本發(fā)明涉及一種起動電機限流起動器及其控制方法，屬于電機保護裝置技術領域。

背景技術：

起動電機是發(fā)動機起動時的動力源，用于將發(fā)動機從靜止狀態(tài)拖動到發(fā)動機能夠內部點火起動的轉速。

柴油機由靜止到獨立運轉，需要外力驅動。起動電機就是利用蓄電池的電能轉化為機械能，將柴油機由靜止拖動到起動著火的電器裝置。要使柴油機成功起動，拖動轉速應為1420～200r/min。起動電機的負載力矩包括：柴油機機械件的慣性和摩擦阻力、汽缸工質的初始壓縮力。根據發(fā)動機結構、負載特性、使用環(huán)境的不同，對起動電機性能的要求也不同。

起動電機消耗的電流隨轉速增加快速下降，以6.6kW起動電機為例，起動瞬間峰值電流可達1600A～2000A，當起動電機轉速上升到驅動力矩與柴油機阻力矩平衡時，電流為500A～900A。由于大電流會使線圈溫度快速升高，因此限制了每次起動發(fā)動機時，持續(xù)起動時間和間隔起動時間。

蓄電池是發(fā)動機和車輛上供電電源，當發(fā)電機發(fā)電時通過將電能轉化為化學能進行充電，當需要向外輸出電流時，將以化學能形式存儲的能量轉化為電能輸出。目前使用的起動電機為直流起動電機，在接通起動電機開關瞬間，此時的電流通常可達2000A左右，如果電瓶容量加大，電流還會更高。

瞬間起動電流過高帶來以下問題：

1、對起動電機的損傷，大電流一方面會增加線路發(fā)熱、觸點負荷，另一方面會使起動電機輸出扭矩增加，帶來軸承、齒輪等的損害；

2、對起動線路的損害；

3、對發(fā)動機的損害，過大的起動電流產生過高的起動扭矩，導致飛輪齒圈受力增加而損壞，影響使用壽命。

技術實現要素：

本發(fā)明需要解決的技術問題是提供一種起動電機限流起動器及其控制方法，解決起動電流過大對起動電機、發(fā)動機和起動線路的損害，可根據實際工作狀況控制起動電流大小，使起動電機工作于安全界限值內，減小電池消耗和線圈發(fā)熱。

為解決上述技術問題，本發(fā)明所采用的技術方案是：

一種起動電機限流起動器的控制方法，通過改變串入起動線路中限流電阻的等效阻值來控制起動電機的起動電流大小。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：限流電阻為若干只并聯的限流子電阻。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：各限流子電阻的阻值呈等比數列的規(guī)律變化，當起動電機的起動電流超過安全界限值或者超過起動電機當前轉速點的最大電流時，按照阻值由小到大的順序依次斷開串入起動線路中的限流子電阻，直至起動電流限制在安全界限值內或不超過起動電機當前轉速點的最大電流。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：起動電機上電后，起動電機限流起動器檢測起動電機的起動電流，得出當前起動電流值I₀，同時檢測發(fā)動機的轉速，間接得出起動電機轉速v，根據如下公式I＝(U_BAT-k*v)/(r_line+r₀+r₁)，計算出起動電機當前轉速點的最大電流I，其中：

I為起動電機當前轉速點的最大電流；

U_BAT為蓄電池電動勢；

k*v為起動電機旋轉時產生的感生電動勢，與蓄電池電動勢反向；

k為常數；

v為起動電機轉速；

r_line為外部線路和觸點的總電阻；

r₀為蓄電池內部電阻；

r₁為限流電阻的等效電阻；

然后起動電機限流起動器對當前起動電流值I₀是否過大進行判斷，如果當前起動電流值I₀超過安全界限值I’，或者當前起動電流值I₀沒有超過安全界限值I’，但高于起動電機當前轉速點的最大電流I，則起動電流控制器根據公式r＝(U_BAT-k*v)/I-r_line-r₀，計算出需要的電阻值r，進而控制限流電阻最接近的等效電阻r₁，使得r₁≥r。

一種起動電機限流起動器，包括起動電流控制器、與起動電流控制器分別連接的接觸器和發(fā)動機轉速傳感器、連接在接觸器線圈與接觸器常閉觸點之間的限流電阻、與接觸器常閉觸點連接的用于測定起動電機的起動電流的電流互感器，電流互感器還連接起動電流控制器，限流電阻通過蓄電池連接起動電機。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：限流電阻為6～20只限流子電阻并聯而成，每一個限流子電阻均對應連接一個接觸器常閉觸點。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：各限流子電阻的阻值呈等比數列的規(guī)律變化。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：起動電流控制器為51單片機。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：起動電機為直流起動電機。

本發(fā)明技術方案的進一步改進在于：蓄電池為鉛酸蓄電池，如可以為兩組串聯的12V鉛酸蓄電池。

由于采用了上述技術方案，本發(fā)明取得的技術進步是：

選用傳統(tǒng)的直流起動電機而不是減速起動電機，由于減速起動電機是通過齒輪變速來提高電機的轉速和輸出扭矩，減小起動電流，但減速起動電機轉速提高后，對軸承、繞組、電刷等帶來了不利影響，使其使用壽命要遠短于傳統(tǒng)的直流起動電機。同時本發(fā)明除接觸器外不存在運動部件，自身和起動電機使用壽命不存在影響問題，使用壽命長，使用精度高。

