návrh bezdrátového teploměru. Začátek této kapitoly je věnován napájecímu zdroji, který je v tomto případě složen z 3,6 V baterie velikosti 1/2 AA a lineárního napěťového regulátoru, který se stará o stabilizaci napájecího napětí. Následuje popis měřicího integrovaného obvodu MAX31865, který byl vybrán pro měření teploty díky jeho vysoké přesnosti a velkému měřicímu rozsahu. Aby se ušetřila elektrická energie v době nečinnosti zařízení, každý ze čtyř senzorů je vzdáleně zapínán a vypínán povelem mikrokontroléru. Posledním bodem této kapitoly je návrh desky plošných spojů s ohledem na vyvážení komponent, aby nedocházelo k nežádoucím vibracím vlivem vysokých otáček rotoru. Měřicí systém se bude otáčet společně s rotorem motoru, se kterým je pevně spojen. Pevné spojení dovoluje měřit teploty kontaktní metodou. Pátá – podobně obsáhlá – kapitola Software design je zaměřena na popis firmware měřicího systému. První část kapitoly se zaměřuje na konfiguraci a inicializaci SPI sběrnice, nastavení komunikačních pinů a komunikační frekvence. Dále jsou popsány základní funkce pro čtení a zapisování registrů, které jsou využity pro řízení integrovaného obvodu MAX31865. Následuje popis implementace BLE do měřicího systému a popis hlavní smyčky programu (čtení teplot a vysílání naměřených dat pomocí BLE). Závěr této kapitoly se zabývá klientskou aplikací, která byla nad rámec zadání vytvořena a slouží pro příjem a ukládání dat z měřicího systému. Závěrečná – šestá kapitola –Device commissioning popisuje výrobu, oživení a naprogramování výrobku. Měřicí systém byl otestován při 6500 ot/min a při měření kalibrační křivky byla zjištěna průměrná odchylka +0,8% v rozsahu +20°C až +200°C . Přílohy na konci práce obsahují výrobní podklady. Produktový list výrobku lze nalézt v příloze A.
This Master's thesis deals with the problem of direct temperature measurement in the rotor of an electric motor. The main part of the thesis is the design of a high-end device for rotor temperature monitoring by a direct method. The designated temperature monitoring system is a 4 channel system. It uses PT100 or PT1000 resistance temperature detectors for measurement. Due to the used specialised MAX31865 circuit, the temperatures can be measured by 2, 3 and 4-wire configuration. Also, RTD sensors of different materials and nominal values can be used. This makes the device suitable for application in laboratory measurements. The experimental measurements revealed an average accuracy of +0,8% from range +20°C to +200°C The power supply of the thermometer is provided by a small battery cell of 1/2 AA size and a voltage of 3.6 V. The measured data is sent using the standardised Bluetooth Low Energy protocol so that the measuring system can be connected to a PC as well as to a laptop or smartphone with the appropriate client applications. No special receiver is not required. The system as a whole is characterised by high noise immunity, low power consumption, high accuracy and mechanical robustness, which has been measured up to a speed of 6500 RPM. The paper concludes with practical measurements and the appendices contain documentation as well as a product brief in the appendix A.
This Master's thesis deals with the problem of direct temperature measurement in the rotor of an electric motor. The main part of the thesis is the design of a high-end device for rotor temperature monitoring by a direct method. The designated temperature monitoring system is a 4 channel system. It uses PT100 or PT1000 resistance temperature detectors for measurement. Due to the used specialised MAX31865 circuit, the temperatures can be measured by 2, 3 and 4-wire configuration. Also, RTD sensors of different materials and nominal values can be used. This makes the device suitable for application in laboratory measurements. The experimental measurements revealed an average accuracy of +0,8% from range +20°C to +200°C The power supply of the thermometer is provided by a small battery cell of 1/2 AA size and a voltage of 3.6 V. The measured data is sent using the standardised Bluetooth Low Energy protocol so that the measuring system can be connected to a PC as well as to a laptop or smartphone with the appropriate client applications. No special receiver is not required. The system as a whole is characterised by high noise immunity, low power consumption, high accuracy and mechanical robustness, which has been measured up to a speed of 6500 RPM. The paper concludes with practical measurements and the appendices contain documentation as well as a product brief in the appendix A.
Description
Citation
POKORNÝ, V. Měření teplot v rotoru elektrického stroje [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2022.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
bez specializace
Comittee
doc. Ing. Pavel Vorel, Ph.D. (předseda)
doc. Ing. Radoslav Cipín, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Martin Mach, Ph.D. (člen)
Ing. Dalibor Červinka, Ph.D. (člen)
doc. Ing. Bohuslav Bušov, CSc. (člen)
Ing. Jan Martiš, Ph.D. (člen)
Date of acceptance
2022-06-07
Defence
Student obhajoval práci na téma - Měření teplot v rotoru elektrického stroje. Student zahájil prezentaci uvedením motivace pro dané téma. Dále pokračoval zvolenou konecepcí pro řešení zadání. Student dále představuje hardware a následně software použitý pro dané zadaní. Student ukazuje 3D render výsledného zařízení spolu s praktickým provedením. Student ukazuje použité součástky na výsledný produkt a ukazuje klientskou aplikaci. Student ukazuje naměřená data okolní teploty v dvacetičtyřhodinovém rozsahu. Dále byly měřením ověřeny kritické otáčky hotového zařízení. Závěrem student zhodnocuje dosažení cílů diplomové práce. Student odpověděl na otázky oponenta. Na druhou otázkou reaguje představením existujícího produktu na trhu a srovnává jeho výhody a nevýhody s vytvořeným vzorkem ve své závěrečné práci. Celá práce byla vypracována ve spolupráci s univerzitou JKU v Linci a je psána v anglickém jazyce. Student upřesňuje spolupráci s univerzitou JKU. Dotaz na vycentrování statického vyvažování odpovídá. Student odpovídá na možné umístění svého výrobku na motor. Dále je dotaz na anténu daného zařízení, kterou student také dostatačně okomentuje. Dalé jsou probírany vlivy krytu a ventilátoru na výsledné zařízení. Student popisuje novost svého zařízení v použítí Bluetooth oproti infračervenému záření, které bylo využito v jiných řešeních. Dale jsou diskutovány možnosti použití jiného bateriového článku, které se student aktivně používá. Dále student představuje další možné kroky, které budou podnikuty při dalším vývoji navrhnutého vzorku.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení