Die Wicklungstemperatur eines Motors kann mit Sensoren an ausgewählten Stellen der Statorwicklung direkt erfasst oder aus dem Wicklungswiderstand abgeschätzt werden. Oberflächenmessungen ergänzen die thermische Beurteilung, geben aber nicht unmittelbar die Temperatur im Wicklungsinneren wieder. Die Verfahren liefern unterschiedliche Messgrößen.
- Die Temperatur der Motorwicklung wird normalerweise mit Sensoren gemessen, die an ausgewählten Stellen der Statorwicklung installiert sind.
- PT100-/RTD-Sensoren werden häufig für die herkömmliche Überwachung der Wicklungstemperatur von Elektromotoren verwendet.
- Faseroptische Temperatursensoren ermöglichen eine direkte Punktmessung mit einem elektrisch isolierten optischen Erfassungspfad.
- Je nach Motordesign und Überwachungsanforderungen können auch Thermoelemente und Thermistoren verwendet werden.
- Der Wicklungswiderstand kann verwendet werden, um die durchschnittliche Wicklungstemperatur zu bestimmen, insbesondere während des Testens, er liefert jedoch keine Live-Messwerte für interne Heißstellen.
- Die Gehäuse- oder Infrarot-Oberflächentemperatur stellt nicht direkt die Temperatur der internen Statorwicklung dar.
Leitfaden zur Messung der Motorwicklungstemperatur
- Methoden zur Messung der Motorwicklungstemperatur
- Typen von Temperatursensoren für Elektromotoren
- Platzierung des Statortemperatursensors
- Wicklungstemperatursensoren für Glasfasermotoren
- Motortemperatursensor-Vergleich
- Mehrpunkt-Überwachung der Motorwicklungstemperatur
- SPS- und Motortemperaturüberwachung
- Auswahl des Motorwicklungstemperatursensors
- INNO Glasfaser-Motortemperaturüberwachung
- FAQ zum Motorwicklungstemperatursensor
Wie wird die Motorwicklungstemperatur gemessen?
Die Temperatur der Motorwicklung kann durch direkte Messung oder indirekte Temperaturschätzung gemessen werden. Die Tabelle zeigt, was jede Methode tatsächlich meldet.
| Messmethode | Was es misst | Direkt oder indirekt | Typische Verwendung |
|---|---|---|---|
| PT100 / RTD | Temperatur am installierten Wicklungsort | Direkte Punktmessung | Industriemotoren |
| Thermistor | Temperaturreaktion/Schwellenwert am Installationsort | Lokale Temperaturreaktion/Schwellenwerterkennung | Motorschutz / Temperaturüberwachung |
| Thermoelement | Temperatur am Installationsort | Direkte Punktmessung | Testen / geeignete Motordesigns |
| Faseroptischer Temperatursensor | Temperatur am Standort der optischen Sonde | Direkte Punktmessung | Hochspannungs-/EMI-empfindliche Motorumgebungen |
| Wicklungswiderstand | Durchschnittliche Wicklungstemperatur abgeleitet aus Widerstandsänderung | Indirekter / berechneter Durchschnitt | Motortest |
| Infrarot | Zugängliche Oberflächentemperatur | Direkte Oberflächenmessung, keine interne Wicklungsmessung | Inspektion / begehbare Oberflächen |
Diese Methoden messen nicht genau die gleiche thermische Größe. Ein Punktsensor meldet einen Standort, eine Widerstandsberechnung meldet einen Durchschnitt und Infrarot meldet eine Oberfläche. Vergleichen Sie sie auf dieser Grundlage und nicht auf einer einzigen Temperaturzahl.
Welche Temperatursensoren für Elektromotoren werden häufig verwendet?
