3種起動保護方式及可行性分析

趙志剛

（鄭州宇通重工有限公司控制技術研究所， 河南 鄭州 450051）

起動系統(tǒng)作為整車系統(tǒng)的一個重要組成部分，其性能的好壞對整車來說至關重要， 而起動機是起動系統(tǒng)的核心， 所以對起動機進行保護尤為必要。

起動系統(tǒng)的作用是在正常使用條件下， 通過起動機將蓄電池儲存的電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能帶動發(fā)動機以足夠高的轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)， 以便發(fā)動機順利起動。但如果在起動過程中起動鑰匙開關無法脫斷、 起動繼電器粘連、 起動機自身無法脫斷三者有一項成立， 則會出現(xiàn)起動機跟著發(fā)動機一起高速旋轉(zhuǎn)，從而造成起動機燒壞、 起動系統(tǒng)線束著火等嚴重故障。

1 3種起動保護方式

1.1 常閉繼電器保護

在起動系統(tǒng)回路中增加繼電器， 該繼電器采集到發(fā)電機D+端信號后， 立即將起動回路斷開， 從而對起動系統(tǒng)起到保護作用。 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上， 其原理圖見圖2。 具體工作原理如下。

1.1.1 正常起動過程

起動鑰匙開關旋至起動檔， 起動繼電器K2線圈得電導通， 起動機控制線得電， 從而起動發(fā)動機。 發(fā)動機正常起動后， 起動鑰匙開關復位， K2線圈斷電， 起動機控制線失電， 從而起動機正常脫開。

1.1.2 故障起動過程

若起動鑰匙開關無法脫斷， 則在正常起動后，發(fā)電機D+端輸出28 V電壓， K1繼電器起到保護作用。

1.2 起動保護繼電器保護

在起動系統(tǒng)回路內(nèi)增加QDB2501A 24 V起動保護繼電器， 利用該起動保護繼電器對起動系統(tǒng)進行保護。 圖3為開封電機廠生產(chǎn)的起動保護繼電器，主要用于我公司裝載機上， 其原理圖見圖4。 具體工作原理如下。

1.2.1 正常起動過程

起動鑰匙開關旋至起動檔， 起動保護繼電器上電， 此時X2輸出高電平電壓信號， X1輸出低電平電壓信號， 外接起動繼電器K1線圈導通， K1觸點閉合， 起動機控制線得電， 從而起動發(fā)動機。 發(fā)動機正常起動后， 起動鑰匙開關復位， 起動保護繼電器斷電， X2、 X1輸出均為低電平， K1線圈失電， 從而起動機正常脫開。

1.2.2 故障起動過程

若起動鑰匙開關無法脫斷， 則在正常起動后，發(fā)電機D+端輸出28 V電壓信號， 起動保護繼電器通過R腳采集到該信號后， 通過內(nèi)部程序， 使X2、 X1同時輸出低電平信號， 強制切斷K1， 從而有效脫開起動機， 起到保護作用。

1.3 起動保護控制器保護

在起動系統(tǒng)回路內(nèi)增加起動保護控制器， 利用起動保護控制器對起動系統(tǒng)進行有效保護。 圖5為鄭州銘泰科技有限公司生產(chǎn)的起動保護控制器， 主要用于我公司裝載機上， 其原理圖見圖6。 具體工作原理如下。

1.3.1 正常起動過程

起動鑰匙開關旋至ON檔， 起動保護控制器帶電。 此時如果空檔開關在空檔位置， 且各接線均正確， 則在鑰匙開關旋至START檔時， 控制器5腳輸出高電平信號， 起動機繼電器吸合， 0.5 s后控制器6腳輸出高電平信號， 起動繼電器吸合， 起動機起動。此時如果鑰匙開關START檔斷開 （START檔閉合時間應小于8 s）， 起動繼電器釋放， 0.5 s后， 起動機繼電器釋放， 起動機斷電， 正常起動過程結(jié)束。

1.3.2 故障起動過程

1） 若起動鑰匙開關無法脫斷 （START閉合時間大于8 s即可）， 則在8 s時起動保護控制器強制將6腳置低電平， 起動繼電器失電釋放， 0.5 s后起動保護控制器5腳置低電平， 起動機繼電器失電釋放，從而有效脫開起動機。

2） 若起動繼電器或起動機繼電器粘連， 則當發(fā)動機轉(zhuǎn)速達到一定值時 （一般取發(fā)動機怠速值），起動保護控制器8腳接到一個發(fā)動機怠速時的頻率信號 [具體值可根據(jù)公式 （1） 設置]， 此時起動保護控制器強制將6腳置低電平， 起動繼電器立即失電釋放， 0.5 s后將5腳置低電平， 起動機繼電器失電釋放，從而有效起到脫開起動機對其保護的作用。

式中： f——頻率； n——發(fā)動機轉(zhuǎn)速； N——發(fā)動機飛輪殼齒輪齒數(shù)。

2 3種起動保護方式對比

方案1， 成本較小， 但其只能實現(xiàn)起動鑰匙開關無法脫斷時對起動機的保護， 無法實現(xiàn)起動繼電器粘連故障時對起動機的保護。

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

方案3， 相對前兩種方案來說成本最高， 且需用兩個繼電器。 也正是該種控制方式， 使其既能在鑰匙開關無法脫斷故障時起到保護作用， 又能在起動繼電器粘連時起到保護作用。

此外， 方案1、 方案2采集的是發(fā)電機D+端信號，發(fā)電機D+端輸出為正弦波信號； 方案3采集的是轉(zhuǎn)速傳感器信號， 轉(zhuǎn)速傳感器輸出的是方波信號， 相對來說方波信號更穩(wěn)定。 但方案3也有一個局限， 就是如果起動機在8 s內(nèi) （該時間可調(diào)， 但如果太大可能會損壞起動機， 起不到保護作用） 無法起動， 則系統(tǒng)會默認為存在故障， 強制將起動回路切斷， 使系統(tǒng)無法起動。 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， 故為了匹配該保護控制器， 應該保證選用的蓄電池具備充分的冷起動能力， 或者在起動系統(tǒng)內(nèi)增加預熱裝置， 在起動之前進行預熱， 然后再進行起動。