汽车大电流电器起动保护电路的制作方法

本发明涉及汽车启动保护电路，具体是一种汽车大电流电器起动保护电路。

背景技术：

目前汽车车辆上电器越来越多，更多的电机等大电流电器用于车辆上。

尤其是新能源车辆，这些车辆都是电机驱动、电磁阀、继电器或接触器实现车辆各种功能。

直流电机在使用过程中，会有一种现象：电机在达到额定转速之前，过渡阶段，由于电机转速从零逐渐升高，电机反电动势e也随着转速n的升高而升高。当电机刚通电的时刻时，由于反电动势e为零，电机线圈流过的峰值电流很大。当电机转子输出达到额定转速的时候，电机线圈流过的额定电流就相对较小。

直流电机峰值电流很大，但是时间较短；额定电流较小，但是持续时间很长。峰值电流一般是额定电流的2倍至2.5倍，有些特殊应用电器可以达到3至5倍。这个峰值电流与额定电流差异就对电机控制器线路粗细和保险选择带来困扰。

选择大保险，可以保证电机正常启动，但是线路必须选择很粗的导线，否则保险不能保障导线在所有使用环境使用安全。同时还有电器插接器也需要有合适的插接器，否则无法使用。长期大电流工作的防水插接器品种很少，价格较高；由于电机大电流工作时间很短，一般不超过1秒，选择大电流防水插接器，较粗的导线，经济上未必合适。粗导线不仅仅是某一个局部范围使用较粗导线，而是串联环节上的所有导线都得加粗。

选择正好适用符合额定电流需要的保险。此时导线也可以根据额定电流选择。但是容易出现由于保险经常熔断，造成相关电器不能工作，车辆有些功能无法实现的困境。

额定电流和峰值电流差异越大，造成汽车整车选择保险难度越大。尤其是当按照额定电流选择保险和导线的时候，车辆使用者不按规范修复保险，使用大保险修复车辆的时候，车辆有着火等安全隐患。

如图1所示：f是保险，a是输入电源，u是电机输入电源电压，e是电机的电枢反电动势，i是电机总电流，if是励磁绕组电流，ia是电枢绕组电流,m是电机。

根据电机的特性公式

u=e+ia*ra

ra是电枢回路综合等效电阻

e与电机转速有关n相关。

下式n代表转速，ce电机的结构常数（电动势常数）,φ是气隙磁场强度。

因为启动时刻转速瞬态值为零，ea为零，因此ia电流就很大，保险f就容易在起动的时候熔断。

技术实现要素：

本发明是针对车辆电机起动过程中峰值电流过大的问题，在电机起动过程中降低峰值电流，尽量按照额定电流起动，便于选择保险、导线、插接器，特提出一种汽车大电流电器起动保护电路。

为此本发明的技术方案为，一种汽车大电流电器起动保护电路，包括输入电源，输入电源通过保险连接至启动电机，其特征在于：在保险和电机之间串联有有rl电路，其中rl电路为并联电路。

进一步的改进在于：电阻r大小选择，电源电压u/r的电流小于等于电机额定稳态电流；电阻r功率满足（u²/r）/20。

进一步的改进在于：电感l线圈需要至少能承受电机额定电流1.5倍至2倍。

有益效果：

本发明中电机开始通电转动时，当a端给上额定电源电压后，在开始瞬间，ir电流近似为u/（r+ra）；电阻l分支电流il电流因为电感感抗作用，电流不能瞬间变化，电流为零，因此总电流i=ir=u/（r+ra），起动瞬间电流得以抑制限流。

如果电感l电感量很大，并且电感l允许接入电机额定电流，电感线圈内阻远小于并联电阻r。就可以让电感l内il电流逐渐上升，最终电机的稳态额定电流主要通过电感l流过，电阻r流过的电流很小。

