专利名称：电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于空压机电机的保护装置技术领域，具体的涉及一种电动汽 车用空压机的直流有刷电动机的启动控制和运行保护系统。
背景技术：
直流有刷电动机作为动力驱动部件，由于它结构简单等特点，目前的应用 仍很广泛。但在目前对于电动汽车上的有刷电机应用上， 一般都采用配置启动 电阻或电源变换器作为启动控制的结构形式，这种结构不仅占用空间大，而且 成本较高，在应用上不是很方便。
由于直流有刷电动机的工作特点是在电机启动时由于电机绕组电阻很小， 直接供电的方式使得通过电机绕组的电流很大，不加控制的话就会烧损电机、 电源，但限制功率太低又不能使电机带负荷正常启动工作。因此理想的启动控 制系统应该是既能限制启动电流保护电机和电源，又能容许电机有一定的启动 功率，达到带负荷启动的目的。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种在电动汽车空压机直流有刷电动机的启动时 限制启动电流，防止对直流有刷电机及其供电电源造成冲击，维系直流有刷电 机正常启动后提供标称电压，供直流有刷电机正常工作，能够使直流有刷电机 驱动系统在额定电流下带满负荷启动，在运行过程中不超载，并且结构简单、 成本低的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统。
为实现上述发明目的，本实用新型采用的技术方案如下
一种电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统，包括直流有刷电机， 其特征在于在电机供电端与直流有刷电机之间设置一限流型启动保护器和空压 机气压自动开关，所述直流有刷电机通过连轴器与空压机相连，为空压机提供 动力。
具体的讲，所述直流有刷电机的输入端接入限流型启动保护器，空压机气
压自动开关串联在限流型启动保护器和直流有刷电机之间，空压机气压自动开 关的一个气压管连接空压机的气路，当气路气压高于空压机气压自动开关设定 的控制气压上限值时，空压机气压自动开关断开，电机断电；当气路气压低于
空压机气压自动开关设定的控制气压下限值时，空压机气压自动开关关闭，电 机启动。
所述限流型启动保护器由一直流有刷电机启动限流保护电路组成，该电路
包括输入端、输出端、霍尔电流传感器H、降压斩波电路、控制电路和为控制 电路供电的DC/DC模块，所述霍尔电流传感器连接在负载电流回路和控制电路 之间，用于检测负载回路电流大小，所述降压斩波电路包含与控制电路连接的 晶体管T，当霍尔电流传感器H采样的负载回路电流超过参考电流，控制电路 关闭所述晶体管， 一段限定时间后，控制电路控制晶体管重新导通。
所述降压斩波电路还包括一个电容C和一个二极管D，所述电容C并接在 输入端的正负极之间，所述二极管D并接在输出端的正负极之间，电容C的第 一端与所述晶体管的集电极连接，二极管D的负极与所述晶体管T的发射极连 接，晶体管的集电极和发射极分别作为输入端的正极和输出端的正极。
所述DC/DC模块并接在输入端的正负极之间。
所述控制电路包含单稳态触发器U2，其反相输出端提供控制所述晶体管T 截止和导通的控制信号。
所述控制电路包含一比较器U1，比较器接收霍尔电流传感器采样的负载回 路电流与参考电流进行比较，比较器的输出端与单稳态触发器U2的触发引脚连 接，提供单稳态触发器动作的触发信号。
所述控制电路包含隔离器和驱动电路，隔离器的输入端与单稳态触发器的 反相输出端连接，其输出端与驱动电路输入端连接，驱动电路的输出端与晶体 管T的栅极连接，用于控制晶体管的截止和导通。
所述隔离器为光耦隔离器，所述晶体管T为IGBT管。
该电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统用于电动汽车空压机的 直流有刷电机的启动及维系其正常工作。直流有刷电机的输入端接入限流型启 动保护器，在直流有刷机的启动时限制启动电流，维系电动机正常启动后提供 标称电压，供直流电动机正常工作。限流型启动保护器由一保护电路组成，该 保护电路的输入端子接电源输出，输出端子电机相连接。电容和二极管D共同 构成的斩波电路结构形式，并利用霍尔电流传感器测量电机回路电流大小。当 通过霍尔电流传感器获得的电流采样信号值超出限定值，则控制电路迅速动作
并关闭晶体管，在关闭晶体管一定时间后，由控制电路重新开通晶体管，从而 达到既限制电机回路电流，而又不影响电机的正常工作的目的，在电机启动时
对电机启动电流进行限制；电机正常工作后，晶体管直通使电机能够正常工作。 所述控制电路中所有的工作电源均由DC/DC变换器提供。
