摘要：電機(jī)在繞組接錯(cuò)或者反嵌后，會(huì)引起電動(dòng)機(jī)震動(dòng)，發(fā)出噪聲、三相電流嚴(yán)重不平衡、電動(dòng)機(jī)過熱、轉(zhuǎn)速降低，甚至電機(jī)不轉(zhuǎn)或熔斷器熔斷。本文簡(jiǎn)要分析了一種基于stm32的異步電機(jī)繞組反嵌檢測(cè)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(dòng)永磁體旋轉(zhuǎn)，其定子繞組上感應(yīng)出的電壓信號(hào)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(hào)輸入裝置中，通過對(duì)所采集信號(hào)的采集、判讀，檢測(cè)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)不通電的情況下以簡(jiǎn)單的方法完成對(duì)定子是否存在反嵌繞組的檢測(cè)。

　　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(huì)帶來嚴(yán)重的后果與損失。定子繞組是三相異步電動(dòng)機(jī)的主要組成部分，也是電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)啟動(dòng)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(dòng)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(dòng)轉(zhuǎn)速下降，機(jī)定子繞組很快會(huì)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(cè)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(cè)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(cè)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(cè)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(huì)在定子繞組上感應(yīng)出相應(yīng)電壓信號(hào)的原理，采用芯片及電路結(jié)合的檢測(cè)裝置替代原有的人工檢測(cè)方法。通過實(shí)驗(yàn)研究證明了所提出綜合檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性和可行性。

　　2.反嵌繞組檢測(cè)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(huì)在定子繞組上感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號(hào)。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(cè)相繞組沒有反接時(shí)，被永磁體切割的相對(duì)的兩個(gè)線圈邊上會(huì)感應(yīng)出大小相同方向相反的電勢(shì)，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(duì)的兩個(gè)線圈上邊感應(yīng)出大小相同方向相同的電勢(shì)，電勢(shì)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(cè)中也應(yīng)征了這點(diǎn)，由此，可進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)對(duì)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(huì)有較強(qiáng)的波動(dòng)，即尖脈沖，這會(huì)嚴(yán)重影響到單片機(jī)電壓讀入的性，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(duì)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(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行偏置。兩者綜合，對(duì)電壓信號(hào)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(duì)信號(hào)快速檢測(cè)處理且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，先根據(jù)異步電機(jī)型號(hào)設(shè)置參數(shù)后由DAC端口輸出通過步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)異步電機(jī)轉(zhuǎn)一圈的信號(hào)，同時(shí)ADC循環(huán)輸入采集檢測(cè)，并根據(jù)信號(hào)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(dòng)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。

　　3.實(shí)例驗(yàn)證

　　用裝置中stm32單片機(jī)讀取讀取濾波后電壓信號(hào)前，調(diào)節(jié)放大點(diǎn)位器與偏置電位器，使單片機(jī)能夠讀出電壓信號(hào)峰值與谷值，進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。根據(jù)峰值谷值結(jié)合永磁體的轉(zhuǎn)向進(jìn)行計(jì)算分析。首先使永磁體旋轉(zhuǎn)一周，如果ADC讀入電壓信號(hào)峰谷值之差在一個(gè)范圍外，則電機(jī)內(nèi)有繞組反嵌，進(jìn)一步控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)至反嵌繞組位置；如果峰谷值之差在一范圍內(nèi)，則電機(jī)內(nèi)無繞組反嵌，裝置閃爍指示燈進(jìn)行說明。

　　本項(xiàng)目在實(shí)際測(cè)量中電機(jī)極數(shù)為4極，每相線圈數(shù)為4,采用異步電機(jī)額定功率200-500W,單片機(jī)控制的PWM波頻率為1.6kHz,而異步電機(jī)旋轉(zhuǎn)一圈需要400個(gè)脈沖，則感應(yīng)電壓的頻率為4Hz.

　　圖2為實(shí)例檢測(cè)圖，圖2-1為繞組正接圖，圖2-2為繞組反接圖，其中max_a、min_a為值值所在位置。

　　實(shí)測(cè)可見，存在反嵌繞組時(shí)值值有僅2000的差值，而沒有反嵌繞組時(shí)僅有5的差值，由此可將其區(qū)分，進(jìn)一步找出反嵌繞組所在位置。

　　4.結(jié)論

　　本研究裝置以STM32為開發(fā)平臺(tái)，將現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用于電機(jī)檢測(cè)中，使用芯片及電路結(jié)合的檢測(cè)裝置替代原有的人工檢測(cè)方法，提供一種基于stm32的異步電機(jī)繞組反嵌檢測(cè)裝置。該研究裝置是利用永磁體在轉(zhuǎn)子位置以適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一周及以上會(huì)在定子繞組上感應(yīng)出相應(yīng)的電壓信號(hào)這一原理，在保持原電機(jī)定轉(zhuǎn)子完整性的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)是否有繞組反嵌的快速檢測(cè)，并能清晰明確的指示出結(jié)果，并能將反嵌繞組迅速指出。其響應(yīng)速度快，檢測(cè)準(zhǔn)確，能夠直觀的反應(yīng)電機(jī)的故障，為電機(jī)的控制檢測(cè)帶來很大的便利。（作者：鐘昱煒，劉仁棟，曹陽(yáng)）