智能电机转子全参数测试仪设计及分析

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摘 要 文章介绍电机转子测试方法，只要接触电机的三个极点，即可实现对电机转子极内断线、极间焊接不良、绕组与转子骨架之间是否有漏电，极间绕组的电阻值，绕组的耐高压的检测，进行全面检测，使检测智能化，实现一次接触全面测量，通过微处理器（Meage48）对以上检测的原始采集数据进行处理运算，便可以实现对各个检测项目实时快速的判断，并且把判断结果通过与微处理器I/O口并行连接的液晶显示器（LCD）显示，达到智能判断的人机交互界面。

关键词 电机转子；A/D转换；极点切换；Meage48；智能检测

中图分类号：TM31 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2014）04-0023-02

电机在日常生活中无处不在，使我们的生活变得方便、现代化。直流电机的生产需要很多工序，为了保证质量，转子众多参数的测量是电机生产环节中必须的环节，转子全参数是保证电机特性的主要物理量，直接关系到电机的合格与否，电机转子断线、换相极点焊接不良、漏电一系列性能指标的测量，用普通的万用表，测试麻烦，而且效率很低，对一个转子的测量要测试3次，而且难以判断换相极点是否焊接良好，采用智能测量大大提高了测试速度，可大幅度提高生产效率。比起传统用万用表测量的方法，新方法方便之处是不言自明的，适合工业电机生产线使用，有着突出的优点和广阔的市场前景。这些参数涉及到电阻、电流的测量，而对电阻、电压的测量不是新鲜课题。但是，众多物理量的测量归根到底还是由传感器转换为电信号进行检测，关键是能否恰当地应用到生产实践中，如果能解决生产的实际问题，则大有研究价值。

1 方案提出、选择及确定

1.1 制作方案的提出

通过参观电机厂转子测试车间，发现对转子的测试用普通的万用表，测试起来比较麻烦，而且效率很低，电机厂也很头痛这个测试，因为电机厂每天的生产量多则几十万，少则几万，每个测试工人每天要测试上万个转子，如果用传统的测速方法，根本不可能完成，若要完成也就增加了劳动力成本。对于一些特殊的电机绕组线圈直径又很小，有的甚至低于0.14 mm，这样小的线径，在绕制过程中容易发生断线，但断线又被覆盖在绕阻线圈中，很难发现，而且一个转子要经过多次测量才能检验出是否合格，如果能够采用一次夹装，全部测量便可以大大提高测试速度，提升生产效率，因此在电机批量生产的流水线上应用，其不方便之处便是显而易见的。如果采用本方法，电机转子与加上循环切换测试标准电压，利用电机转子的特殊条件，提取转子好坏的电压信号。对被测电机转子没有任何附加要求，因而在批量生产的流水线上应用，其优点就更加突出，从而解决测试速度慢，多次测量不便判断的问题。

首先清楚转子本身的构造特点，对转子的物理结构进行研究，对每极线圈的绕制方法，每极线圈的匝数、电阻值进行实际的测量与分析，通过对转子的详细剖析分解，对转子的电气特性进行研究，知道转子的工作原理及转子的生产过程，即要明白研究开发的智能仪器究竟是对那些物理量进行测试，这些物理量有什么特点、跟这些物理量联系的科学原理有那些，或者描述这些物理量的参数有那些，是否可以根据学过的理论知识及科学原理解决这些问题。其次确定在测试过程中起决定性作用的物理量，通过第一步的研究先确定下来这样几个检测的物理量：电阻（判断绕组好坏，极间是否焊接不良）电流（判断转子与骨架之间是否有漏电，绕组的耐压特性）这一点很重要。再次详细论证制作的步骤，用什么方法对这些物理量进行检测。

1.2 制作方案的论证

1.2.1 微处理器控制及人机交互界面部分方案

1）AT89S51单片机+LED显示。控制部分采用AT89S51单片机，转子信号采集部分采用AD0809，显示部分采用数码管显示电阻的阻值。但是LED只能显示数字，不能显示文字单，不好实现智能测量并且不好显示其他的测试信息。AT89S51单片机功能强大，但是片内没有AD转换，这就需要专门的AD转换芯片AD0809，AD0809为8路8bit的AD转换器，8位的AD转换精度有点偏低，若要求高精度的测试，不便于实现。

2）AT89S51单片机+A/D+LCD显示。本方案只有在LCD的部分与上方案不同，这样便于设计功能强大的人机交互界面，可以实现智能控制的特点。

3）自带A/D转换AVR单片机+LCD显示。本方案控制部分采用自带AD的Meage48单片机，这样便可以省掉上述两种方案中AD转换部分电路的设计，显示部分还是采用LCD显示。

1.2.2 信号采集及切换电路

1）继电器切换。信号的切换部分采用继电器，采用继电器切换简单容易实现，但是使用寿命受到继电器使用寿命的限制，因为频繁的切换对继电器的使用寿命来说有很大的影响。

图1

2）开关管切换。信号的切换部分采用开关管，采用开关管切换简单容易实现，但是开关管在导通时有导通内阻的影响会使AD采样的值偏移。

3）采用高阻态的标准双向口。由于AVR单片机I/O口为标准的双向口，即该口有三种状态，高阻态，输入状态，输出状态，这样便可以采用高阻态及输出状态的输出低电平状态来完成电路的切换状态。

图2

2 单元电路框图

2.1 电源电路

由于系统中用到5 V电源，电机转子耐牙部分用到110 V交流电源，所以整个电路模块由两大功能模块组成。

2.2 信号采集切换电路

当直流微电机工作时，电源通过电刷将直流电压引入电枢换向器。换向器在电机旋转过程中，将外加直流电压和电流转换成线圈内部的交流电势和电流。这时将在供电电流回路中产生明显的脉动分量信号。

2.3 整机电路框图

整机电路框图如图3。

图3

2.4 电路实现

由于转速电路的实时性，采用静态显示电路可以使显示电路稳定测量频率稳定，并且消除闪烁感。由于按键数量较少，采用独立式按键，而不采用矩阵式按键。

3 程序设计

程序流程图如图4所示。

4 单片机部分电路图

单片机部分实现了电机速度脉冲信号的计数，速度超限报警，以及停转控制等功能。

部分电路图如图5。

5 结束语

本次设计电机全参数测试的方法，简单容易实现。其方便之处是不言自明的，加上存储电路24c01可以使每次上电时系统进入上次设定的环境。

图4

图5

参考文献

[1]肖晓萍.电子测量仪器[M].电子工业出版社.

[2]朱月秀.单片机原理与应用[M].北京航天航空大学出版社.

[3]陈明荧.8051单片机课程设计实训教程[M].清华大学出版社.

[4]陈其纯.电子线路[M].高等教育出版社.

[5]吴金茂，等.8051单片机实践与应用[M].清华大学出版社.

作者简介

臧斌（1979-），男，甘肃人，教师，本科，研究方向：自动化、机电一体化、电子工程。