当空压机的直流电机启动时，该保护器开始工作，利用IGBT开关技术及相 关原理，限制启动电流在一定的范围，但又提供直流电机一定的启动功率。当 直流电机正常启动后，提供直流电机的额定工作电流，从而使直流电机的启动 及维系其正常工作。通过串联在启动限流保护器和直流有刷电机之间的空压机 气压自动开关，可以根据空压机的气压进行开关控制，空压机气压自动开关通 过一气压管连接空压机的气路，并且其控制气压的上限和下限值是可调得，当 气路气压高于空压机气压自动开关设定的控制气压上限值时，空压机气压自动 开关断开，电机断电；当气路气压低于空压机气压自动开关设定的控制气压下 限值时，空压机气压自动开关关闭。
本实用新型的有益效果在于，该空压机电机的启动控制及运行保护系统通 过空压机气压自动开关和限流型启动保护器实现气压与直流电机的联动控制， 并通过电机启动保护电路在直流电动机启动初期限制启动电流，防止对电机及 其供电电源造成冲击，使电机驱动系统在额定电流下带满负荷启动，在运行过 程中不超载。并且结构简单、成本低。该电机启动控制及运行保护系统可广泛 的适用于电动汽车的各规格空压机及其直流电机的启动控制和运行保护。
图1是本实用新型具体实施方式
的连接结构示意图； 图2是图1中限流型启动保护器的主电路结构原理图； 图3是图2中的控制电路的结构原理图。
具体实施方式
如图，该空压机电机启动控制及运行保护系统主要由直流有刷电机3、限流 型启动保护器1和空压机气压自动开关2组成。在电机供电端与直流有刷电机 之间设置限流型启动保护器1和空压机气压自动开关2，所述直流有刷电机通过 连轴器与空压机相连，为空压机提供动力。直流有刷电机的输入端接入启动限 流保护器，空压机气压自动开关2串联在启动限流保护器1和直流有刷电机3 之间，空压机气压自动开关2通过一气压管连接空压机的气路，当气路气压高 于空压机气压自动开关设定的控制气压上限值时，空压机气压自动开关断开， 电机断电；当气路气压低于空压机气压自动开关设定的控制气压下限值时，空 压机气压自动开关关闭，电机启动。
该电机启动保护器为限流型启动保护器1，该保护器设置在直流电机供电端 Ui与直流电机3之间，同时保护器的一输出端与直流电机间设置空压机气压自 动开关2。该限流型启动保护器l由一保护电路组成，该直流电机启动限流保护 电路包括输入端、输出端、霍尔电流传感器H、降压斩波电路、控制电路和为 控制电路供电的DC/DC模块，所述霍尔电流传感器H连接在负载电流回路和控 制电路之间，用于检测负载回路电流大小，所述降压斩波电路包含与控制电路 连接的晶体管T,该晶体管T为IGBT管。当霍尔电流传感器采样的负载回路电 流超过参考电流，控制电路关闭IGBT管， 一段限定时间后，控制电路控制IGBT 管重新导通。所述降压斩波电路还包括一个电容C和一个二极管D，所述电容 C并接在输入端的正负极之间，所述二极管D并接在输出端的正负极之间，电 容C的第一端与IGBT管的集电极连接，二极管D的负极与IGBT管T的发射 极连接，IGBT管的集电极和发射极分别作为输入端的正极和输出端的正极。 DC/DC模块并接在输入端的正负极之间。控制电路包含单稳态触发器U2，其反 相输出端提供控制所述晶体管T截止和导通的控制信号。控制电路还包含一比 较器Ul，比较器接收霍尔电流传感器采样的负载回路电流与参考电流进行比较， 比较器的输出端与单稳态触发器U2的触发引脚连接，提供单稳态触发器动作的 触发信号。控制电路包含隔离器和驱动电路，该隔离器为光耦隔离器。隔离器 的输入端与单稳态触发器的反相输出端连接，其输出端与驱动电路输入端连接， 驱动电路的输出端与IGBT管的栅极连接，用于控制IGBT管的截止和导通。
该保护电路的输入端子IN接电源输出，输出端子OUT与电机相连接。主 电路采用由IGBT管、电容C和二极管D共同构成的斩波电路结构形式，并利 用霍尔电流传感器测量电机回路电流大小。当通过霍尔电流传感器获得的电流 采样信号值If超出限定值，则控制电路迅速动作并关闭IGBT管，在关闭IGBT 一定时间后，由控制电路重新开通IGBT，从而达到既限制电机回路电流，而又 不影响电机的正常工作的目的，在电机启动时对电机启动电流进行限制；电机 正常工作后，IGBT直通使电机能够正常工作。
控制电路中所有的工作电源均由DC/DC变换器提供。控制电路工作过程原 理如下控制电路上电后，单稳态触发器U2的^置为1，经过光耦隔离器、驱 动电路后开通主电路IGBT模块，主电路对电机回路供电，电机回路流过电流If。
通过霍尔电流传感器检测，将检测到的电机回路电流信号If传输至比较器U,的 反相输入端，当该输入检测电流信号If超过Ui同相输入端的电流限定值Ig时， 比较器Q输出会发生翻转，从而触发单稳态触发电器U2，使其也发生翻转，^
