CN107015148A - 一种基于重复脉冲法的电机匝间短路测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航空电机匝间短路测试仪，属于测试技术领域，该测试仪包括STM32F407控制芯片、温度采集模块、双路触发信号产生模块、浮地隔离触发电路、场效应管高压脉冲输出电路、高压电源模块、零位调节电路、信号调节电路、电机线圈等电路。本发明基于重复脉冲法和直流电阻法对航空电机线圈匝间短路故障进行测试，通过继电器选择两种测试电路，可分别进行闭环短路线圈对电机线圈影响的测量和电机匝间故障检测，该测试仪准确性高，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

Description

一种基于重复脉冲法的电机匝间短路测试仪

技术领域

本发明属于测试技术领域，具体涉及一种航空电机匝间短路测试仪。

背景技术

电机线圈匝间短路是电机的一种常见电气故障。轻微的匝间短路故障机组仍可继续运行，一旦故障恶化，会导致发生更严重事故发生，也会造成巨大经济损失。如果对发生初期的匝间短路故障能够及时作出预报，不仅可以避免恶性事故带来的经济损失，还有利于检修人员安排检修，提高故障处理效率。因此，电机线圈绕组匝间短路故障的早期检测预报十分必要。为了及时发现绕组的匝间短路故障，目前主要的诊断方法有直流电阻法、匝间压降法、交流阻抗法、气隙波形法、重复脉冲法等。其中，重复脉冲法的试验操作简单且能够用于发现早期的匝间短路故障，灵敏度高，能够对尽早发现并排除电机线圈绕组的匝间短路故障起到了一定的作用，具有很高的实际操作价值。因此需要一种结构简单、设计合理的基于重复脉冲法的电机匝间短路测试仪。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种航空电机匝间短路测试仪，其结构简单、设计合理，基于重复脉冲法对电机线圈匝间短路故障进行测试，通过信号调节电路采集到电机线圈的自激振荡信号，再与正常情况下电机线圈的自激振荡信号进行比对，判断电机线圈是否发生匝间短路故障，准确性高，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：包括STM32F407控制芯片、温度采集模块、双路触发信号产生模块、浮地隔离触发电路、场效应管高压脉冲输出电路、高压电源模块、零位调节电路、信号调节电路、电机线圈（9）、通信模块、上位机、电源转换模块、电源模块、继电器、电机闭环短路线圈测量电路、电机线圈匝间故障测量电路、谐振电容、自动量程切换电路和高精度A/D采集模块，其中：

STM32F407控制芯片的输入端分别连接温度采集模块、零位调节电路、高精度A/D采集模块和电源转换模块，STM32F407控制芯片的输出端连接双路触发信号产生模块；

零位调节电路与电机线圈之间设置有信号调节电路、继电器、电机闭环短路线圈测量电路和电机线圈匝间故障测量电路，所述电机线圈通过继电器选择接通电机闭环短路线圈测量电路或电机线圈匝间故障测量电路，电机闭环短路线圈测量电路与电机线圈匝间故障测量电路分别通过信号调节电路连接零位调节电路；

高精度A/D采集模块与电机线圈之间设置有自动量程切换电路, 电机线圈通过自动量程切换电路连接高精度A/D采集模块；

电源模块通过电源转换模块给STM32F407控制芯片提供电能，电源模块通过高压电源模块给场效应管高压脉冲输出电路提供电能；

双路触发信号产生模块与电机线圈之间设置有浮地隔离触发电路、场效应管高压脉冲输出电路和谐振电容，所述双路触发信号产生模块依次通过浮地隔离触发电路、场效应管高压脉冲输出电路和谐振电容连接电机线圈；

上位机通过通信模块连接STM32F407控制芯片。

进一步的，所述双路信号触发产生模块包括AOD409型场效应管，所述AOD409型场效应管的栅极连接STM32F407控制芯片，AOD409型场效应管的栅极的源极连接+12V电压，AOD409型场效应管的漏极连接浮地隔离触发电路。

进一步的，所述浮地隔离触发电路包括第一变压器和第二变压器：第一变压器原边线圈的一端通过电阻连接AOD409型场效应管的漏极，第一变压器原边线圈的另一端接地；第二变压器原边线圈的一端通过电阻连接AOD409型场效应管的漏极，第二变压器原边线圈的另一端接地。

进一步的，所述场效应管高压脉冲输出电路包括第一MOS管和第二MOS管：所述第一MOS管的漏极和第二MOS管的漏极分别连接+300V电压，第一MOS管的栅极连接第一变压器副边线圈的一端，第一MOS管的源极分两路，其中，第一MOS管源极的第一路连接第一变压器副边线圈的另一端，第一MOS管源极的第二路连接谐振电容；

