1 引言 (2)
2 三相交流异步电动机过载故障分析 (2)
2.1 异步电动机绝缘性能 (2)
2.2 发热分析 (3)
3 三相交流异步电动机过载故障智能保护系统继电器的工作原理 (4)
3.1 热电混合式智能过载保护继电器的结构特点 (5)
3.2 热电混合式智能过载保护继电器的保护原理 (6)
4 三相交流异步电动机过载故障保护电路设计 (7)
4.1 硬件电路总体结构 (7)
4.2 单片机芯片选取 (8)
4.3 最小系统设计 (10)
4.3.1 时钟电路 (11)
4.3.2 电源电路 (12)
4.4 数据采集电路 (13)
4.5 显示电路设计 (14)
4.6 存储电路设计 (16)
4.7 执行电路设计 (17)
5 结语 (17)
参考文献 (19)
1 引言
电机保护装置是电动机安全运行的重要保障，在世界范围内，针对于电机的保护理论也取得了重要的
进展。1990年就有专家学者在微机保护领域给予了多方面的研究，在硬件保护领域得出了重要的成果。这些理论为后期电动机的保护指明了方向，在系统可靠性方面也有了重要的提升，同时在运算性能等方面也有了新的发展，当前阶段有很多计算机处理器性能较强，因此需要从硬件结构方面给予升级，只有软硬件相结合才能够发挥出更好的保护作用，有关数据显示三相交流电机运行过程当中，绝大部分故障是由于电动机组的故障，机械故障只占其中很少一部分。所以会出现电动机烧坏，主要是由于长期运行会出现电动机过载的故障，这样就会给电机带来损伤，因此需要研究过载故障产生的原因，从而设计出电动机专用的过载保护装置。
2 三相交流异步电动机过载故障分析
使用该电机能够高效的完成能量的转换，电动机通过接入电源就能够产生强大的动力，但是其中有一部分动力在传递期间会直接损失掉，主要表现为散发热量，如果电机出现过载就会加剧热量的散发，此时内部就会产生大量的热能，如果是交流电动机内部的电流就会增大，此时负载逐渐增强电流，超过了额定的电压就会导致内部温度急剧上升，这样就会造成电动机的转速降至为零，此时就会产生电动机不转的现象。然而电动机由于没有及时的切断电源，就会积累大量的热能。使电动机绕组原有的绝缘功能就会失效，从而让电机出现故障这种现象对电动机有着致命的威胁。具体的故障原理有以下几点。 2.1 异步电动机绝缘性能
异步电动机主要的结构由两部分组成，分别是转子、定子。其余部件是辅助作用，比如外壳定子，老祖他们的作用主要是在内部产生磁场，带动电机的旋转。绕组当中的线圈与铁芯必然要通过绝缘材料来确保安全性。转子内部的转轴绕组共同组合在一起，在电流的带动下快速的旋转，这样就会将磁场分割成多种电流，另一方面低速旋转就会导致磁场出现反方向的运动。此时就会产生大量的机械能
这种能量通过连接装置带动负载设备，这样就能够产生动力。将异步电机进行细分，可以分成绕线式电机与鼠笼式电机。确定好电动机的绝缘材料以后，就能够基本判定出电机的工作温度极限值，同时季节变化也对于电动机的冷却功能产生影响，因此要进行详细的测试。
电动机内部转子和绕组的绝缘材质关系到温度的极限数值。通常情况下，绕组的容许温度就可以当做是电动机的最高温度值，电动机的使用寿命也需要通过绕组来确定，其中电动机的绝缘材料类型较多，并且每一种材料具有的温度数值也各不相同，具体的温度数值可以参考图表2.1。
表2.1 绝缘材料的温度数值范围
电机在运行过程当中，始终在额定的温度数值以下运行，就可以延长电机的寿命，通常情况下电子与转子稳定运行，电机的寿命就可以突破20年。使用交流电作为供电方式的电机通常会出现电流较大的情况，长期下去就会导致转子内部的绝缘材料失效，加速电动机的寿命消耗。如果超过最高温度数值，电动机甚至会发生起火的风险，这些都与电动机的工作环境有关。通过大量的实验表明工作，环
境温度关系到电动机的使用状况，特别是周围的环境，温度，海拔气压状况等都可以影响电动机的使用效果。