由于电阻r的分流，允许电机m能够转动起来，其电枢电动势e随着转速n逐渐升高。

电感l内的电流逐渐增加，电阻r内的电流逐渐减小，电机反电动势e逐渐升高。

通过对电感l的合适选择，总电流i可以大幅度降低，最大电流接近电机额定电流状态，远小于纯电机起动时的峰值电流。

电阻r的分流，可以减小电感l因为电机起动电流过大，造成电感线圈缠绕的软磁体磁路饱和现象，从影响电感l抑制电流的效果。

1、电机额定转速转动

当电机达到额定转速的时候，因电阻r的阻值远大于电感l的线圈内阻，电阻r的电流ir接近零，稳态时，电感l阻抗就是直流线圈电阻，阻值极小，电机m的电流主要从电感l流过。

2、电机断电，停止转动

因为电阻r和电感l之间时并联，并且电感l*r时间常数很小，电阻r可以消耗电感l中存储的能量。当a端断电的时候，电阻r可以抑制电感l释放的电磁干扰强度，提供放电回路。

3、电机机械负载载荷变化

当电机受驱动机械负载载荷变化影响的时候，电机的电枢电流会发生变化，电感l可以抑制电机电流过快变化，相当于对负载进行了滤波处理，同时通过电阻r抑制电磁骚扰辐射。

4、当电机堵转的时候

瞬间堵转，由于电感释放存储能量释放，电阻r提供分流电流，一定时间范围内，电源进线保险f不会损坏。当超过一定时间，保险f就会熔断，此时电机电枢流过的电流远超过电机的额定电流，确实存在故障。保险f实现正常保护工作。

附图说明

图1是原始接线示意图。

图2是本发明的接线示意图。

f是保险，a是输入电源，u是电机输入电源电压，e是电机的电枢反电动势，i是电机总电流，if是励磁绕组电流，ia是电枢绕组电流，m是电机，r是电阻，l是电感。

具体实施方式

本发明如图2所示。

一种汽车大电流电器起动保护电路，包括输入电源a，输入电源a通过保险f连接至启动电机m，在保险f和电机m之间串联有有r/l电路，其中r/l电路为并联电路。

电阻r大小选择，电源电压u/r的电流小于等于电机额定稳态电流；电阻r功率满足（u²/r）/20。

电感l线圈需要至少能承受电机额定电流1.5倍至2倍。

本发明中电机开始通电转动时，当a端给上额定电源电压后，在开始瞬间，ir电流近似为u/（r+ra）；电阻l分支电流il电流因为电感感抗作用，电流不能瞬间变化，电流为零，因此总电流i=ir=u/（r+ra），起动瞬间电流得以抑制限流。

如果电感l电感量很大，并且电感l允许接入电机额定电流，电感线圈内阻远小于并联电阻r。就可以让电感l内il电流逐渐上升。

由于电阻r的分流，允许电机m能够转动起来，其电枢电动势e逐渐升高。

电感l内的电流逐渐增加，电阻r内的电流逐渐减小，电机反电动势e逐渐升高。

通过对电感l的合适选择，总电流i可以大幅度降低，最大电流接近电机额定电流状态，远小于纯电机起动时的峰值电流。

电阻r的分流，可以减小电感l因为电机起动电流过大，造成电感线圈缠绕的软磁体磁路饱和现象，从影响电感l抑制电流的效果。

电机额定转速转动

当电机达到额定转速的时候，因电阻r的阻值远大于电感l的线圈内阻，电阻r的电流ir接近零，稳态时，电感l阻抗就是直流线圈电阻，阻值极小，电机m的电流主要从电感l流过。

电机断电，停止转动

因为电阻r和电感l之间时并联，并且电感l*r时间常数很小，电阻r可以消耗电感l中存储的能量。当a端断电的时候，电阻r可以抑制电感l释放的电磁干扰强度，提供放电回路。

电机机械负载载荷变化

当电机受驱动机械负载载荷变化影响的时候，电机的电枢电流会发生变化，电感l可以抑制电机电流过快变化，相当于对负载进行了滤波处理，同时通过电阻r抑制电磁骚扰辐射。

当电机堵转的时候

瞬间堵转，由于电感释放存储能量释放，电阻r提供分流电流，一定时间范围内，电源进线保险f不会损坏。当超过一定时间，保险f就会熔断，此时电机电枢流过的电流远超过电机的额定电流，确实存在故障。保险f实现正常保护工作。