基于stm32的异步电机反嵌绕组检测方法

文章通过程序控制stm32芯片产生PWM方波使电机带动永磁体旋转，其定子绕组上感应出的电压信号通过装置中包括的巴特沃斯二阶低通滤波器，并且再通过带偏置的反相比例放大器。将滤波后的信号输入装置中，通过对所采集信号的采集、判读，检测是否存在反嵌绕组。通过实验研究后表明，该研究成果在电机不通电的情况下以最简单的方法完成对定子是否存在反嵌绕组的检测。

1.引言

电机是在工业生产过程中普遍使用的装置，电机的故障往往会带来严重的后果与损失。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。

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。检测方法主要是在电机出现故障后，将电机定子取出，接入直流电源后，使用磁针来判断是否存在绕组反嵌。

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。

本研究利用永磁体在转子位置以适当的转速旋转一周以上，就会在定子绕组上感应出相应电压信号的原理，采用芯片及电路结合的检测装置替代原有的人工检测方法。通过实验研究证明了所提出综合检测方法的准确性和可行性。

2.反嵌绕组检测装置设计

当永磁体在异步电机转子位置旋转一周以上时，就会在定子绕组上感应出相应的电压信号。若永磁体足够窄，可以认为其旋转时每次只切割一条线圈边，当被测相绕组没有反接时，被永磁体切割的相对的两个线圈边上会感应出大小相同方向相反的电势，它们相互抵消，使得该相输出电压接近0,;当该相绕组中有绕组反嵌时，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，电势相互叠加，使得该相输出电压有峰值和谷值。从理论分析很容易可以发现，若有绕组反嵌，峰谷值出现具有规律性，在实际波形检测中也应征了这点，由此，可进一步实现对反嵌绕组位置的指明。

由于永磁体在异步电机中旋转时气隙的不均匀，其输出的感应电压会有较强的波动，即尖脉冲，这会严重影响到单片机电压读入的精确性，所以必须要进行滤波，需要的是低通滤波器，为了提高性能，采用巴特沃斯二阶低通滤波器将高次脉冲滤除。

但与此同时使得输出的感应电压的幅值衰减，为了得到利于鉴别的电压幅值，要求对电压进行放大。由于单片机的输入电压只能为正值，则要求要对电压信号进行偏置。两者综合，对电压信号再进行偏置放大处理，采用带偏置的反相比例放大器。