一種基于DSP的三相異步電動(dòng)機(jī)故障監(jiān)測(cè)的探索

　　三相異步電動(dòng)機(jī)（Triple-phase asynchronous motor）是靠同時(shí)接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類(lèi)電動(dòng)機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率，所以叫三相異步電機(jī)。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維修方便 工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有廣泛的應(yīng)用。但電動(dòng)機(jī)在長(zhǎng)期的運(yùn)行中不可避免會(huì)發(fā)生故障，需要盡早發(fā)現(xiàn)，及時(shí)解決，否則必將造成損失。為了能在其形成的初期盡早發(fā)現(xiàn)故障，需要有可靠的監(jiān)測(cè)與診斷方法。監(jiān)測(cè)的途徑很多，如定子電流信號(hào)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)信號(hào)監(jiān)測(cè)、軸電壓監(jiān)測(cè)、軸向漏磁監(jiān)測(cè)等。定子電流監(jiān)測(cè)方法因可以做成非侵入式而得到最為廣泛的應(yīng)用。本文通過(guò)監(jiān)測(cè)定子電流及電壓，得出其視在阻抗，分析視在阻抗的頻譜，利用DSP完成故障的在線監(jiān)。

　 一.電動(dòng)機(jī)在發(fā)生故障時(shí)定子電流頻率變化

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　 二.視在阻抗及故障在其中的表現(xiàn)

ntent align=left>   3.1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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ntent align=left>　　本系統(tǒng)以DSP為核心, 通過(guò)高速采樣模塊, 對(duì)三相交流電流及電壓采樣、A/D 轉(zhuǎn)換,DSP進(jìn)行計(jì)算、處理、頻譜分析，單片機(jī)用于處理顯示、鍵盤(pán)輸入及其它擴(kuò)展。其框圖如圖1 所示。

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圖1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖

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ntent align=left>　　（1）TMS320LF2407A的特點(diǎn)

ntent align=left>　　TMS320LF2407A芯片作為DSP控制器24x系列的新成員，是目前TMSC2000家族中集成度高，性能最強(qiáng)的芯片，它與現(xiàn)存的2 4 x DSP控制器芯片代碼兼容，但是資源更加豐富、功能更強(qiáng)，片內(nèi)有32KB的Flash程序存儲(chǔ)器，高達(dá)1.5KB的數(shù)據(jù)/程序RAM，544B雙口RAM（DRAM）和2KB的單口RAM（SARAM），串行通信接口（SCI）模塊，16位SPI（串行外部設(shè)備接口）模塊，WD（看門(mén)狗）定時(shí)器模塊，具有2 個(gè)事件管理器模塊EVA和EVB。

ntent align=left>　?。?）高速并行A/D采樣MAX155芯片

ntent align=left>　　MAX155芯片是一種高速多通道模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它具有并行采樣/保持（ T/H ） 功能，從而可消除輸入通道采樣的時(shí)間差。MAX155有8 路模擬輸入通道，每一路通道都有它的采樣/保持模塊（T/H），各路采樣保持模塊同步采樣。每路通道A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為3.6μs,結(jié)果保存在內(nèi)部的8×8RAM寄存器中。

ntent align=left>　　向WR引腳輸出一個(gè)負(fù)脈沖可啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，通過(guò)向RD引腳發(fā)送負(fù)脈沖可以讀取保存在RAM里的轉(zhuǎn)換結(jié)果，數(shù)據(jù)的輸入和輸出可通過(guò)MAX155的雙向數(shù)據(jù)口來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)硬件連接的方式使芯片僅工作在輸出方式。

ntent align=left>　?。?）鍵盤(pán)/ 顯示

ntent align=left>　　鍵盤(pán)/顯示電路以AT89S51為核心， 鍵盤(pán)我們選用通用鍵盤(pán)，LCD我們選擇了帶有接口芯片T6963C的點(diǎn)陣式液晶顯示器，它可以直接與AT89S51連接，可以圖形方式、文本方式及圖形和文本合成方式顯示，具有內(nèi)部字符發(fā)生器，可管理6 4 K 顯示緩沖區(qū)及字符發(fā)生器，允許單片機(jī)隨時(shí)訪問(wèn)顯示緩沖區(qū)。

ntent align=left>　 3.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

ntent align=left>　　軟件系統(tǒng)可以采用C 語(yǔ)言編程， 控制軟件主要由控制、信號(hào)處理、顯示程序等組成。其軟件流程圖如圖2 所示。

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ntent align=center>圖2 軟件流程圖

ntent align=left>   三相異步電動(dòng)機(jī)

ntent align=left>　　當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組（各相差120度電角度），通入三相交流電后，將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組，從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流（轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路），載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力，從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩，驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。

ntent align=left>　　1異步電動(dòng)機(jī)的電磁轉(zhuǎn)矩是由定子主磁通和轉(zhuǎn)子電流相互作用產(chǎn)生的。

ntent align=left>　　2但異步電動(dòng)機(jī)的定子主磁通卻并不是靜止的，而是以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)著的。

ntent align=left>　　3產(chǎn)生轉(zhuǎn)子電流的必要條件是轉(zhuǎn)子繞組切割定子磁場(chǎng)的磁力線。因此，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速必須低于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速（即為“異步”）。

ntent align=left>   DSP

    數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀(jì)60年代以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。數(shù)字信號(hào)處理是一種通過(guò)使用數(shù)學(xué)技巧執(zhí)行轉(zhuǎn)換或提取信息，來(lái)處理現(xiàn)實(shí)信號(hào)的方法，這些信號(hào)由數(shù)字序列表示。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。德州儀器、Freescale等半導(dǎo)體廠商在這一領(lǐng)域擁有很強(qiáng)的實(shí)力。

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ntent align=left>　 結(jié)束語(yǔ)

ntent align=left>　　三相異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用之多，討論其故障在線監(jiān)測(cè)的方法也很多。本文根據(jù)監(jiān)測(cè)定子電流及電壓，從分析視在阻抗頻譜，利用DSP快速傅氏變換，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的故障，為我們今后的維修提供了很大的方便，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

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