PT100 / RTD-Motorwicklungstemperatursensoren
PT100-/RTD-Sensoren werden häufig zur Überwachung der Motorwicklungstemperatur in der Industrie eingesetzt. Sie können an ausgewählten Wicklungsstellen eingebettet werden, die Temperatur über den elektrischen Widerstand messen und in geeignete RTD-Eingangsmodule, Sender oder Schutzhardware integriert werden.
Thermistoren zum Schutz von Elektromotoren
Thermistoren werden je nach Motorkonstruktion häufig zum Motortemperaturschutz und zur Schwellenwerterkennung verwendet. Ihre Rolle könnte eher schutzorientiert sein als eine präzise kontinuierliche Temperaturanzeige.
Thermoelemente zur Motortemperaturmessung
Thermoelemente eignen sich für bestimmte Test-, Entwicklungs- und industrielle Messaufgaben. Sie ermöglichen direkte Punktmessungen, sofern die Motorkonstruktion und -installation dies zulassen.
Wicklungstemperatursensoren für Glasfasermotoren
Ein faseroptischer Sensor misst die Temperatur über eine optische Sonde und eine optische Faser und nicht über leitende Temperaturmessleitungen am Erfassungspunkt. Es meldet die Temperatur am Sondenstandort und wird weiter unten ausführlicher besprochen.
Wo ist ein Statortemperatursensor installiert?
Zur Wicklungsüberwachung wird je nach Motorkonstruktion normalerweise ein Statortemperatursensor an ausgewählten Stellen der Statorwicklung angebracht. Je nach Konstruktion können dies sein:
- Wickelschlitze
- Spulenabschnitte
- Wicklungsendbereiche
- Vorhergesagte Standorte mit höherer Temperatur
Der heißeste Ort ist nicht bei jedem Motor identisch. Die Platzierung des Sensors hängt vom Wicklungsdesign, der Motorgröße, der Kühlung, dem Isolationssystem, der erwarteten Wärmeverteilung und dem Design des Herstellers ab. Es gibt keine feste Standardposition, die für alle Motoren gilt.
Ein gut platzierter Wickelsensor repräsentiert den Ort, an dem er sitzt, daher ist die Platzierungsentscheidung genauso wichtig wie der Sensortyp. Ähnliche Messprinzipien können für Generatorstatorwicklungen gelten, die Generatorüberwachung sollte jedoch entsprechend der Generatorkonstruktion ausgewählt werden.
Wann sollte ein faseroptischer Temperatursensor in einem Elektromotor verwendet werden?
Nicht jeder Motor benötigt eine faseroptische Sensorik. Dies ist besonders relevant, wenn direkte Punktmessung, elektrische Isolierung und Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen wichtig sind, beispielsweise in:
- Hochspannungsmotoren
- Starke elektromagnetische Felder
- VFD-/wechselrichterbetriebene Systeme, bei denen EMI oder elektrische Isolierung ein Messproblem darstellen
- Motoren testen
- Anwendungen, die eine elektrische Isolierung erfordern
- Anwendungen, die eine direkte Mehrpunkt-Wicklungsmessung erfordern
- Orte, an denen leitfähige Sensorleitungen unerwünscht sind
Der optische Erfassungspfad ist elektrisch isoliert und weist eine hohe Störfestigkeit gegenüber elektromagnetischen Störungen auf. Das Auswertegerät und die externe Kommunikationsverkabelung bleiben elektronische Komponenten, daher gelten weiterhin die normalen Installationspraktiken.
