三相交流异步电动机因其结构简单、成本低廉、运行可靠、维护方便、机械性能满足大多数生产机械的要求等优点被广泛地应用于各大工厂，已经成为动力设备的主力军，但是由于电动机故障而产生的直接或间接损失也是逐年增加，因此对电动机保护算法研究和保护装置的设计已经越来越受到厂商和专家的关注。目前就电动机的故障种类而言，可分为内部故障与外部故障两种。电动机的常规外部故障保护，无论从理论还是从诊断与保护的实现手段上都比较完善。因此电动机内部故障的诊断与检测是电动机保护的主要研究方向，常见的内部故障可以分为对称和不对称两大类。近年来，这一领域的研究主要在两个方面：一方面是追寻在保护理论上的突破；另一方面是在实现手段上的发展，逐步由常规保护方式向基于先进信号处理的方法和微机保护技术的现代保护方式进化。

　　本文在分析电动机故障原理的基础上设计了电动机正、负序电流的硬件检测电路，提出了反时限和定时限相结合的软件保护算法，不仅实现了信号处理方法和微机保护技术的有机结合，而且还解决了电动机关闭后智能再启动问题。对广州富利明公司提供的37 kw鼓风电动机进行现场试验，以验证系统的正确性和完备性，并分析和总结了软件算法的优越性以及电动机关闭后智能再启动带来的问题。

2 电动机保护原理分析

　　根据对称分量法，当电动机发生对称故障时，会出现明显的过流。因此，可以利用过电流检测来实现对称故障的诊断和保护。假设已知不对称三相电流各为i_a，i_b，i_c，电流的正序、负序、零序分量分别为i_a+，i_a-，i_a0(以a相为例)。根据对称分量法，有以下关系：

式中，运算子α=e^j120，α²=e^j240，且有1+α+α²=0，α³=1。

　　当电动机正常运行时负序和零序电流没有或很小，一旦出现必然表示出现了故障。因此利用电流中负序和零序分量来鉴别各类不对称故障具有很高的灵敏度和可靠性。

2.1 非对称故障保护

　　对于断相、逆相、定子绕组、相间短路及三相电流等不对称故障，均能引起较大的负序电流，所以将负序过电流保护作为不对称故障的主保护。负序电流滤序器的等效电路如图1所示。为了使滤序器的输出只与负序电流有关，电路的参数选择如下： 。则滤序器的输出电压为：

　　由于系统正常运行时零序电流几乎为零，将式(1)代入式(2)中整理得：

　　式(3)表明滤序器输出电压只与负序电流有关。当电动机正常运行，滤序器的输出电压为零，即usc=0。当电动机发生不对称故障时，滤序器输出电压usc≠0，如式(3)所示。因为只有在故障情况下才有负序分量，所以选取合适的电路参数和判断门限，可以使保护的灵敏度得到很大的提高。

2.2 对称性故障保护

　　对于过载、堵转、三相短路等对称故障，电动机的主要损害是出于电流增大引起的热效应，并且此时系统中只存在正序电流，所以采用正序电流作为保护算法的判断准则。我们知道电动机允许过电流通过时间与其电流值的大小成反比关系，即电流值越大，其允许通过的时间越短。为了充分发挥电动机的效益，又不至于使电动机长时间过热而损坏，本文采用反时限和定时限相结合的过流保护策略。

3 系统硬件实现框图

　　系统主要由单片机、rms转换电路、电流电压信号转换电路、实时时钟、键盘、液晶显示电路、modbus通信电路、控制电路、电源等部分组成。cpu采用8位单片机c8051f005，其内部具有8路12位a／d转换器，a／d转换周期可达50 μs。保护装置取电动机的三相电流，然后转换为电压信号，经过滤波及整形电路改善波形、消除直流和高次谐波信号，进入rms转换电路，得到电压信号的有效值后送人12位a／d转换器。cpu根据当前实时采集的电压数据和用户设定的保护动作的整定值进行比较分析、判断电动机当前的运行状态、是否将发生故障以及发生故障的类型，控制保护动作的输出，同时将发生的故障类型、故障数据记录及故障发生的时间按照modbus协议规则上传给上位计算机系统。

3.1 rms转换电路

　　ad637是一款高精度trms／dc转换器，可以计算各种复杂波形的真有效值，其附加误差仅为1％，并且在实际应用中惟一的外部调整元