基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置。單片機開發(fā)板與步進電機驅(qū)動器連接，步進電機驅(qū)動器與步進電機連接，步進電機放置在異步電機轉(zhuǎn)子位置，異步電機與巴特沃斯二階低通濾波器連接，巴特沃斯二階低通濾波器通過帶偏置的反相比例放大器與單片機開發(fā)板連接。本發(fā)明將現(xiàn)代信號處理技術(shù)應用于電機檢測中，使用芯片及濾波電路結(jié)合的檢測裝置替代原有的人工檢測方法，直接對電機的定子繞組反嵌進行檢測，不需要對電機進行拆卸以及通電，可直接指向繞組反嵌處。本發(fā)明裝置成本低，運算速度快，穩(wěn)定性可靠性高。在實際應用生產(chǎn)中，可以直接將裝置進行使用，提高檢測的效率與準確性。
【專利說明】基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種異步電機繞組檢驗裝置，尤其是一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]定子繞組是三相異步電動機的主要組成部分，也是電動機最容易損壞而造成故障的部件。異步電機在生產(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)生電動機啟動困難，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，電動機發(fā)生異常響聲并劇烈振。如果不及時斷電停機，電動轉(zhuǎn)速下降，機定子繞組很快會被燒毀。為避免造成更大的損失，需要及時檢出。
[0003]電機在繞組接錯或者嵌反后，會引起電動機震動，發(fā)出噪聲、三相電流嚴重不平衡、電動機過熱、轉(zhuǎn)速降低，甚至電機不轉(zhuǎn)或熔斷器熔斷。繞組接錯絕大部分情況下，是繞組中的某極相組中一只線圈嵌反。以往的檢測方法大多數(shù)為出現(xiàn)故障后對電機進行拆除后，撬開端部引線及各線圈組間的連接線進行檢查，查出嵌反的地方。一般方法為使用磁針(即指南針)測試法，將電機中轉(zhuǎn)子取出接入直流電源，用指南針沿著定子移動，判斷磁針是否存在交替變化。
[0004]現(xiàn)有的檢測方法在實際應用中，往往在生產(chǎn)應用中需要拆除電機，或者等到電機產(chǎn)生故障時才能夠發(fā)現(xiàn)繞組錯誤。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。在實際應用及生產(chǎn)中，檢測的有效性及時效性差，大大降低效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決【背景技術(shù)】中的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，它是基于電機若無反嵌繞組輸出電壓恒值，若有反嵌繞組產(chǎn)生電壓將有明顯最大最小值的原理，在保持原電機定轉(zhuǎn)子完整性的前提下，實現(xiàn)對電機是否有繞組反嵌的快速檢測，并能清晰明確的指示出結(jié)果，并能將反嵌繞組迅速指出。
[0006]本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
本發(fā)明裝置包括單片機開發(fā)板、步進電機驅(qū)動器、步進電機、異步電機、巴特沃斯二階低通濾波器和帶偏置的反相比例放大器；單片機開發(fā)板與步進電機驅(qū)動器連接，步進電機驅(qū)動器與步進電機連接，步進電機放置在異步電機轉(zhuǎn)子位置，異步電機與巴特沃斯二階低通濾波器連接，巴特沃斯二階低通濾波器通過帶偏置的反相比例放大器與單片機開發(fā)板連接。
[0007]所述的步進電機驅(qū)動器的OPTO引腳與單片機開發(fā)板的PA14引腳連接，CP引腳與單片機開發(fā)板的PA6引腳連接，F(xiàn)REE引腳與DIR引腳均懸空。
[0008]所述的步進電機驅(qū)動器的輸出端與步進電機的輸入端連接，異步電機的定子與步進電機的永磁片感應，異步電機的單相輸出端與巴特沃斯二階低通濾波器的輸入端連接，巴特沃斯二階低通濾波器的輸出端與帶偏置的反相比例 放大器輸入端連接，帶偏置的反相比例放大器的輸出端與單片機開發(fā)板的PC4引腳連接。
[0009]所述的異步電機為四極三相異步電機。
[0010]所述帶偏置的反相比例放大器為以運放UA741為核心的反相比例放大電路。
