一种基于DSP的三相异步电动机故障监测的探索
出处:中国传动网 发布于:2011-06-09 18:33:38
三相异步电动机(Triple-phase asynchronous motor)是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机,由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转,存在转差率,所以叫三相异步电机。其结构简单、成本低廉、可靠性高、使用寿命长、维修方便 工农业生产中有广泛的应用。但电动机在长期的运行中不可避免会发生故障,需要尽早发现,及时解决,否则必将造成损失。为了能在其形成的初期尽早发现故障,需要有可靠的监测与诊断方法。监测的途径很多,如定子电流信号监测、振动信号监测、轴电压监测、轴向漏磁监测等。定子电流监测方法因可以做成非侵入式而得到为广泛的应用。本文通过监测定子电流及电压,得出其视在阻抗,分析视在阻抗的频谱,利用DSP完成故障的在线监。
一.电动机在发生故障时定子电流频率变化
二.视在阻抗及故障在其中的表现
3.1 硬件系统设计
本系统以DSP为, 通过高速采样模块, 对三相交流电流及电压采样、A/D 转换,DSP进行计算、处理、频谱分析,单片机用于处理显示、键盘输入及其它扩展。其框图如图1 所示。
图1 硬件系统设计框图
(1)TMS320LF2407A的特点
TMS320LF2407A芯片作为DSP控制器24x系列的新成员,是目前TMSC2000家族中集成度高,性能强的芯片,它与现存的2 4 x DSP控制器芯片代码兼容,但是资源更加丰富、功能更强,片内有32KB的Flash程序存储器,高达1.5KB的数据/程序RAM,544B双口RAM(DRAM)和2KB的单口RAM(SARAM),串行通信接口(SCI)模块,16位SPI(串行外部设备接口)模块,WD(看门狗)定时器模块,具有2 个事件管理器模块EVA和EVB。
(2)高速并行A/D采样MAX155芯片
MAX155芯片是一种高速多通道模数转换器,它具有并行采样/保持( T/H ) 功能,从而可消除输入通道采样的时间差。MAX155有8 路模拟输入通道,每一路通道都有它的采样/保持模块(T/H),各路采样保持模块同步采样。每路通道A/D转换时间为3.6μs,结果保存在内部的8×8RAM寄存器中。
向WR引脚输出一个负脉冲可启动转换,通过向RD引脚发送负脉冲可以读取保存在RAM里的转换结果,数据的输入和输出可通过MAX155的双向数据口来实现,也可以通过硬件连接的方式使芯片仅工作在输出方式。
(3)键盘/ 显示
键盘/显示电路以AT89S51为, 键盘我们选用通用键盘,LCD我们选择了带有接口芯片T6963C的点阵式液晶显示器,它可以直接与AT89S51连接,可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式显示,具有内部字符发生器,可管理6 4 K 显示缓冲区及字符发生器,允许单片机随时访问显示缓冲区。
3.2 软件系统设计
软件系统可以采用C 语言编程, 控制软件主要由控制、信号处理、显示程序等组成。其软件流程图如图2 所示。
图2 软件流程图
三相异步电动机
当电动机的三相定子绕组(各相差120度电角度),通入三相交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。
1异步电动机的电磁转矩是由定子主磁通和转子电流相互作用产生的。
2但异步电动机的定子主磁通却并不是静止的,而是以一定的转速旋转着的。
3产生转子电流的必要条件是转子绕组切割定子磁场的磁力线。因此,转子转速必须低于定子磁场的转速(即为“异步”)。
DSP
数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息,来处理现实信号的方法,这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
结束语
三相异步电动机应用之多,讨论其故障在线监测的方法也很多。本文根据监测定子电流及电压,从分析视在阻抗频谱,利用DSP快速傅氏变换,实时发现电动机的故障,为我们今后的维修提供了很大的方便,具有很强的实际应用价值。
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