3種起動(dòng)保護(hù)方式及可行性分析

趙志剛

（鄭州宇通重工有限公司控制技術(shù)研究所， 河南 鄭州 450051）

起動(dòng)系統(tǒng)作為整車(chē)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其性能的好壞對(duì)整車(chē)來(lái)說(shuō)至關(guān)重要， 而起動(dòng)機(jī)是起動(dòng)系統(tǒng)的核心， 所以對(duì)起動(dòng)機(jī)進(jìn)行保護(hù)尤為必要。

起動(dòng)系統(tǒng)的作用是在正常使用條件下， 通過(guò)起動(dòng)機(jī)將蓄電池儲(chǔ)存的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)以足夠高的轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)， 以便發(fā)動(dòng)機(jī)順利起動(dòng)。但如果在起動(dòng)過(guò)程中起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷、 起動(dòng)繼電器粘連、 起動(dòng)機(jī)自身無(wú)法脫斷三者有一項(xiàng)成立， 則會(huì)出現(xiàn)起動(dòng)機(jī)跟著發(fā)動(dòng)機(jī)一起高速旋轉(zhuǎn)，從而造成起動(dòng)機(jī)燒壞、 起動(dòng)系統(tǒng)線束著火等嚴(yán)重故障。

1 3種起動(dòng)保護(hù)方式

1.1 常閉繼電器保護(hù)

在起動(dòng)系統(tǒng)回路中增加繼電器， 該繼電器采集到發(fā)電機(jī)D+端信號(hào)后， 立即將起動(dòng)回路斷開(kāi)， 從而對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)起到保護(hù)作用。 圖1為上海滬工電子元件有限公司生產(chǎn)的繼電器， 主要用于我公司裝載機(jī)上， 其原理圖見(jiàn)圖2。 具體工作原理如下。

1.1.1 正常起動(dòng)過(guò)程

起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)旋至起動(dòng)檔， 起動(dòng)繼電器K2線圈得電導(dǎo)通， 起動(dòng)機(jī)控制線得電， 從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)后， 起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)復(fù)位， K2線圈斷電， 起動(dòng)機(jī)控制線失電， 從而起動(dòng)機(jī)正常脫開(kāi)。

1.1.2 故障起動(dòng)過(guò)程

若起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷， 則在正常起動(dòng)后，發(fā)電機(jī)D+端輸出28 V電壓， K1繼電器起到保護(hù)作用。

1.2 起動(dòng)保護(hù)繼電器保護(hù)

在起動(dòng)系統(tǒng)回路內(nèi)增加QDB2501A 24 V起動(dòng)保護(hù)繼電器， 利用該起動(dòng)保護(hù)繼電器對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。 圖3為開(kāi)封電機(jī)廠生產(chǎn)的起動(dòng)保護(hù)繼電器，主要用于我公司裝載機(jī)上， 其原理圖見(jiàn)圖4。 具體工作原理如下。

1.2.1 正常起動(dòng)過(guò)程

起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)旋至起動(dòng)檔， 起動(dòng)保護(hù)繼電器上電， 此時(shí)X2輸出高電平電壓信號(hào)， X1輸出低電平電壓信號(hào)， 外接起動(dòng)繼電器K1線圈導(dǎo)通， K1觸點(diǎn)閉合， 起動(dòng)機(jī)控制線得電， 從而起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。 發(fā)動(dòng)機(jī)正常起動(dòng)后， 起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)復(fù)位， 起動(dòng)保護(hù)繼電器斷電， X2、 X1輸出均為低電平， K1線圈失電， 從而起動(dòng)機(jī)正常脫開(kāi)。

1.2.2 故障起動(dòng)過(guò)程

若起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷， 則在正常起動(dòng)后，發(fā)電機(jī)D+端輸出28 V電壓信號(hào)， 起動(dòng)保護(hù)繼電器通過(guò)R腳采集到該信號(hào)后， 通過(guò)內(nèi)部程序， 使X2、 X1同時(shí)輸出低電平信號(hào)， 強(qiáng)制切斷K1， 從而有效脫開(kāi)起動(dòng)機(jī)， 起到保護(hù)作用。

1.3 起動(dòng)保護(hù)控制器保護(hù)

在起動(dòng)系統(tǒng)回路內(nèi)增加起動(dòng)保護(hù)控制器， 利用起動(dòng)保護(hù)控制器對(duì)起動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)。 圖5為鄭州銘泰科技有限公司生產(chǎn)的起動(dòng)保護(hù)控制器， 主要用于我公司裝載機(jī)上， 其原理圖見(jiàn)圖6。 具體工作原理如下。

