三相可控矽充電機自動控制裝置的製作方法
2024-03-06 11:09:15
專利名稱：三相可控矽充電機自動控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種三相可控矽充電機自動控制裝置。
目前對蓄電池進行充電，大多採用人工控制充電機的方式進行調節。汽車起動型蓄電池每隔2～3月就要補充充電一次，每次充電長達十幾至幾十小時。按充電規範要求，補充充電需採用定電流、分階段充電，方能達到較好的充電效果。這就要求充電工在整個充電過程中，經常檢查蓄電池充電情況，調節充電機，使充電電流達到要求；當蓄電池基本充足電後，及時將充電電流減半；蓄電池完全充足電後，要及時關機。可見人工控制方法及過程比較落後、繁瑣，而且很難做到嚴格按照技術要求進行充電。大量使用情況表明，按充電規範進行充電的蓄電池使用壽命可達3～4年之久，而不按充電規範進行充電的蓄電池只能使用一年左右，甚至只能使用幾個月就報廢。
本實用新型的任務是要提供一種使充電過程嚴格按照充電規範進行，且對充電機具有保護功能的自動控制裝置，減輕充電工的勞動強度，獲得更好的充電效果。
本實用新型的任務可以通過以下措施來完成在控制盒內裝有以單片機為控制核心，用總線方式擴展A／D轉換晶片，外接I／O擴展晶片、LED顯示電路、觸發及報警電路、BCD碼撥盤電路、過零及相序檢測電路、採樣電路、輔助電路組成的控制電路，並賦予相應的軟體系統。
本實用新型的任務還可以通過以下措施來完成觸發及報警電路、過零檢測電路採用了光電耦合器。採樣電路包括充電電流採樣電路、單格電壓採樣電路、總電壓採樣電路三部分充電電流採樣電路採用雙集成運放及電阻、電容構成Buterwoth型二階低通有源濾波放大器，其放大倍數可通過電位器調校；單格電壓採樣電路採用雙線對地懸浮式採樣，兩根採樣線接在與充電機負極引線相連的那個蓄電池單格上，正負極可任意連接；總電壓採樣電路採用電阻與分壓器分壓，並接有反向保護二極體保護電壓表。軟體系統由主程序及觸發子程序構成，並採取了對頻率變化的保護措施，設置了軟體陷井。軟體系統主程序流程為系統自檢，發現異常便顯示、報警，無異常顯示等待由撥盤輸入設定值，相序檢測、過零檢測，調觸發子程序，計時並設採樣標誌，顯示轉換按鈕處理，定時或過充時間到便顯示、報警，未到檢查C相脈衝標誌，判斷是否發C相脈衝，檢測到下一個過零信號便繼續執行。軟體系統中觸發子程序對過零信號採取查詢方式響應，其流程為累計過零個數，檢查C相脈衝標誌，判斷是否發C相脈衝、發A相脈衝，檢查採樣標誌，從而判斷是否進行採樣、顯示，發B相脈衝，C相脈衝標誌處理，返回主程序。控制盒上裝有顯示器、各種開關、按鈕及連接插座。
本實用新型與現有技術相比，不但實現了充電過程的自動化，減輕了充電工的勞動強度，而且使充電過程規範化，延長了蓄電池的使用壽命。
本實用新型的解決方案，可進一步用以下附圖進行說明。
圖1是本實用新型的控制原理圖。
圖2是本實用新型的電路結構圖。
圖3是本實用新型的軟體流程圖。
圖4是本實用新型的外觀立體圖。
參照圖1，在充電過程中，先由過零檢測電路檢測到一相交流電的上升過零點(每周期檢測一次)，按當前控制角延時後，發出第一個觸發脈衝，然後按三相交流電的相序，每間隔120°電角度發出一個觸發脈衝，使與相序相對應的可控矽輪流導通。同時單片機通過ADC0809每隔1秒鐘採樣一次充電電流，與由撥盤輸入到某一存貯單元的設定電流值比較，用其差值經過P運算作為修正量，改變可控矽的導通角，從而使充電電流逼近設定值，達到恆流充電之目的。