[0011]所述的步進電機長軸上裝有一個方塊，方塊的兩端各貼2片永磁片，4片永磁片的磁極方向均相同。
[0012]所述的步進電機采用永磁感應子式步進電機。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
將現(xiàn)代信號處理技術(shù)應用于電機檢測中，使用芯片及電路結(jié)合的檢測裝置替代原有的人工檢測方法。通過發(fā)明中所述的濾波電路以及芯片結(jié)合的裝置的控制，能夠直接對電機的定子繞組反嵌進行檢測，不需要對電機進行拆卸以及通電，并可以直接指向繞組反嵌處。
[0014]該裝置成本低，運算速度快，穩(wěn)定性可靠性高。在實際應用生產(chǎn)中，可以直接將裝置進行使用，提高檢測的效率與準確性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明中的巴特沃斯二階低通濾波器的電路原理圖。
[0017]圖3是本發(fā)明中的帶偏置的反相比例放大器的電路原理圖。
[0018]圖4是本發(fā)明中的步進電機驅(qū)動器連接圖。
[0019]圖中:1、單片機開發(fā)板，2、步進電機驅(qū)動器，3、步進電機，4、異步電機，5、巴特沃斯二階低通濾波器，6、帶偏置的反相比例放大器。
【具體實施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明裝置包括單片機開發(fā)板1、步進電機驅(qū)動器2、步進電機3、異步電機4、巴特沃斯二階低通濾波器5和帶偏置的反相比例放大器6 ;單片機開發(fā)板I與步進電機驅(qū)動器2連接，步進電機驅(qū)動器2與步進電機3連接，步進電機3放置在異步電機4轉(zhuǎn)子位置，異步電機4與巴特沃斯二階低通濾波器5連接，巴特沃斯二階低通濾波器5通過帶偏置的反相比例放大器6與單片機開發(fā)板I連接。將異步電機4中的轉(zhuǎn)子去除，用步進電機3替換異步電機4中的轉(zhuǎn)子，放置在異步電機4中原轉(zhuǎn)子位置。
[0022]所述的步進電機驅(qū)動器2的OPTO引腳與單片機開發(fā)板I的PA14引腳連接，CP引腳與單片機開發(fā)板I的PA6引腳連接，F(xiàn)REE引腳與DIR引腳均懸空，視為高電平。
[0023]如圖4與圖2所示，所述的步進電機驅(qū)動器2的輸出端與步進電機3的輸入端連接，異步電機4的定子與步進電機3的永磁片感應,異步電機4的單相輸出端與巴特沃斯二階低通濾波器5的輸入端連接，巴特沃斯二階低通濾波器5的輸出端與帶偏置的反相比例放大器6輸入端連接，帶偏置的反相比例放大器6的輸出端與單片機開發(fā)板I的PC4引腳連接。
[0024]所述的異步電機3為四極三相異步電機。
[0025]如圖3所示，所述帶偏置的反相比例放大器5為以運放UA741為核心的反相比例放大電路。[0026]所述的步進電機3長軸上裝有一個方塊，方塊的兩端各貼2片永磁片，4片永磁片的磁極方向均相同。
[0027]所述的步進電機3采用永磁感應子式步進電機。
[0028]所述的步進電機驅(qū)動器2的CP步進脈沖由單片機引腳提供一定頻率的TTL方波信號。
[0029]步進電機驅(qū)動器2的驅(qū)動所需的方波信號由單片機開發(fā)板I生成的PWM波提供，頻率為1.6kHz，可根據(jù)實際步進電機極數(shù)修改步進電機轉(zhuǎn)一圈對應所需輸出的PWM波個數(shù)。
[0030]異步電機4輸出有雜波，需要巴特沃斯二階低通濾波器5進行濾波，且輸出有正有負，芯片型號為STM32的單片機開發(fā)板只能接收0-3V電壓輸入，需要帶偏置的反相比例放大器6進行信號調(diào)整。由步進電機驅(qū)動器2控制的步進電機3進行旋轉(zhuǎn)帶動永磁片產(chǎn)生磁場，從而使異步電機4產(chǎn)生感應電壓。
[0031]所述的巴特沃斯二階低通濾波器5的電路圖如圖2所示，巴特沃斯二階低通濾波器5對電壓進行濾波，消除高頻電壓的影響。由于濾波電容的影響，使巴特沃斯二階低通濾波器5的輸出信號出現(xiàn)了相位差，約為90°，那么需要在單片機開發(fā)板中處理信號時要考慮進行彌補。
[0032]帶偏置的反相比例放大器6對電壓進行放大、偏置處理。
[0033]單片機開發(fā)板I可以對電壓信號進行分析處理，并可以發(fā)出PWM波對步進電機驅(qū)動器2進行控制。單片機開發(fā)板I將經(jīng)巴特沃斯二階低通濾波器5和帶偏置的反相比例放大器6接收來自異步電機4輸出的電壓進行信號分析，并將結(jié)果通過步進電機驅(qū)動器2在步進電機3上實現(xiàn)輸出。