置为0，输出的低电平信号经过光电耦合隔离驱动电路来关闭IGBT模块T，在 经过由分立元件设定的一定长度的单稳态时间后，单稳态电路发生复位，经过 光耦隔离及驱动电路后又重新开启IGBT模块，从而达到对电机回路启动电流快 速可靠限流的目的。电机启动后，其正常的负载工作电流将小于电机回路电流 的限定值Ig，此时IGBT模块将维持直通状态，电机正常运转工作。Ig的设置可 以通过调节比较器U,同相输入端的可调电位器VR来完成。
该启动控制和运行保护系统能够使直流电机驱动系统在额定电流下带满负 荷启动，在运行过程中不超载，并控制气路气压在正常范围，而且结构简单、 成本降低。
权利要求1.一种电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统，包括直流有刷电机，其特征在于在电机供电端与直流有刷电机之间设置一限流型启动保护器和空压机气压自动开关，所述直流有刷电机通过连轴器与电动汽车空压机相连，为空压机提供动力。
2. 根据权利要求1所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统，其特征在于所述直流有刷电机的输入端接入限流型启动保护器，空压机气压自 动开关串联在限流型启动保护器和直流有刷电机之间，空压机气压自动开关的 一个气压管连接到空压机的气路，控制空压机电机启动与关断。
3. 根据权利要求1所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述限流型启动保护器由 一直流有刷电机启动限流保护电路组成， 该电路包括输入端、输出端、霍尔电流传感器H、降压斩波电路、控制电路和 为控制电路供电的DC/DC模块，所述霍尔电流传感器连接在负载电流回路和控 制电路之间，用于检测负载回路电流大小，所述降压斩波电路包含与控制电路 连接的晶体管T，控制电路控制晶体管导通与关闭。
4. 如权利要求3所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统，， 其特征在于所述降压斩波电路还包括一个电容C和一个二极管D，所述电容C 并接在输入端的正负极之间，所述二极管D并接在输出端的正负极之间，电容 C的第一端与所述晶体管的集电极连接，二极管D的负极与所述晶体管T的发 射极连接，晶体管的集电极和发射极分别作为输入端的正极和输出端的正极。
5. 如权利要求3所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述DC/DC模块并接在输入端的正负极之间。
6. 如权利要求3所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述控制电路包含单稳态触发器U2，其反相输出端提供控制所述晶 体管T截止和导通的控制信号。
7. 如权利要求6所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述控制电路包含一比较器Ul，比较器接收霍尔电流传感器采样的 负载回路电流与参考电流进行比较，比较器的输出端与单稳态触发器U2的触发 引脚连接，提供单稳态触发器动作的触发信号。
8. 如权利要求6所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述控制电路包含隔离器和驱动电路，隔离器的输入端与单稳态触 发器的反相输出端连接，其输出端与驱动电路输入端连接，驱动电路的输出端 与晶体管T的栅极连接，用于控制晶体管的截止和导通。
9. 如权利要求8所述的电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统， 其特征在于所述隔离器为光耦隔离器，所述晶体管T为IGBT管。
专利摘要一种电动汽车空压机电机的启动控制及运行保护系统，包括直流有刷电机，其特征在于在电机供电端与直流有刷电机之间设置一限流型启动保护器和空压机气压自动开关，所述直流有刷电机通过连轴器与空压机相连，为空压机提供动力。该空压机电机的启动控制及运行保护系统通过空压机气压自动开关和限流型启动保护器实现气压与直流电机的联动控制，并通过电机启动保护电路在直流电动机启动初期限制启动电流，防止对电机及其供电电源造成冲击，使电机驱动系统在额定电流下带满负荷启动，在运行过程中不超载。并且结构简单、成本低。可广泛适用于电动汽车的各规格空压机的直流电机启动控制和运行保护。
文档编号H02H7/08GK201188595SQ20082011073
公开日2009年1月28日 申请日期2008年4月28日 优先权日2008年4月28日
发明者禾 张, 邢占斌 申请人:北京清能华通科技发展有限公司