基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置。单片机开发板与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器与步进电机连接，步进电机放置在异步电机转子位置，异步电机与巴特沃斯二阶低通滤波器连接，巴特沃斯二阶低通滤波器通过带偏置的反相比例放大器与单片机开发板连接。本发明将现代信号处理技术应用于电机检测中，使用芯片及滤波电路结合的检测装置替代原有的人工检测方法，直接对电机的定子绕组反嵌进行检测，不需要对电机进行拆卸以及通电，可直接指向绕组反嵌处。本发明装置成本低，运算速度快，稳定性可靠性高。在实际应用生产中，可以直接将装置进行使用，提高检测的效率与准确性。
【专利说明】基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置【技术领域】
[0001]本发明涉及一种异步电机绕组检验装置，尤其是一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置。
【背景技术】
[0002]定子绕组是三相异步电动机的主要组成部分，也是电动机最容易损坏而造成故障的部件。异步电机在生产过程中，由于生产工人的失误，有可能发生定子绕组反嵌的现象，发生电动机启动困难，三相电流严重失衡且电流急剧上升，接反元件的那一组绕组中的电流更大，电动机发生异常响声并剧烈振。如果不及时断电停机，电动转速下降，机定子绕组很快会被烧毁。为避免造成更大的损失，需要及时检出。
[0003]电机在绕组接错或者嵌反后，会引起电动机震动，发出噪声、三相电流严重不平衡、电动机过热、转速降低，甚至电机不转或熔断器熔断。绕组接错绝大部分情况下，是绕组中的某极相组中一只线圈嵌反。以往的检测方法大多数为出现故障后对电机进行拆除后，撬开端部引线及各线圈组间的连接线进行检查，查出嵌反的地方。一般方法为使用磁针(即指南针)测试法，将电机中转子取出接入直流电源，用指南针沿着定子移动，判断磁针是否存在交替变化。
[0004]现有的检测方法在实际应用中，往往在生产应用中需要拆除电机，或者等到电机产生故障时才能够发现绕组错误。磁针测试的方法效果也有一定局限性，需要较大的电压及磁性较强的磁针。在实际应用及生产中，检测的有效性及时效性差，大大降低效率。
【发明内容】
[0005]为了解决【背景技术】中的问题，本发明的目的是提供一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，它是基于电机若无反嵌绕组输出电压恒值，若有反嵌绕组产生电压将有明显最大最小值的原理，在保持原电机定转子完整性的前提下，实现对电机是否有绕组反嵌的快速检测，并能清晰明确的指示出结果，并能将反嵌绕组迅速指出。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
本发明装置包括单片机开发板、步进电机驱动器、步进电机、异步电机、巴特沃斯二阶低通滤波器和带偏置的反相比例放大器；单片机开发板与步进电机驱动器连接，步进电机驱动器与步进电机连接，步进电机放置在异步电机转子位置，异步电机与巴特沃斯二阶低通滤波器连接，巴特沃斯二阶低通滤波器通过带偏置的反相比例放大器与单片机开发板连接。
[0007]所述的步进电机驱动器的OPTO引脚与单片机开发板的PA14引脚连接，CP引脚与单片机开发板的PA6引脚连接，FREE引脚与DIR引脚均悬空。
[0008]所述的步进电机驱动器的输出端与步进电机的输入端连接，异步电机的定子与步进电机的永磁片感应，异步电机的单相输出端与巴特沃斯二阶低通滤波器的输入端连接，巴特沃斯二阶低通滤波器的输出端与带偏置的反相比例 放大器输入端连接，带偏置的反相比例放大器的输出端与单片机开发板的PC4引脚连接。
[0009]所述的异步电机为四极三相异步电机。
[0010]所述带偏置的反相比例放大器为以运放UA741为核心的反相比例放大电路。
[0011]所述的步进电机长轴上装有一个方块，方块的两端各贴2片永磁片，4片永磁片的磁极方向均相同。