[0034]本發(fā)明具體實施工作過程如下:
單片機開發(fā)板I可以采用芯片型號為STM32的單片機開發(fā)板，永磁片放置在異步電機轉(zhuǎn)子位置，用型號為SH-4012的步進電機驅(qū)動器帶動永磁片旋轉(zhuǎn)，永磁感應子式步進電機的型號采用42BYGH102。由STM32單片機生成PWM波，通過控制PWM方波的個數(shù)(400個)使永磁片旋轉(zhuǎn)一圈。由于永磁片較狹窄，旋轉(zhuǎn)時每次只切割一條線圈邊。如果該相繞組沒有反接，那么永磁片在相對的兩個線圈上邊感應出大小相同方向相反的電勢，并會互相抵消，使該相輸出電壓接近O;如果該繞組中有繞組反鉗，則在相對的兩個線圈上邊感應出大小相同方向相同的電勢，它們互相疊加，使得該相輸出電壓出現(xiàn)峰值和谷值。
[0035]將感應出的電壓信號經(jīng)過本裝置中的巴特沃斯二階低通濾波器，濾去信號中的高頻信號，再通過本發(fā)明裝置中的帶偏置的反相比例放大器，補償濾去高頻信號后的衰減，同時加上直流偏置電壓使電壓信號保持為正。
[0036]使用裝置中STM32單片機讀取濾波后電壓信號，進行A/D轉(zhuǎn)換，調(diào)節(jié)放大點位器與偏置電位器，使STM32單片機能夠讀出電壓信號峰值與谷值。根據(jù)峰值谷值結(jié)合永磁片的轉(zhuǎn)向進行計算分析。首先使永磁片旋轉(zhuǎn)一周，如果ADC (即為模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器)讀入電壓信號最大值最小值之差在一個范圍外，則異步電機內(nèi)有繞組反嵌，進一步控制步進電機旋轉(zhuǎn)至反嵌繞組位置；如果最大值最小值之差在一范圍內(nèi)，則異步電機內(nèi)無繞組反嵌，裝置閃爍指示燈進行說明。
[0037]上述【具體實施方式】用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:包括單片機開發(fā)板(I)、步進電機驅(qū)動器(2)、步進電機(3)、異步電機(4)、巴特沃斯二階低通濾波器(5)和帶偏置的反相比例放大器(6);單片機開發(fā)板(I)與步進電機驅(qū)動器(2)連接，步進電機驅(qū)動器(2)與步進電機(3)連接，步進電機(3)放置在異步電機(4)轉(zhuǎn)子位置，異步電機(4)與巴特沃斯二階低通濾波器(5)連接，巴特沃斯二階低通濾波器(5)通過帶偏置的反相比例放大器(6)與單片機開發(fā)板(I)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述的步進電機驅(qū)動器(2)的OPTO引腳與單片機開發(fā)板(I)的PA14引腳連接，CP引腳與單片機開發(fā)板(I)的PA6引腳連接，F(xiàn)REE引腳與DIR引腳均懸空。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述的步進電機驅(qū)動器(2)的輸出端與步進電機(3)的輸入端連接，異步電機(4)的定子與步進電機(3)的永磁片感應,異步電機(4)的單相輸出端與巴特沃斯二階低通濾波器(5)的輸入端連接，巴特沃斯二階低通濾波器(5)的輸出端與帶偏置的反相比例放大器(6)輸入端連接，帶偏置的反相比例放大器(6)的輸出端與單片機開發(fā)板(I)的PC4引腳連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述的異步電機(4)為四極三相異步電機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述帶偏置的反相比例放大器(6)為以運放UA741為核心的反相比例放大電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述的步進電機(3)長軸上裝有一個方塊，方塊的兩端各貼2片永磁片，4片永磁片的磁極方向均相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于單片機開發(fā)板的異步電機繞組反嵌檢驗裝置，其特征在于:所述的步進電機(3)采用永磁感應子式步進電機。
【文檔編號】H02K15/00GK103475165SQ201310400032
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月5日
【發(fā)明者】董煒, 鐘昱煒, 潘秋萍, 張偉, 劉仁棟, 曹陽 申請人:浙江大學