基于stm32的異步電機(jī)反嵌繞組檢測方法

　　文章通過程序控制stm32芯片產(chǎn)生PWM方波使電機(jī)帶動永磁體旋轉(zhuǎn)，其定子繞組上感應(yīng)出的電壓信號通過裝置中包括的巴特沃斯二階低通濾波器，并且再通過帶偏置的反相比例放大器。將濾波后的信號輸入裝置中，通過對所采集信號的采集、判讀，檢測是否存在反嵌繞組。通過實(shí)驗(yàn)研究后表明，該研究成果在電機(jī)不通電的情況下以最簡單的方法完成對定子是否存在反嵌繞組的檢測。

　　1.引言

　　電機(jī)是在工業(yè)生產(chǎn)過程中普遍使用的裝置，電機(jī)的故障往往會帶來嚴(yán)重的后果與損失。定子繞組是三相異步電動機(jī)的主要組成部分，也是電動機(jī)最容易損壞而造成故障的部件。異步電機(jī)在生產(chǎn)過程中，由于生產(chǎn)工人的失誤，有可能發(fā)生定子繞組反嵌的現(xiàn)象，發(fā)生電動機(jī)啟動困難，三相電流嚴(yán)重失衡且電流急劇上升，接反元件的那一組繞組中的電流更大，電動機(jī)發(fā)生異常響聲并劇烈振。如果不及時(shí)斷電停機(jī)，電動轉(zhuǎn)速下降，機(jī)定子繞組很快會被燒毀。為避免造成更大的損失，需要及時(shí)檢出。

　　現(xiàn)有的檢測方法在實(shí)際應(yīng)用中，往往在生產(chǎn)應(yīng)用中需要拆除電機(jī)，或者等到電機(jī)產(chǎn)生故障時(shí)才能夠發(fā)現(xiàn)繞組錯(cuò)誤。檢測方法主要是在電機(jī)出現(xiàn)故障后，將電機(jī)定子取出，接入直流電源后，使用磁針來判斷是否存在繞組反嵌。

　　磁針測試的方法效果也有一定局限性，需要較大的電壓及磁性較強(qiáng)的磁針。在實(shí)際應(yīng)用及生產(chǎn)中，檢測的有效性及時(shí)效性差，大大降低效率。

　　本研究利用永磁體在轉(zhuǎn)子位置以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一周以上，就會在定子繞組上感應(yīng)出相應(yīng)電壓信號的原理，采用芯片及電路結(jié)合的檢測裝置替代原有的人工檢測方法。通過實(shí)驗(yàn)研究證明了所提出綜合檢測方法的準(zhǔn)確性和可行性。

　　2.反嵌繞組檢測裝置設(shè)計(jì)

　　當(dāng)永磁體在異步電機(jī)轉(zhuǎn)子位置旋轉(zhuǎn)一周以上時(shí)，就會在定子繞組上感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號。若永磁體足夠窄，可以認(rèn)為其旋轉(zhuǎn)時(shí)每次只切割一條線圈邊，當(dāng)被測相繞組沒有反接時(shí)，被永磁體切割的相對的兩個(gè)線圈邊上會感應(yīng)出大小相同方向相反的電勢，它們相互抵消，使得該相輸出電壓接近0,;當(dāng)該相繞組中有繞組反嵌時(shí)，則在相對的兩個(gè)線圈上邊感應(yīng)出大小相同方向相同的電勢，電勢相互疊加，使得該相輸出電壓有峰值和谷值。從理論分析很容易可以發(fā)現(xiàn)，若有繞組反嵌，峰谷值出現(xiàn)具有規(guī)律性，在實(shí)際波形檢測中也應(yīng)征了這點(diǎn)，由此，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對反嵌繞組位置的指明。

　　由于永磁體在異步電機(jī)中旋轉(zhuǎn)時(shí)氣隙的不均勻，其輸出的感應(yīng)電壓會有較強(qiáng)的波動，即尖脈沖，這會嚴(yán)重影響到單片機(jī)電壓讀入的精確性，所以必須要進(jìn)行濾波，需要的是低通濾波器，為了提高性能，采用巴特沃斯二階低通濾波器將高次脈沖濾除。

　　但與此同時(shí)使得輸出的感應(yīng)電壓的幅值衰減，為了得到利于鑒別的電壓幅值，要求對電壓進(jìn)行放大。由于單片機(jī)的輸入電壓只能為正值，則要求要對電壓信號進(jìn)行偏置。兩者綜合，對電壓信號再進(jìn)行偏置放大處理，采用帶偏置的反相比例放大器。

　　出于Stm32單片機(jī)系統(tǒng)能對信號快速檢測處理且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，先根據(jù)異步電機(jī)型號設(shè)置參數(shù)后由DAC端口輸出通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動異步電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的信號，同時(shí)ADC循環(huán)輸入采集檢測，并根據(jù)信號輸入生成是否有反嵌繞組的判斷，并作出相應(yīng)的操作輸出，通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器操控異步電機(jī)，若有反嵌繞組，則在一圈內(nèi)指向反嵌繞組所在位置，若不存在反嵌繞組，則異步電機(jī)在原來已轉(zhuǎn)一圈的基礎(chǔ)上再轉(zhuǎn)一圈，同時(shí)stm32上跑馬燈指示。