所述第MOS管的栅极连接第二变压器副边线圈的一端， 第二MOS管的源极分两路，其中，第二MOS管源极的第一路连接第二变压器副边线圈的另一端，第二MOS管源极的第二路连接谐振电容。

进一步的，所述信号调节电路包括第一电阻串和第二电阻串，所述第一电阻串由第十七电阻、第二十六电阻、第二十二电阻和第四十电阻依次串联构成，所述第二电阻串由第十六电阻、第二十七电阻、第二十三电阻和第四十一电阻依次串联构成；

第一电阻串的一端连接电机线圈的a相绕组，第一电阻串的另一端连接STM32F407控制芯片，第二十六电阻与第二十二电阻串联后的两端并联有第十五电容；

第二电阻串的一端连接电机线圈的b相绕组，第二电阻串的另一端连接STM32F407控制芯片，第二十三电阻和第四十一电阻串联后的两端并联有第二十二电容。

进一步的，所述第二十二电阻与第四十电阻之间以及第二十三电阻与第四十一电阻之间分别设置有零位调节电路连接点，所述零位调节电路连接点连接零位调节电路的输入端，零位调节电路的输出端连接STM32F407控制芯片。

进一步的，所述的温度采集模块采用的温度传感器型号为18B20型温度传感器。

进一步的，所述通信模块包括NRF2401电路。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明的结构简单、设计合理，实现及使用操作方便。

2、本发明基于重复脉冲法对航空电机线圈匝间短路故障进行测试，操作简单，直接准确，灵敏度高，能够用于发现早期的航空电机线圈匝间短路故障，具有很高的实际操作价值。

3、本发明通过场效应管高压脉冲输出电路对电机线圈加载高压大电流脉冲信号，通过继电器选择两种不同的测试电路，用户可根据实际情况选用相应的测试电路，经过信号调节电路采集到电机线圈的自激振荡信号，并将采集的电机线圈的自激振荡信号显示在上位机上，通过人为比对采集的电机线圈的自激振荡信号和正常情况下电机线圈的自激振荡信号，进行电机线圈匝间短路故障的判断，准确性高。

综上所述，本发明结构简单、设计合理，基于重复脉冲法对航空电机线圈匝间短路故障进行测试，通过波形衰减电路采集到电机线圈的自激振荡信号，再与正常情况下航空电机线圈的自激振荡信号进行比对，判断电机线圈是否发生匝间短路故障，准确性高，使用操作方便，实用性强，使用效果好，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明双路信号触发产生模块、浮地隔离触发电路、场效应管高压脉冲输出电路、谐振电容、两种测试电路的电路连接关系图；

图3为本发明信号调节电路的电路原理图；

图4为本发明零位调节电路的电路连接关系图；

图5为本发明温度采集模块的电路连接关系图；

图6为本发明直流电阻法模块的电路连接关系图。

附图标记说明: 1—STM32F407控制芯片；2—温度采集模块；3—双路信号触发产生模块；4—浮地隔离触发电路；5—场效应管高压脉冲输出电路；6—高压电源模块；7—零位调节电路；8—信号调节电路；9—电机线圈；10—通信模块；11—上位机；12—电源转换模块；13—电源模块；14—继电器；15—电机闭环短路线圈测量电路；16—电机线圈匝间故障测量电路；17—谐振电容；18—自动量程切换电路；19—高精度A/D采集模块。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1所示，本发明包括STM32F407控制芯片1、电源模块13和上位机11，STM32F407控制芯片1的输入端接有温度采集模块2、高精度A/D采集模块19和用于给信号调节电路8提供的零位调节电路7，高精度A/D采集模块19与电机线圈9之间接有自动量程切换电路18，电机线圈9与零位调节电路7之间接有用于将电机线圈9的自激振荡信号调节到STM32F407控制芯片1处理范围内的信号调节电路8，电机线圈9与信号调节电路8之间接有继电器14选择两种测试电路的电机闭环短路线圈测量电路15和电机线圈匝间故障测量电路16，STM32F407控制芯片1的输出端接有双路信号触发产生模块3，双路信号触发产生模块3与电机线圈9之间依次接有浮地隔离触发电路4，场效应管高压脉冲输出电路5和谐振电容17，电源模块13通过电源转换模块12给STM32F407控制芯片1提供电能，电源模块13通过高压电源模块6给场效应管高压脉冲输出电路5提供电能，STM32F407控制芯片1,与上位机11通过通信模块10通信。

