智能電機轉(zhuǎn)子全參數(shù)測試儀設(shè)計及分析

摘 要 文章介紹電機轉(zhuǎn)子測試方法，只要接觸電機的三個極點，即可實現(xiàn)對電機轉(zhuǎn)子極內(nèi)斷線、極間焊接不良、繞組與轉(zhuǎn)子骨架之間是否有漏電，極間繞組的電阻值，繞組的耐高壓的檢測，進行全面檢測，使檢測智能化，實現(xiàn)一次接觸全面測量，通過微處理器（Meage48）對以上檢測的原始采集數(shù)據(jù)進行處理運算，便可以實現(xiàn)對各個檢測項目實時快速的判斷，并且把判斷結(jié)果通過與微處理器I/O口并行連接的液晶顯示器（LCD）顯示，達到智能判斷的人機交互界面。

關(guān)鍵詞 電機轉(zhuǎn)子；A/D轉(zhuǎn)換；極點切換；Meage48；智能檢測

中圖分類號：TM31 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）04-0023-02

電機在日常生活中無處不在，使我們的生活變得方便、現(xiàn)代化。直流電機的生產(chǎn)需要很多工序，為了保證質(zhì)量，轉(zhuǎn)子眾多參數(shù)的測量是電機生產(chǎn)環(huán)節(jié)中必須的環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)子全參數(shù)是保證電機特性的主要物理量，直接關(guān)系到電機的合格與否，電機轉(zhuǎn)子斷線、換相極點焊接不良、漏電一系列性能指標的測量，用普通的萬用表，測試麻煩，而且效率很低，對一個轉(zhuǎn)子的測量要測試3次，而且難以判斷換相極點是否焊接良好，采用智能測量大大提高了測試速度，可大幅度提高生產(chǎn)效率。比起傳統(tǒng)用萬用表測量的方法，新方法方便之處是不言自明的，適合工業(yè)電機生產(chǎn)線使用，有著突出的優(yōu)點和廣闊的市場前景。這些參數(shù)涉及到電阻、電流的測量，而對電阻、電壓的測量不是新鮮課題。但是，眾多物理量的測量歸根到底還是由傳感器轉(zhuǎn)換為電信號進行檢測，關(guān)鍵是能否恰當?shù)貞玫缴a(chǎn)實踐中，如果能解決生產(chǎn)的實際問題，則大有研究價值。

1 方案提出、選擇及確定

1.1 制作方案的提出

通過參觀電機廠轉(zhuǎn)子測試車間，發(fā)現(xiàn)對轉(zhuǎn)子的測試用普通的萬用表，測試起來比較麻煩，而且效率很低，電機廠也很頭痛這個測試，因為電機廠每天的生產(chǎn)量多則幾十萬，少則幾萬，每個測試工人每天要測試上萬個轉(zhuǎn)子，如果用傳統(tǒng)的測速方法，根本不可能完成，若要完成也就增加了勞動力成本。對于一些特殊的電機繞組線圈直徑又很小，有的甚至低于0.14 mm，這樣小的線徑，在繞制過程中容易發(fā)生斷線，但斷線又被覆蓋在繞阻線圈中，很難發(fā)現(xiàn)，而且一個轉(zhuǎn)子要經(jīng)過多次測量才能檢驗出是否合格，如果能夠采用一次夾裝，全部測量便可以大大提高測試速度，提升生產(chǎn)效率，因此在電機批量生產(chǎn)的流水線上應用，其不方便之處便是顯而易見的。如果采用本方法，電機轉(zhuǎn)子與加上循環(huán)切換測試標準電壓，利用電機轉(zhuǎn)子的特殊條件，提取轉(zhuǎn)子好壞的電壓信號。對被測電機轉(zhuǎn)子沒有任何附加要求，因而在批量生產(chǎn)的流水線上應用，其優(yōu)點就更加突出，從而解決測試速度慢，多次測量不便判斷的問題。