2.2 发热分析
电机在运行过程当中不同的部件散发出的热量也各不相同，因此对于热能的承受状况也会产生差别，主要是受到材质耐热系数的影响就会导致温度出现差
异，电动机在运行期间必然会产生热量，然而这些热量也需要通过某种途径进行发泄，有一部分热量可以借助空气的流通，直接散发到空气中。交流电动机经常会出现发热的状况。分析具体的原因主要是由于电子以及专指在工作期间会产生大量的热能。
电动机在正常运行情况下，散热与发热会处于平衡的状态，如果能够长期保持平衡，电动机就可以延长使用时间。在实际运行的过程当中，电压不稳就会导致输出功率出现异常，此时就会发生过载现象，电动机内部电子的损耗就会增加。同时会产生大量的热能内部的绝缘材料，在热能的作用下会降低绝缘性，这样就会损害电动机的使用用性能，在某些情况下会直接导致电动机报废。
电动机的主要结构注定会产生大量的损耗，转子铜损铁损都是正常现象，机械的损耗是所有类型的电动机共同存在的问题，特别是交流电动机损耗现象特别严重。
①电动机内部的铜组会在电磁回路的过程当中产生一定的损失，这种状况就叫做铜损。
②电子电动机会出现铁损的状况，但是转子电动机就很少出现这些现象。
③电动机在运行的过程中会受到摩擦作用的影响，这种运动就会带来大量的机械性损耗，如果转速增大这种损耗就增加转速减少损耗就会随之减少。
④电动机内部的部件在通过空气流动时会让转子的铁芯产生额外的损失，因此这种功率必须控制在合理的范围内，超出范围就会增大损耗，特别是大型交流电动机，需要在内部增加散热功能。
根据能量守恒定律，电动机的效率处于固定的范围及时再高效的电动机也不可能突破100%的使用效率，所以能量的损耗是必然的，但是有些损耗会通过某种渠道被散发出来，比如以热能的形式将电动机的能量进行回收。
3 三相交流异步电动机过载故障智能保护系统继电器的工作原理
使用继电器的装置就能够及时的保护电机的安全运行最新的过载保护继电器可以具备热电混合式的功能，出现过载情况可以在第一时间作出反应，这种技术原理主要使用到电流的热效应，同时在继电器内部设定一个温度值这种数值与
单片机进行联合，增加温度传感器等检测部件，就能够将内部的温度控制在合理的范围，同时单片机可以将温度的数值进行统计，将测量值与对比值进行实时的分析，如果当前温度较高大于预设温度就会自动断开控制电路，此时就能够保护电动机。
3.1 热电混合式智能过载保护继电器的结构特点
本次文章在研究的过程当中，重点会结合热过载继电器以及电子式过载继电器的特点进行分析，总结出各自的优点和缺点。以上过载保护器由多种材料组成，比如绝缘材料，温度传感器，单片机控制系统等，具体的内容可以参考图3.1。电动机内部的加热元件与继电器进行串联，其中的电流会将继电器进行加热，此时温度传感器发挥温度的监测作用，及时的将温度数据传递给单片机。
图3.1 热电混合式过载保护继电器工作示意图
热过载保护继电器会将内部的装置与电动机串联到一起，电路中的电流会作用在金属弹上，如果电流过大就会产生对应的动作，此时就会自动启动脱扣装置。将电流与电动机的联系直接切断，就能达到保护电动机的目的。热电混合式过载继电保护器不同于热过载保护器，主要是利用温度传感器替代金属片的作用，此时会对内部的热能进行监控，温度出现上升的情况就会将数据传递给单片机系统，此时单片机就会在内部进行计算。由于内部搭载了大量的电子数据传感器，就可以在内部收集各种信号。电流互感器将信号进行处理，从而传递给计算机系统。计算机系统在进行数据分析以后，就会发动相应的执行命令，从而切断电源。加热元器件结合温度传感器就能够有效的提升电流互感器的作用，使用这些方式能够减少继电器的外形构造，可以节约空间。另一方面也能够弥补传统继
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