如图2所示，本实施例中，双路信号触发产生模块包括场效应管AOD409的栅极与STM32F407控制芯片相接。

如图2所示，本实施例中，浮地隔离触发电路包括第一变压器T1和第二变压器T2，第一变压器T1原边线圈的一端经电阻R3与第一个场效应管AOD409的漏极相接，第一变压器T1原边线圈的另一端接地，第二变压器T2的原边线圈的一端经电阻R1与另一个场效应管AOD409的漏极相接，第二变压器T2的原边线圈的另一端接地。

如图2所示，本实施例中，场效应管高压脉冲输出电路包括第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、的漏极均与+300V电压端相接，第一MOS管Q1的栅极与第一变压器T1副边线圈的一端相接， 第一MOS管Q1的源极分两路，一路与第一变压器T1副边线圈的另一端相接，第二路与谐振电容相接；第二MOS管Q2的栅极与第二变压器T2副边线圈的一端相接， 第二MOS管Q2的源极分两路，一路与第二变压器T2副边线圈的另一端相接，第二路与谐振电容相接。

如图3所示，本实施例中，信号调节电路由第十七电阻R17、第二十六电阻R26、第二十二电阻R22和第四十电阻R40依次串联形成的第一电阻串以及由第十六电阻R16、第二十七电阻R27、第二十三电阻R23和第四十一电阻R41依次串联形成的第二电阻串，第一电阻串的一端与电机线圈的a相绕组相接，第二十六电阻R26与第二十二电阻R22的连接端与第十五电容C15的一端相接，第十五电容C15的另一端分两路，一路与第一电阻串的另一端相接，第二路与STM32F407控制芯片的PA1引脚相接，第二十二电阻R22和第四十电阻R40的连接端与零位调节电路相接；第二电阻串的一端与电机线圈的b相绕组相接，第二十七电阻R27与第二十三电阻R23的连接端与第二十二电容C22的一端相接，第二十二电容C22的另一端分两路，一路与第二电阻串的另一端相接，第二路与STM32F407控制芯片的PA2引脚相接，第二十三电阻R23和第四十一电阻R41的连接端与零位调节电路相接。

具体实施时，电源模块13通过电源转换模块12将12V直流电转化为3.3V直流电后，给STM32F407控制芯片1供电，电源模块13给高压电源模块6提供300V直流电后，给效应管高压脉冲输出电路5供电。上位机11通过通信模块10向STM32F407控制芯片1发送脉冲触发指令，STM32F407控制芯片1收到脉冲触发指令以后，向双路信号触发产生模块3输出两路方波信号，两路方波信号经两个场效应管AOD409输出两路12V的脉冲方波信号，两路脉冲方波信号分别经过第一变压器T1和第二变压器T2，第一变压器T1和第二变压器T2起到电气隔离的作用，通过第一变压器T1的副边线圈电压控制第一MOS管Q1的导通，第二变压器T2的副边线圈电压控制第二MOS管Q2的导通，从而将第一MOS管Q1和第二MOS管Q2漏极的+300V高压脉冲信号加载到电机线圈9上，由于电机线圈的固有频率很高，无法获得展开的有效的电机线圈自激振荡波形，因此加入谐振电容C19和谐振电容C20，起到调节谐振频率的作用，从而将电机线圈自激振荡波形有效展开。由于电机线圈9的自激振荡效应，需要通过信号调节电路8将电机线圈9的高压波形衰减到-3.3V—+3.3V范围内，衰减过后的波形经过STM32F407控制芯片1的模数转换以后，通过通信模块10将波形数据显示在上位机11上，用户可以通过观察电机线圈9的波形的变化，来判断电机线圈9是否出现短路、断路等故障。

由于温度对电机线圈9的波形测量有影响，因此本实施例中，通过温度采集模块2采集温度数据，如图5所示，本实施例中，温度采集模块2采用温度传感器型号为18B20，用此可进行温度的采集。STM32F407控制芯片1通过通信模块10将温度数据同时显示在上位机11上，供用户进行数据分析的时候参考用。

以上，仅是本发明的实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (8)

1.一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：包括STM32F407控制芯片（1）、温度采集模块（2）、双路触发信号产生模块（3）、浮地隔离触发电路（4）、场效应管高压脉冲输出电路（5）、高压电源模块（6）、零位调节电路（7）、信号调节电路（8）、电机线圈（9）、通信模块（10）、上位机（11）、电源转换模块（12）、电源模块（13）、继电器（14）、电机闭环短路线圈测量电路（15）、电机线圈匝间故障测量电路（16）、谐振电容（17）、自动量程切换电路（18）和高精度A/D采集模块（19），其中：