PT100 vs. Thermoelement vs. Glasfaser-Motorwicklungstemperatursensor
| Funktion | PT100 / RTD | Thermoelement | Faseroptischer Temperatursensor |
|---|---|---|---|
| Messsignal | Elektrischer Widerstand | Thermoelektrische Spannung | Optisch |
| Direkte Punktmessung | Ja | Ja | Ja |
| Konduktive Messleitungen | Ja | Ja | Nein entlang des optischen Erfassungspfads |
| EMI-Berücksichtigung | Abhängig von der Verkabelung/Installation | Abhängig von der Verkabelung/Installation | Hohe Störfestigkeit entlang des optischen Pfades |
| Elektrische Isolierung an der Sonde | Erfordert Systemdesign | Erfordert Systemdesign | Elektrische Trennung durch den optischen Erfassungspfad |
| Mehrpunktüberwachung | Ja, mit geeignetem Aufnahmesystem | Ja, mit geeignetem Aufnahmesystem | Ja, mit optischem Mehrkanalinstrument |
| Typische Anwendung | Konventionelle Industriemotoren | Testen / industrielle Anwendungen | Hochspannungs-/EMI-/galvanisch isolierte Messung |
Alle drei liefern eine direkte Punktmessung. Der Hauptunterschied besteht im Signalpfad und in der Art und Weise, wie die Installation mit der elektrischen Umgebung umgeht, und nicht in einer allgemeinen Rangfolge.
Zeigt die Temperatur des Motorgehäuses die Temperatur der Motorwicklung an?
Nicht direkt. Die Motorrahmen- oder Gehäusetemperatur spiegelt die gesamte Wärmeübertragung wider, ist jedoch nicht gleichbedeutend mit der internen Wicklungstemperatur. Die Lagertemperatur ist ein separater thermischer Zustand und wird separat überwacht.
Die Infrarotinspektion des Außengehäuses kann einen eingebetteten Statortemperatursensor nicht direkt ersetzen. Die Oberflächentemperatur ist weiterhin nützlich für Inspektionen, Vergleiche, thermische Trends und die Überwachung zugänglicher Komponenten.
Kann der Motorwicklungswiderstand zur Temperaturmessung verwendet werden?
Ja. Der Wicklungswiderstand kann zur Berechnung einer durchschnittlichen Wicklungstemperatur verwendet werden, da sich der Leiterwiderstand mit der Temperatur ändert. Es wird häufig zum Testen und zur Temperaturanstiegsbewertung verwendet.
Das Ergebnis ist ein Durchschnitt. Es identifiziert keine einzelnen Heißstellen und ist nicht gleichbedeutend mit einer kontinuierlichen eingebetteten Punktüberwachung.
Wie funktioniert die Mehrpunktüberwachung der Motorwicklungstemperatur?
Eine faseroptische Punktsonde entspricht normalerweise einem aktiven Messkanal. Mehrere Sonden können verschiedene Statorpositionen, verschiedene Phasen, verschiedene Wicklungsabschnitte oder ausgewählte Hotspot-Kandidatenpositionen messen. Die Sonden messen nur dort, wo sie installiert sind und identifizieren nicht automatisch den heißesten Punkt.
Es gibt keine feste Standardkanalanzahl für Motoren. Mit INNO kann die Kanalanzahl entsprechend der Anzahl der erforderlichen Erfassungspunkte konfiguriert werden, wobei je nach Auswertegerät und Projekt maßgeschneiderte Mehrkanalsysteme verfügbar sind. Spezielle Systeme können von etwa 1 bis 64 Kanälen konfiguriert werden, obwohl nicht jedes Instrument jede Kanalanzahl unterstützt.
Wie können Motorwicklungstemperatursensoren an SPS- oder Überwachungssysteme angeschlossen werden?
PT100-/RTD-Sensoren können je nach Architektur über ein RTD-Eingangsmodul, einen Temperaturtransmitter oder ein Überwachungsrelais angeschlossen werden.
Eine faseroptische Sonde wird normalerweise nicht direkt an eine SPS angeschlossen. Der Link lautet:
Faseroptische Sonde → Temperaturüberwachungsinstrument → SPS / SCADA / DAQ
Zu den Integrationsoptionen für INNO-Auswertegeräte können gehören:
- RS485 mit einem unterstützten Protokoll wie Modbus RTU
- 4-20 mA
- Alarmrelais
- KANN, sofern unterstützt
- Ethernet / TCP/IP, sofern unterstützt
Verfügbare Schnittstellen hängen vom Überwachungsgerät und der Konfiguration ab.