首先清楚轉(zhuǎn)子本身的構(gòu)造特點，對轉(zhuǎn)子的物理結(jié)構(gòu)進行研究，對每極線圈的繞制方法，每極線圈的匝數(shù)、電阻值進行實際的測量與分析，通過對轉(zhuǎn)子的詳細剖析分解，對轉(zhuǎn)子的電氣特性進行研究，知道轉(zhuǎn)子的工作原理及轉(zhuǎn)子的生產(chǎn)過程，即要明白研究開發(fā)的智能儀器究竟是對那些物理量進行測試，這些物理量有什么特點、跟這些物理量聯(lián)系的科學原理有那些，或者描述這些物理量的參數(shù)有那些，是否可以根據(jù)學過的理論知識及科學原理解決這些問題。其次確定在測試過程中起決定性作用的物理量，通過第一步的研究先確定下來這樣幾個檢測的物理量：電阻（判斷繞組好壞，極間是否焊接不良）電流（判斷轉(zhuǎn)子與骨架之間是否有漏電，繞組的耐壓特性）這一點很重要。再次詳細論證制作的步驟，用什么方法對這些物理量進行檢測。

1.2 制作方案的論證

1.2.1 微處理器控制及人機交互界面部分方案

1）AT89S51單片機+LED顯示。控制部分采用AT89S51單片機，轉(zhuǎn)子信號采集部分采用AD0809，顯示部分采用數(shù)碼管顯示電阻的阻值。但是LED只能顯示數(shù)字，不能顯示文字單，不好實現(xiàn)智能測量并且不好顯示其他的測試信息。AT89S51單片機功能強大，但是片內(nèi)沒有AD轉(zhuǎn)換，這就需要專門的AD轉(zhuǎn)換芯片AD0809，AD0809為8路8bit的AD轉(zhuǎn)換器，8位的AD轉(zhuǎn)換精度有點偏低，若要求高精度的測試，不便于實現(xiàn)。

2）AT89S51單片機+A/D+LCD顯示。本方案只有在LCD的部分與上方案不同，這樣便于設(shè)計功能強大的人機交互界面，可以實現(xiàn)智能控制的特點。

3）自帶A/D轉(zhuǎn)換AVR單片機+LCD顯示。本方案控制部分采用自帶AD的Meage48單片機，這樣便可以省掉上述兩種方案中AD轉(zhuǎn)換部分電路的設(shè)計，顯示部分還是采用LCD顯示。

1.2.2 信號采集及切換電路

1）繼電器切換。信號的切換部分采用繼電器，采用繼電器切換簡單容易實現(xiàn)，但是使用壽命受到繼電器使用壽命的限制，因為頻繁的切換對繼電器的使用壽命來說有很大的影響。

圖1

2）開關(guān)管切換。信號的切換部分采用開關(guān)管，采用開關(guān)管切換簡單容易實現(xiàn)，但是開關(guān)管在導通時有導通內(nèi)阻的影響會使AD采樣的值偏移。

3）采用高阻態(tài)的標準雙向口。由于AVR單片機I/O口為標準的雙向口，即該口有三種狀態(tài)，高阻態(tài)，輸入狀態(tài)，輸出狀態(tài)，這樣便可以采用高阻態(tài)及輸出狀態(tài)的輸出低電平狀態(tài)來完成電路的切換狀態(tài)。

圖2

2 單元電路框圖

2.1 電源電路

由于系統(tǒng)中用到5 V電源，電機轉(zhuǎn)子耐牙部分用到110 V交流電源，所以整個電路模塊由兩大功能模塊組成。

2.2 信號采集切換電路

當直流微電機工作時，電源通過電刷將直流電壓引入電樞換向器。換向器在電機旋轉(zhuǎn)過程中，將外加直流電壓和電流轉(zhuǎn)換成線圈內(nèi)部的交流電勢和電流。這時將在供電電流回路中產(chǎn)生明顯的脈動分量信號。

2.3 整機電路框圖

整機電路框圖如圖3。

圖3

2.4 電路實現(xiàn)

由于轉(zhuǎn)速電路的實時性，采用靜態(tài)顯示電路可以使顯示電路穩(wěn)定測量頻率穩(wěn)定，并且消除閃爍感。由于按鍵數(shù)量較少，采用獨立式按鍵，而不采用矩陣式按鍵。

3 程序設(shè)計

程序流程圖如圖4所示。

4 單片機部分電路圖

單片機部分實現(xiàn)了電機速度脈沖信號的計數(shù)，速度超限報警，以及停轉(zhuǎn)控制等功能。

部分電路圖如圖5。

5 結(jié)束語

本次設(shè)計電機全參數(shù)測試的方法，簡單容易實現(xiàn)。其方便之處是不言自明的，加上存儲電路24c01可以使每次上電時系統(tǒng)進入上次設(shè)定的環(huán)境。

圖4

圖5

參考文獻

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作者簡介

臧斌（1979-），男，甘肅人，教師，本科，研究方向：自動化、機電一體化、電子工程。endprint