1．目的及意义

世界第一台直流电机的出现，可以说是自动工业的第一步，之后电机技术开始迅猛发展，后来，特斯拉等人由发明了交流电动机，这是电机技术的重大突破，然后各式各样的电机都发展起来了。蒸汽机在18世纪引发了第一次工业革命，后面19世纪到20世纪的第二次工业革命，生产消费开始从工业化向自动化转变，电机的时代来临了。

电机属于电力器件，在使用过程中肯定会出现各式各样的电力故障，电机常见电气故障主要有过电压，过负荷，缺相运行，过电流，短路，三相不平衡等。三相电动机缺相时，如在停止状态，则无法起动，此时电流很大，若持续时间长将导致电动机烧毁。运行中的电动机若缺相，则会让电机运行不稳定，时间长了也会使绕组损坏。电流过高，电压过高以及短路运行都会使电动机发热。发热严重会使电动机内部绝缘烧焦，烧毁电动机。

在实际生活中，由于操作失误，电压不稳定和其他环境因素的影响，电机经常发生电力故障，造成电机损坏和其他事故，给人们带来经济损失，有时还会造成人身安全事故。所以为了保障电机安全和降低财产损失，就应该设计电机保护装置。

电机保护器总是伴随电机发展。保护器发展早期，为传统机械式保护，那时电动机一般采用熔断器，热继电器，自动开关，电磁型继电器等机械式保护装置，但是这些保护装置的功能太少，不能满足人们的需要。到了20世纪70年代，半导体开始走进大众生活，依靠电力电子元件和中小规模集成电路组成的模拟电子式保护装置开始淘汰机械式保护，其保护功能比较齐全，包括缺相，过载，三相不平衡，过电压等保护功能，常见的有电子式电动机综合保护装置，电子式温度继电器等。尽管模拟电子式的性能比机械式好很多，但其仍存在一些难以克服的缺陷，例如精度不高，不能完全调试，功能不完善等。

八十年代后，智能电机保护异军突起，飞速发展，微电子技术发展起来，电动机保护装置就开始向智能化方向发展，智能电动机保护装置一般以单片机为核心控制元件实现保护功能。以智能化的电磁起动器为例，90年代时美国西屋公司曾推出“Advantage”系列的智能化电磁接触器和电磁起动器，它们被广泛应用于综合监控，保护和通讯系统IMPCC。该系列产品以其独特的优越性能，使其在一定程度上代表了之后一段时间智能化电磁接触器和电磁起动器技术发展动向和水平。之后又是多年的发展，国外一些著名公司纷纷推出以微处理器为核心的智能电机保护器，如德国SIEMENS公司的3UBI系列继电器，日本FUJI公司的QA系列继电器，美国ABB公司的SPEM继电器，英国GEC-ALSHOW公司的GEMSTART智能控制继电器等等，同时它们还陆续推出直流电气传动装置，如西门子公司的SIMOREGK 6RA24、ABB公司的PAD/PSD等。

在我国，电动机保护装置的发展经历了模仿，技术引进，跟踪发展和自主设计等阶段，在建国早期，我们一直使用苏联产的JR系列热继电器，这是我国最开始的电机保护器，自然在中国电机保护行业内大展拳脚，但后面被强制淘汰。我们国家一直在开发自己的电机保护设计，然后经过大量的探索和尝试，也在电机保护上面有很多成功例子成果。例如，原南京爱通自动化研究所与宁波振华电器有限公司合作研制成功的MSG/D系列交流电机数字温度仿真监控装置，该系列产品填补了国内外间接测量电机绕组温度产品的空白，具有开创性意义。而上海万谱公司研制成功的SWJ2系列电动机保护器则更上一层楼，它具有远程通讯、声光报警、过载、堵转、短路、漏电、欠流、故障记忆等多种功能，它采用多种先进技术，拥有很高的采样精度，在国内外同类产品中处于领先地位。
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2. 研究的基本内容与方案

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本次设计的基本内容是使用STM32单片机保护三相电机。通过电压电流信号的采集然后将其输入进单片机，单片机内置程序语言判断故障类型，判断是否需要保护，然后通过单片机内置程序使连接电机的继电器保护开关动作使电机关闭，达到保护电机的作用，防止电机损坏，造成经济损失，保护工作人员的人身安全，同时告知维修人员电机故障问题，便于维修。

本次设计的目标是在三相电机发生电流过大，电压过大，缺相运行等故障问题时，检测系统可以快速检测到不正常的参数，通过保护系统启动保护程序，然后将电机的故障问题显示出来，并快速使三相电机停止工作。

本次设计的保护系统采用的方案为有故障就切除电源直接使电机关停的措施来保护电机，如图1所示：

电机启动后，电压和电流采集模块通过电压电流互感器将模拟信号采集这里为了精确，添加采样保持电路，然后A/D转换器将模拟信号转换成数字信号(信号采集模块)，数字信号进入STM32单片机后，然后单片机内部程序判断是否故障及故障类型(单片机判断模块)，若故障，将故障类型发送到LCD显示模块并报警(显示报警模块)，然后单片机程序输送信号到继电器动作开关，对电机进行停机保护(单片机输出模块)，（单片机判断和输出模块为同一单片机），保护完成。

软件程序主程序采用VC编程方法或由汇编语言编写。