STM32F407控制芯片（1）的输入端分别连接温度采集模块（2）、零位调节电路（7）、高精度A/D采集模块（19）和电源转换模块（12），STM32F407控制芯片（1）的输出端连接双路触发信号产生模块（3）；

零位调节电路（7）与电机线圈（9）之间设置有信号调节电路（8）、继电器（14）、电机闭环短路线圈测量电路（15）和电机线圈匝间故障测量电路（16），所述电机线圈（9）通过继电器（14）选择接通电机闭环短路线圈测量电路（15）或电机线圈匝间故障测量电路（16），电机闭环短路线圈测量电路（15）与电机线圈匝间故障测量电路（16）分别通过信号调节电路（8）连接零位调节电路（7）；

高精度A/D采集模块（19）与电机线圈（9）之间设置有自动量程切换电路（18）, 电机线圈（9）通过自动量程切换电路（18）连接高精度A/D采集模块（19）；

电源模块（13）通过电源转换模块（12）给STM32F407控制芯片（1）提供电能，电源模块（13）通过高压电源模块（6）给场效应管高压脉冲输出电路（5）提供电能；

双路触发信号产生模块（3）与电机线圈（9）之间设置有浮地隔离触发电路（4）、场效应管高压脉冲输出电路（5）和谐振电容（17），所述双路触发信号产生模块（3）依次通过浮地隔离触发电路（4）、场效应管高压脉冲输出电路（5）和谐振电容（17）连接电机线圈（9）；

上位机（11）通过通信模块（10）连接STM32F407控制芯片（1）。

2.根据权利要求1所述的航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述双路信号触发产生模块（3）包括AOD409型场效应管，所述AOD409型场效应管的栅极连接STM32F407控制芯片（1），AOD409型场效应管的栅极的源极连接+12V电压，AOD409型场效应管的漏极连接浮地隔离触发电路（4）。

3.根据权利要求2所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述浮地隔离触发电路（4）包括第一变压器（T1）和第二变压器（T2）：

第一变压器（T1）原边线圈的一端通过电阻连接AOD409型场效应管的漏极，第一变压器（T1）原边线圈的另一端接地；

第二变压器（T2）原边线圈的一端通过电阻连接AOD409型场效应管的漏极，第二变压器（T2）原边线圈的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述场效应管高压脉冲输出电路（5）包括第一MOS管（Q1）和第二MOS管（Q2）：

所述第一MOS管（Q1）的漏极和第二MOS管（Q2）的漏极分别连接+300V电压，第一MOS管（Q1）的栅极连接第一变压器（T1）副边线圈的一端， 第一MOS管（Q1）的源极分两路，其中，第一MOS管（Q1）源极的第一路连接第一变压器（T1）副边线圈的另一端，第一MOS管（Q1）源极的第二路连接谐振电容（17）；

所述第MOS管（Q2）的栅极连接第二变压器（T2）副边线圈的一端， 第二MOS管（Q2）的源极分两路，其中，第二MOS管（Q2）源极的第一路连接第二变压器（T2）副边线圈的另一端，第二MOS管（Q2）源极的第二路连接谐振电容。

5.根据权利要求1所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述信号调节电路（8）包括第一电阻串和第二电阻串，所述第一电阻串由第十七电阻（R17）、第二十六电阻（R26）、第二十二电阻（R22）和第四十电阻（R40）依次串联构成，所述第二电阻串由第十六电阻（R16）、第二十七电阻（R27）、第二十三电阻（R23）和第四十一电阻（R41）依次串联构成；

第一电阻串的一端连接电机线圈（9）的a相绕组，第一电阻串的另一端连接STM32F407控制芯片（1），第二十六电阻（R26）与第二十二电阻（R22）串联后的两端并联有第十五电容（C15）；

第二电阻串的一端连接电机线圈（9）的b相绕组，第二电阻串的另一端连接STM32F407控制芯片（1），第二十三电阻（R23）和第四十一电阻（R41）串联后的两端并联有第二十二电容（C22）。

6.根据权利要求5所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述第二十二电阻（R22）与第四十电阻（R40）之间以及第二十三电阻（R23）与第四十一电阻（R41）之间分别设置有零位调节电路（7）连接点，所述零位调节电路（7）连接点连接零位调节电路（7）的输入端，零位调节电路（7）的输出端连接STM32F407控制芯片（1）。

7.根据权利要求1所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述的温度采集模块（2）采用的温度传感器型号为18B20型温度传感器。

8.根据权利要求1所述的一种航空电机匝间短路测试仪，其特征在于：所述通信模块（10）包括NRF2401电路。