[0012]所述的步进电机采用永磁感应子式步进电机。
[0013]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
将现代信号处理技术应用于电机检测中，使用芯片及电路结合的检测装置替代原有的人工检测方法。通过发明中所述的滤波电路以及芯片结合的装置的控制，能够直接对电机的定子绕组反嵌进行检测，不需要对电机进行拆卸以及通电，并可以直接指向绕组反嵌处。
[0014]该装置成本低，运算速度快，稳定性可靠性高。在实际应用生产中，可以直接将装置进行使用，提高检测的效率与准确性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1是本发明的装置结构图。
[0016]图2是本发明中的巴特沃斯二阶低通滤波器的电路原理图。
[0017]图3是本发明中的带偏置的反相比例放大器的电路原理图。
[0018]图4是本发明中的步进电机驱动器连接图。
[0019]图中:1、单片机开发板，2、步进电机驱动器，3、步进电机，4、异步电机，5、巴特沃斯二阶低通滤波器，6、带偏置的反相比例放大器。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
[0021]如图1所示，本发明装置包括单片机开发板1、步进电机驱动器2、步进电机3、异步电机4、巴特沃斯二阶低通滤波器5和带偏置的反相比例放大器6 ;单片机开发板I与步进电机驱动器2连接，步进电机驱动器2与步进电机3连接，步进电机3放置在异步电机4转子位置，异步电机4与巴特沃斯二阶低通滤波器5连接，巴特沃斯二阶低通滤波器5通过带偏置的反相比例放大器6与单片机开发板I连接。将异步电机4中的转子去除，用步进电机3替换异步电机4中的转子，放置在异步电机4中原转子位置。
[0022]所述的步进电机驱动器2的OPTO引脚与单片机开发板I的PA14引脚连接，CP引脚与单片机开发板I的PA6引脚连接，FREE引脚与DIR引脚均悬空，视为高电平。
[0023]如图4与图2所示，所述的步进电机驱动器2的输出端与步进电机3的输入端连接，异步电机4的定子与步进电机3的永磁片感应,异步电机4的单相输出端与巴特沃斯二阶低通滤波器5的输入端连接，巴特沃斯二阶低通滤波器5的输出端与带偏置的反相比例放大器6输入端连接，带偏置的反相比例放大器6的输出端与单片机开发板I的PC4引脚连接。
[0024]所述的异步电机3为四极三相异步电机。
[0025]如图3所示，所述带偏置的反相比例放大器5为以运放UA741为核心的反相比例放大电路。[0026]所述的步进电机3长轴上装有一个方块，方块的两端各贴2片永磁片，4片永磁片的磁极方向均相同。
[0027]所述的步进电机3采用永磁感应子式步进电机。
[0028]所述的步进电机驱动器2的CP步进脉冲由单片机引脚提供一定频率的TTL方波信号。
[0029]步进电机驱动器2的驱动所需的方波信号由单片机开发板I生成的PWM波提供，频率为1.6kHz，可根据实际步进电机极数修改步进电机转一圈对应所需输出的PWM波个数。
[0030]异步电机4输出有杂波，需要巴特沃斯二阶低通滤波器5进行滤波，且输出有正有负，芯片型号为STM32的单片机开发板只能接收0-3V电压输入，需要带偏置的反相比例放大器6进行信号调整。由步进电机驱动器2控制的步进电机3进行旋转带动永磁片产生磁场，从而使异步电机4产生感应电压。
[0031]所述的巴特沃斯二阶低通滤波器5的电路图如图2所示，巴特沃斯二阶低通滤波器5对电压进行滤波，消除高频电压的影响。由于滤波电容的影响，使巴特沃斯二阶低通滤波器5的输出信号出现了相位差，约为90°，那么需要在单片机开发板中处理信号时要考虑进行弥补。
[0032]带偏置的反相比例放大器6对电压进行放大、偏置处理。
[0033]单片机开发板I可以对电压信号进行分析处理，并可以发出PWM波对步进电机驱动器2进行控制。单片机开发板I将经巴特沃斯二阶低通滤波器5和带偏置的反相比例放大器6接收来自异步电机4输出的电压进行信号分析，并将结果通过步进电机驱动器2在步进电机3上实现输出。
