基于stm32的異步電機反嵌繞組檢測方法

　　文章通過(guò)程序控制stm32芯片產(chǎn)生PWM方波使電機帶動(dòng)永磁體旋轉，其定子繞組上感應出的電壓信號通過(guò)裝置中包括的巴特沃斯二階低通濾波器，并且再通過(guò)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(guò)對所采集信號的采集、判讀，檢測是否存在反嵌繞組。通過(guò)實(shí)驗研究后表明，該研究成果在電機不通電的情況下以最簡(jiǎn)單的方法完成對定子是否存在反嵌繞組的檢測。

　　1.引言

　　電機是在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中普遍使用的裝置，電機的故障往往會(huì )帶來(lái)嚴重的后果與損失。定子繞組是三相異步電動(dòng)機的主要組成部分，也是電動(dòng)機最容易損壞而造成故障的部件。異步電機在生產(chǎn)過(guò)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象，發(fā)生電動(dòng)機啟動(dòng)困難，三相電流嚴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)機發(fā)生異常響聲并劇烈振。如果不及時(shí)斷電停機，電動(dòng)轉速下降，機定子繞組很快會(huì )被燒毀。為避免造成更大的損失，需要及時(shí)檢出。

　　現有的檢測方法在實(shí)際應用中，往往在生產(chǎn)應用中需要拆除電機，或者等到電機產(chǎn)生故障時(shí)才能夠發(fā)現繞組錯誤。檢測方法主要是在電機出現故障后，將電機定子取出，接入直流電源后，使用磁針來(lái)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的磁針。在實(shí)際應用及生產(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子位置以適當的轉速旋轉一周以上，就會(huì )在定子繞組上感應出相應電壓信號的原理，采用芯片及電路結合的檢測裝置替代原有的人工檢測方法。通過(guò)實(shí)驗研究證明了所提出綜合檢測方法的準確性和可行性。

　　2.反嵌繞組檢測裝置設計

　　當永磁體在異步電機轉子位置旋轉一周以上時(shí)，就會(huì )在定子繞組上感應出相應的電壓信號。若永磁體足夠窄，可以認為其旋轉時(shí)每次只切割一條線(xiàn)圈邊，當被測相繞組沒(méi)有反接時(shí)，被永磁體切割的相對的兩個(gè)線(xiàn)圈邊上會(huì )感應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,;當該相繞組中有繞組反嵌時(shí)，則在相對的兩個(gè)線(xiàn)圈上邊感應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，若有繞組反嵌，峰谷值出現具有規律性，在實(shí)際波形檢測中也應征了這點(diǎn)，由此，可進(jìn)一步實(shí)現對反嵌繞組位置的指明。

　　由于永磁體在異步電機中旋轉時(shí)氣隙的不均勻，其輸出的感應電壓會(huì )有較強的波動(dòng)，即尖脈沖，這會(huì )嚴重影響到單片機電壓讀入的精確性，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單片機系統能對信號快速檢測處理且價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)，先根據異步電機型號設置參數后由DAC端口輸出通過(guò)步進(jìn)電機驅動(dòng)器驅動(dòng)異步電機轉一圈的信號，同時(shí)ADC循環(huán)輸入采集檢測，并根據信號輸入生成是否有反嵌繞組的判斷，并作出相應的操作輸出，通過(guò)步進(jìn)電機驅動(dòng)器操控異步電機，若有反嵌繞組，則在一圈內指向反嵌繞組所在位置，若不存在反嵌繞組，則異步電機在原來(lái)已轉一圈的基礎上再轉一圈，同時(shí)stm32上跑馬燈指示。