Original title:
Měření teplot v rotoru elektrického stroje
Translated title:
Measuring temperatures in the rotor of an electrical machine
Authors:
Pokorný, Vladimír ; Ctibor, Jiří (referee) ; Knobloch, Jan (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2022
Language:
eng Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Abstract:
[eng][cze]
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.
Keywords:
Bluetooth Low Energy; MAX31865; Měření teploty; nRF52833; Odporové teplotní senzory; PT100; Teplota v rotoru motoru; Bluetooth Low Energy; MAX31865; Motor Rotor Temperature; nRF52833; PT100; Resistance Temperature Detector; Temperature Measuring
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: http://hdl.handle.net/11012/204875
guest ::
