文章通過程序控制stm32芯片產生PWM方波使電機帶動永磁體旋轉，其定子繞組上感應出的電壓信號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。將濾波后的信號輸入裝置中，通過對所采集信號的采集、判讀，檢測是否存在反嵌繞組。通過實驗研究后表明，該研究成果在電機不通電的情況下以最簡單的方法完成對定子是否存在反嵌繞組的檢測。

1.引言

電機是在工業生產過程中普遍使用的裝置，電機的故障往往會帶來嚴重的后果與損失。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。異步電機在生產過程中，由于生產工人的失誤，有可能發生定子繞組反嵌的現象，發生電動機啟動困難，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，電動機發生異常響聲并劇烈振。如果不及時斷電停機，電動轉速下降，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。

現有的檢測方法在實際應用中，往往在生產應用中需要拆除電機，或者等到電機產生故障時才能夠發現繞組錯誤。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。在實際應用及生產中，檢測的有效性及時效性差，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。通過實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，就會在定子繞組上感應出相應的電壓信號。若永磁體足夠窄，可以認為其旋轉時每次只切割一條線圈邊，當被測相繞組沒有反接時，被永磁體切割的相對的兩個線圈邊上會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，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，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現，若有繞組反嵌，峰谷值出現具有規律性，在實際波形檢測中也應征了這點，由此，可進一步實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氣隙的不均勻，其輸出的感應電壓會有較強的波動，即尖脈沖，這會嚴重影響到單片機電壓讀入的精確性，所以必須要進行濾波，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行偏置。兩者綜合，對電壓信號再進行偏置放大處理，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格低廉的優點，先根據異步電機型號設置參數后由DAC端口輸出通過步進電機驅動器驅動異步電機轉一圈的信號，同時ADC循環輸入采集檢測，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，通過步進電機驅動器操控異步電機，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，則異步電機在原來已轉一圈的基礎上再轉一圈，同時stm32上跑馬燈指示。

3.實例驗證

用裝置中stm32單片機讀取讀取濾波后電壓信號前，調節放大點位器與偏置電位器，使單片機能夠讀出電壓信號峰值與谷值，進行AD轉換。根據峰值谷值結合永磁體的轉向進行計算分析。首先使永磁體旋轉一周，如果ADC讀入電壓信號峰谷值之差在一個范圍外，則電機內有繞組反嵌，進一步控制步進電機旋轉至反嵌繞組位置；如果峰谷值之差在一范圍內，則電機內無繞組反嵌，裝置閃爍指示燈進行說明。

本項目在實際測量中電機極數為4極，每相線圈數為4,采用異步電機額定功率200-500W,單片機控制的PWM波頻率為1.6kHz,而異步電機旋轉一圈需要400個脈沖，則感應電壓的頻率為4Hz.

實測可見，存在反嵌繞組時最大值最小值有僅2000的差值，而沒有反嵌繞組時僅有5的差值，由此可將其區分，進一步找出反嵌繞組所在位置。

4.結論

本研究裝置以STM32為開發平臺，將現代信號處理技術應用于電機檢測中，使用芯片及電路結合的檢測裝置替代原有的人工檢測方法，提供一種基于stm32的異步電機繞組反嵌檢測裝置。該研究裝置是利用永磁體在轉子位置以適當的轉速旋轉一周及以上會在定子繞組上感應出相應的電壓信號這一原理，在保持原電機定轉子完整性的前提下，實現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果，并能將反嵌繞組迅速指出。其響應速度快，檢測準確，能夠直觀的反應電機的故障，為電機的控制檢測帶來很大的便利。

審核編輯：彭菁