[0034]本发明具体实施工作过程如下:
单片机开发板I可以采用芯片型号为STM32的单片机开发板，永磁片放置在异步电机转子位置，用型号为SH-4012的步进电机驱动器带动永磁片旋转，永磁感应子式步进电机的型号采用42BYGH102。由STM32单片机生成PWM波，通过控制PWM方波的个数(400个)使永磁片旋转一圈。由于永磁片较狭窄，旋转时每次只切割一条线圈边。如果该相绕组没有反接，那么永磁片在相对的两个线圈上边感应出大小相同方向相反的电势，并会互相抵消，使该相输出电压接近O;如果该绕组中有绕组反钳，则在相对的两个线圈上边感应出大小相同方向相同的电势，它们互相叠加，使得该相输出电压出现峰值和谷值。
[0035]将感应出的电压信号经过本装置中的巴特沃斯二阶低通滤波器，滤去信号中的高频信号，再通过本发明装置中的带偏置的反相比例放大器，补偿滤去高频信号后的衰减，同时加上直流偏置电压使电压信号保持为正。
[0036]使用装置中STM32单片机读取滤波后电压信号，进行A/D转换，调节放大点位器与偏置电位器，使STM32单片机能够读出电压信号峰值与谷值。根据峰值谷值结合永磁片的转向进行计算分析。首先使永磁片旋转一周，如果ADC (即为模拟/数字转换器)读入电压信号最大值最小值之差在一个范围外，则异步电机内有绕组反嵌，进一步控制步进电机旋转至反嵌绕组位置；如果最大值最小值之差在一范围内，则异步电机内无绕组反嵌，装置闪烁指示灯进行说明。
[0037]上述【具体实施方式】用来解释说明本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:包括单片机开发板(I)、步进电机驱动器(2)、步进电机(3)、异步电机(4)、巴特沃斯二阶低通滤波器(5)和带偏置的反相比例放大器(6);单片机开发板(I)与步进电机驱动器(2)连接，步进电机驱动器(2)与步进电机(3)连接，步进电机(3)放置在异步电机(4)转子位置，异步电机(4)与巴特沃斯二阶低通滤波器(5)连接，巴特沃斯二阶低通滤波器(5)通过带偏置的反相比例放大器(6)与单片机开发板(I)连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述的步进电机驱动器(2)的OPTO引脚与单片机开发板(I)的PA14引脚连接，CP引脚与单片机开发板(I)的PA6引脚连接，FREE引脚与DIR引脚均悬空。
3.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述的步进电机驱动器(2)的输出端与步进电机(3)的输入端连接，异步电机(4)的定子与步进电机(3)的永磁片感应,异步电机(4)的单相输出端与巴特沃斯二阶低通滤波器(5)的输入端连接，巴特沃斯二阶低通滤波器(5)的输出端与带偏置的反相比例放大器(6)输入端连接，带偏置的反相比例放大器(6)的输出端与单片机开发板(I)的PC4引脚连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述的异步电机(4)为四极三相异步电机。
5.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述带偏置的反相比例放大器(6)为以运放UA741为核心的反相比例放大电路。
6.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述的步进电机(3)长轴上装有一个方块，方块的两端各贴2片永磁片，4片永磁片的磁极方向均相同。
7.根据权利要求1所述的一种基于单片机开发板的异步电机绕组反嵌检验装置，其特征在于:所述的步进电机(3)采用永磁感应子式步进电机。
【文档编号】H02K15/00GK103475165SQ201310400032
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月5日 优先权日:2013年9月5日
【发明者】董炜, 钟昱炜, 潘秋萍, 张伟, 刘仁栋, 曹阳 申请人:浙江大学