一种基于DSP的三相异步电动机故障监测的探索

　　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最为广泛的应用。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

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　 二.视在阻抗及故障在其中的表现

ntent align=left>   3.1 硬件系统设计

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ntent align=left>　　本系统以DSP为核心, 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。

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图1 硬件系统设计框图

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ntent align=left>　　（1）TMS320LF2407A的特点

ntent align=left>　　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，性能最强的芯片，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。

ntent align=left>　　（2）高速并行A/D采样MAX155芯片

ntent align=left>　　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。

ntent align=left>　　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。

ntent align=left>　　（3）键盘/ 显示

ntent align=left>　　键盘/显示电路以AT89S51为核心， 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。

ntent align=left>　 3.2 软件系统设计

ntent align=left>　　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。

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ntent align=center>图2 软件流程图

ntent align=left>   三相异步电动机

ntent align=left>　　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。

ntent align=left>　　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。

ntent align=left>　　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。

ntent align=left>　　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”）。

ntent align=left>   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。

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ntent align=left>　 结束语

ntent align=left>　　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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