智能電機轉子全參數測試儀設計及分析

摘 要 文章介紹電機轉子測試方法，只要接觸電機的三個極點，即可實現對電機轉子極內斷線、極間焊接不良、繞組與轉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據進行處理運算，便可以實現對各個檢測項目實時快速的判斷，并且把判斷結果通過與微處理器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。

關鍵詞 電機轉子；A/D轉換；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、現代化。直流電機的生產需要很多工序，為了保證質量，轉子眾多參數的測量是電機生產環節中必須的環節，轉子全參數是保證電機特性的主要物理量，直接關系到電機的合格與否，電機轉子斷線、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，可大幅度提高生產效率。比起傳統用萬用表測量的方法，新方法方便之處是不言自明的，適合工業電機生產線使用，有著突出的優點和廣闊的市場前景。這些參數涉及到電阻、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換為電信號進行檢測，關鍵是能否恰當地應用到生產實踐中，如果能解決生產的實際問題，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

通過參觀電機廠轉子測試車間，發現對轉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子，如果用傳統的測速方法，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生斷線，但斷線又被覆蓋在繞阻線圈中，很難發現，而且一個轉子要經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，提升生產效率，因此在電機批量生產的流水線上應用，其不方便之處便是顯而易見的。如果采用本方法，電機轉子與加上循環切換測試標準電壓，利用電機轉子的特殊條件，提取轉子好壞的電壓信號。對被測電機轉子沒有任何附加要求，因而在批量生產的流水線上應用，其優點就更加突出，從而解決測試速度慢，多次測量不便判斷的問題。

首先清楚轉子本身的構造特點，對轉子的物理結構進行研究，對每極線圈的繞制方法，每極線圈的匝數、電阻值進行實際的測量與分析，通過對轉子的詳細剖析分解，對轉子的電氣特性進行研究，知道轉子的工作原理及轉子的生產過程，即要明白研究開發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、跟這些物理量聯系的科學原理有那些，或者描述這些物理量的參數有那些，是否可以根據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，轉子信號采集部分采用AD0809，顯示部分采用數碼管顯示電阻的阻值。但是LED只能顯示數字，不能顯示文字單，不好實現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，但是片內沒有AD轉換，這就需要專門的AD轉換芯片AD0809，AD0809為8路8bit的AD轉換器，8位的AD轉換精度有點偏低，若要求高精度的測試，不便于實現。

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，這樣便于設計功能強大的人機交互界面，可以實現智能控制的特點。

3）自帶A/D轉換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轉換部分電路的設計，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，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）開關管切換。信號的切換部分采用開關管，采用開關管切換簡單容易實現，但是開關管在導通時有導通內阻的影響會使AD采樣的值偏移。

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

圖2

2 單元電路框圖

2.1 電源電路

由于系統中用到5 V電源，電機轉子耐牙部分用到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。換向器在電機旋轉過程中，將外加直流電壓和電流轉換成線圈內部的交流電勢和電流。這時將在供電電流回路中產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

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

3 程序設計

程序流程圖如圖4所示。

4 單片機部分電路圖

單片機部分實現了電機速度脈沖信號的計數，速度超限報警，以及停轉控制等功能。

部分電路圖如圖5。

5 結束語

本次設計電機全參數測試的方法，簡單容易實現。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進入上次設定的環境。

圖4

圖5

參考文獻

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[3]陳明熒.8051單片機課程設計實訓教程[M].清華大學出版社.

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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