So wählen Sie einen Motorwicklungstemperatursensor aus
Wählen Sie einen Sensor nicht nur basierend auf dem Temperaturbereich aus. Der Messpunkt, die elektrische Umgebung, die Installationsphase, die Anzahl der Punkte und die Integrationsmethode entscheiden über die Passform.
| Anforderung | Was Sie beachten sollten |
|---|---|
| Motorspannungspegel | Anforderungen an die elektrische Isolierung |
| Messort | Innenwicklung / Oberfläche / Lager / Gehäuse |
| Direkte oder durchschnittliche Messung | Eingebetteter Sensor vs. Widerstandsmethode |
| EMI-Umgebung | Motorantrieb / VFD / elektrische Umgebung |
| Anzahl der Erfassungspunkte | Einzelpunkt- oder Mehrpunktüberwachung |
| Sensorinstallationsphase | Neuer Motor / Herstellung / Nachrüstung |
| Temperaturbereich | Erwarteter Wickelbetriebsbereich |
| Signalausgabe | RTD / analoge / digitale Kommunikation |
| Überwachungssystem | Lokaler Schutz / SPS / SCADA / DAQ |
Motorwicklungstemperatursensoren für neue Motoren im Vergleich zu Retrofit-Projekten
Neue Motoren: Die eingebettete Sensorik lässt sich am einfachsten während der Motorfertigung oder der Wicklungsmontage planen. Für die faseroptische Abtastung können ausgewählte Sonden je nach Motordesign während der Herstellung positioniert werden, bevor die Wicklungs- und Isolationsmontage abgeschlossen ist.
Bestehende Motoren: Das Nachrüsten eines internen eingebetteten Sensors kann viel schwieriger sein. Abhängig von der vorhandenen Struktur können die praktischen Optionen ein vorhandener RTD, eine zugängliche Messstelle, eine externe Oberflächenmessung oder das vorhandene Überwachungssystem sein.
INNO faseroptische Temperatursensoren zur Motorwicklungsüberwachung
INNO bietet fluoreszenzbasierte punktförmige faseroptische Temperatursensoren und Mehrkanal-Auswertegeräte für die direkte Temperaturmessung an ausgewählten Motorwicklungsstellen. Auf der Seite Fluoreszierende faseroptische Temperaturerfassungstechnologie wird das Erfassungsprinzip beschrieben.
- Punktuelle Temperaturmessung an ausgewählten Stellen der Statorwicklung
- Elektrisch isolierter optischer Erfassungspfad
- Hohe Beständigkeit gegen elektromagnetische Störungen entlang des optischen Erfassungspfads
- Kompakte Sondenoptionen
- Benutzerdefinierte Faserlänge
- Mehrkanalüberwachung
- SPS-/SCADA-/DAQ-Integration durch kompatible Auswertegeräte
- OEM-/ODM-Optionen für Motoren- und Gerätehersteller
Typische Referenzen sind ein Temperaturbereich von ca. -40 bis 260 °C, eine Genauigkeit von ca. ±0,5 bis ±1 °C, eine Reaktion unter 1 s, ein Sondendurchmesser von ca. 2–3 mm und eine Faserlänge von ca. 0–20 m, abhängig von Sonde, Instrument und Projektkonfiguration.
Welche Informationen werden zur Auswahl eines Motorwicklungstemperatursensors benötigt?
- Motortyp
- Nennspannung
- Motorleistung/-größe
- Statorwicklungsstruktur
- Neuer Motor oder Nachrüstung
- Messorte
- Anzahl der Erfassungspunkte
- Erwarteter Temperaturbereich
- Anforderung an die Sondengröße
- Erforderliche Faserlänge
- Anzahl der Kanäle
- Überwachung des Gerätestandorts
- SPS-/SCADA-/DAQ-Anforderungen
- Erforderliche Kommunikationsschnittstelle