1.3.1 正常起動(dòng)過(guò)程

起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)旋至ON檔， 起動(dòng)保護(hù)控制器帶電。 此時(shí)如果空檔開(kāi)關(guān)在空檔位置， 且各接線均正確， 則在鑰匙開(kāi)關(guān)旋至START檔時(shí)， 控制器5腳輸出高電平信號(hào)， 起動(dòng)機(jī)繼電器吸合， 0.5 s后控制器6腳輸出高電平信號(hào)， 起動(dòng)繼電器吸合， 起動(dòng)機(jī)起動(dòng)。此時(shí)如果鑰匙開(kāi)關(guān)START檔斷開(kāi) （START檔閉合時(shí)間應(yīng)小于8 s）， 起動(dòng)繼電器釋放， 0.5 s后， 起動(dòng)機(jī)繼電器釋放， 起動(dòng)機(jī)斷電， 正常起動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

1.3.2 故障起動(dòng)過(guò)程

1） 若起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷 （START閉合時(shí)間大于8 s即可）， 則在8 s時(shí)起動(dòng)保護(hù)控制器強(qiáng)制將6腳置低電平， 起動(dòng)繼電器失電釋放， 0.5 s后起動(dòng)保護(hù)控制器5腳置低電平， 起動(dòng)機(jī)繼電器失電釋放，從而有效脫開(kāi)起動(dòng)機(jī)。

2） 若起動(dòng)繼電器或起動(dòng)機(jī)繼電器粘連， 則當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí) （一般取發(fā)動(dòng)機(jī)怠速值），起動(dòng)保護(hù)控制器8腳接到一個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)怠速時(shí)的頻率信號(hào) [具體值可根據(jù)公式 （1） 設(shè)置]， 此時(shí)起動(dòng)保護(hù)控制器強(qiáng)制將6腳置低電平， 起動(dòng)繼電器立即失電釋放， 0.5 s后將5腳置低電平， 起動(dòng)機(jī)繼電器失電釋放，從而有效起到脫開(kāi)起動(dòng)機(jī)對(duì)其保護(hù)的作用。

式中： f——頻率； n——發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速； N——發(fā)動(dòng)機(jī)飛輪殼齒輪齒數(shù)。

2 3種起動(dòng)保護(hù)方式對(duì)比

方案1， 成本較小， 但其只能實(shí)現(xiàn)起動(dòng)鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷時(shí)對(duì)起動(dòng)機(jī)的保護(hù)， 無(wú)法實(shí)現(xiàn)起動(dòng)繼電器粘連故障時(shí)對(duì)起動(dòng)機(jī)的保護(hù)。

方案2， 成本介于方案1和方案3之間， 但其也僅能實(shí)現(xiàn)方案1的功能， 故不推薦采用此種保護(hù)方式。

方案3， 相對(duì)前兩種方案來(lái)說(shuō)成本最高， 且需用兩個(gè)繼電器。 也正是該種控制方式， 使其既能在鑰匙開(kāi)關(guān)無(wú)法脫斷故障時(shí)起到保護(hù)作用， 又能在起動(dòng)繼電器粘連時(shí)起到保護(hù)作用。

此外， 方案1、 方案2采集的是發(fā)電機(jī)D+端信號(hào)，發(fā)電機(jī)D+端輸出為正弦波信號(hào)； 方案3采集的是轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)， 轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是方波信號(hào)， 相對(duì)來(lái)說(shuō)方波信號(hào)更穩(wěn)定。 但方案3也有一個(gè)局限， 就是如果起動(dòng)機(jī)在8 s內(nèi) （該時(shí)間可調(diào)， 但如果太大可能會(huì)損壞起動(dòng)機(jī)， 起不到保護(hù)作用） 無(wú)法起動(dòng)， 則系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)為存在故障， 強(qiáng)制將起動(dòng)回路切斷， 使系統(tǒng)無(wú)法起動(dòng)。 這種情況往往發(fā)生在蓄電池電量不太充足或環(huán)境溫度較低的情況下， 故為了匹配該保護(hù)控制器， 應(yīng)該保證選用的蓄電池具備充分的冷起動(dòng)能力， 或者在起動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)增加預(yù)熱裝置， 在起動(dòng)之前進(jìn)行預(yù)熱， 然后再進(jìn)行起動(dòng)。