各限流子電阻的阻值呈等比數列的規(guī)律變化，改變串入起動線路中限流電阻的等效阻值時，首先斷開較小的阻值，是因為較小阻值的限流子電阻的通過電流最大，然后慢慢斷開較大的，既可以保證較大的電阻覆蓋范圍，還可以保證較小的接地電流，防止產生電弧。

選用鉛酸蓄電池，極板材料是鉛和鉛的氧化物，電解液為硫酸溶液，鉛酸蓄電池具有內阻小、轉化效率高(可達75％～84％)、短時間輸出大電流時電壓下降幅度小的優(yōu)點，其放電時電動勢較穩(wěn)定，工作電壓平穩(wěn)、使用溫度及使用電流范圍寬、能充放電數百個循環(huán)、貯存性能好(尤其適于干式荷電貯存)、造價低廉。

附圖說明

圖1是本發(fā)明控制方法的流程圖；

圖2是本發(fā)明的結構示意圖；

其中，1、起動電流控制器，21、接觸器線圈，22、接觸器常閉觸點，3、發(fā)動機轉速傳感器，4、限流電阻，5、電流互感器，6、蓄電池，7、起動電機。

具體實施方式

下面結合實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明：

如圖1和圖2所示，一種起動電機限流起動器，包括起動電流控制器1、與起動電流控制器1分別連接的接觸器和發(fā)動機轉速傳感器3、連接在接觸器線圈21與接觸器常閉觸點22之間的限流電阻4、與接觸器常閉觸點22連接的用于測定起動電機7的起動電流的電流互感器5，電流互感器5還連接起動電流控制器1，限流電阻4通過蓄電池6連接起動電機7。

限流電阻4為6～20只限流子電阻并聯而成，每一個限流子電阻均對應連接一個接觸器常閉觸點22，各限流子電阻的阻值呈等比數列的規(guī)律變化，如可以為1歐姆、2歐姆、4歐姆、8歐姆，并以此類推。起動電流控制器1為51單片機，接觸器為西門子系列，起動電機7為直流起動電機。電池6為兩組串聯的12V鉛酸蓄電池。

限流控制方法為：通過改變串入起動線路中限流電阻4的等效阻值來控制起動電機7的起動電流大小，各限流子電阻的阻值呈等比數列的規(guī)律變化，當起動電機7的起動電流超過安全界限值或者超過起動電機當前轉速點的最大電流時，按照阻值由小到大的順序依次斷開串入起動線路中的限流子電阻，直至起動電流限制在安全界限值內或不超過起動電機當前轉速點的最大電流。

具體過程為：

起動電機7上電后，內部51單片機通過電流互感器5和發(fā)動機轉速傳感器3檢測起動電流的數值和發(fā)動機的轉速，得出當前起動電流值I₀，由于發(fā)動機和起動電機7通過齒輪連接，通過測出發(fā)動機轉速，可以間接得出起動電機轉速，進而求出起動電機旋轉時產生的感生電動勢。根據如下公式I＝(U_BAT-k*v)/(r_line+r₀+r₁)，計算出起動電機當前轉速點的最大電流I，其中：

I為起動電機當前轉速點的最大電流；

U_BAT為蓄電池電動勢；

k*v為起動電機旋轉時產生的感生電動勢，與蓄電池電動勢反向；

k為常數；

v為起動電機轉速；

r_line為外部線路和觸點的總電阻；

r₀為蓄電池內部電阻；

r₁為限流電阻的等效電阻；

在接通起動電機開關瞬間，轉速為0，如果起動線路中不設有限流電阻，此時的電流為：I＝U_BAT/(r_line+r₀)，電流非常大，可以達到2000A以上。因此必須在起動線路接入合適的限流電阻。

然后內部51單片機當前起動電流值I₀是否過大進行判斷，如果當前起動電流值I₀超過安全界限值I’，或者當前起動電流值I₀沒有超過安全界限值I’，但高于起動電機當前轉速點的最大電流I，則起動電流控制器根據公式r＝(U_BAT-k*v)/I-r_line-r₀，計算出需要的電阻值r，進而控制限流電阻最接近的等效電阻r₁，通過接觸器線圈21控制接觸器通斷，改變串入起動線路中限流電阻4的等效阻值r₁，斷開原則是先斷開最小歐姆的限流子電阻，如果不能限制到合適的電流值，則繼續(xù)斷開第二小的限流子電阻，最終使得r₁≥r，從而實現對起動線路總電阻的改變，將當前起動電流值I₀限制到安全界限值內。

本發(fā)明有效解決起動電流過大對起動電機、發(fā)動機和起動線路的損害，可根據實際工作狀況控制起動電流大小，避免瞬間起動電流過大或設備運行中突發(fā)狀況的發(fā)生，快速、及時地使起動電機工作于安全界限值內，減小電池消耗和線圈發(fā)熱，提高設備使用壽命，具有較高的推廣應用價值。