參照圖2，單片機8039為控制系統的核心器件，用來進行各種數據的運算處理及對其它器件進行控制。其中T0、T1與過零及相序檢測電路相連；P1口(P10～P17)8根線輸出LED顯示器的段選碼，P20～23及PROG線連接I／O擴展晶片8243，外接2K程序存貯器2716，地址鎖存器使用74LS373，用總線方式與A／D轉換晶片0809接口，用INT線與0809作座答通訊，P24口作方式選擇用，P25用來接收顯示轉換信號，P26口為專用調試口，P27口用來接收撥盤值有效信號，XTAL口外接6MHZ晶體，RESET口為上電復位方式。
I／O擴展晶片8243的P40～43口用作LED顯示器的位選，P60～63口用來讀取撥盤值，P70口輸出報警信號，P71～73口分別輸出三相可控矽的觸發脈衝。
A／D轉換晶片0809的採樣口線IN0～3備用，IN4口用來採樣充電電流，IN5、IN6口用來採樣蓄電池單格電壓，IN7口用來採樣充電機埠電壓。
過零及相序檢測電路分為兩組。每組輸入側兩線接在充電機三相變壓器某相付繞組的部分線圈上，經電阻接光電耦合器4N35的輸入端，在此端並聯一隻二極體限制反向電壓。光電耦合器的輸入端經非門74LS07整形後送8039，這樣8039就可分別獲得兩相交流電的上升過零信號，根據兩個信號的時差，排出三相交流電的相序，並選擇其中一個作為觸發脈衝的延時起點。
LED顯示電路由四隻共陽極數碼管、一隻74LS244、八個限流電阻和一隻75492組成。其中74LS244為段碼驅動器，75492作為位碼驅動用。顯示方式為4位輪流顯示，前三位顯示有效數，後一位顯示單位。顯示量為充電電流、充電時間、蓄電池單格電壓，顯示量的轉換用按鈕控制。
觸發及報警電路分為結構相同的4組，其中3組提供觸發脈衝，另一組作報警用。每組結構為光電耦合器輸入側由8243的P7口控制，輸出信號經三極體放大，驅動可控矽導通或蜂鳴器及外接訊響器報警。
BCD碼撥盤電路由3隻撥盤開關及2隻74LS20組成。
電流採樣電路從充電機電流表分流器兩端取得毫伏級電壓信號，經Buterwoth型二階低通濾波電路進行濾波放大後送0809進行A／D轉換，從而獲得充電電流值。
單格電壓採樣電路從與充電機負極引線相連的那個蓄電池單格上取得電壓信號。因充電機負極引線上壓降隨充電電流變化而變化，所以使用0809上兩個口進行採樣，採樣信號均經阻容濾波，通過0809進行A／D轉換後，送8039求其差值，再經比例運算，便可以得到真實的單格電壓值。
總電壓採樣電路由電阻分壓器及二極體組成，用來採樣待充電蓄電池充電前的總電壓，從而判斷蓄電池的連接是否正確。二極體的作用是當蓄電池反接時，阻止放電電流通過電阻分壓器及充電機上的電壓表，防止0809口電平變負，同時也保護了電壓表。
參照圖3，軟體系統主要部分由主程序和觸發子程序組成。程序總長度小於2K字節。
由於被控對象為三相可控矽充電機，為了解決既要在交流電一個周期內發出三個觸發脈衝，又不錯過對下一個過零信號的檢測，在程序中採取了對當前控制角大小進行判定及設置標誌位的方法。即當控制角小於120°電角度時，設置一種標誌，過零信號到來後，先檢測標誌位，讓三相觸發脈衝按A－B－C相的順序發出。而當控制角大於120°電角度時，修改標誌，過零信號到來後，檢查到新的標誌，便按C－A－B相的次序發出觸發脈衝。這樣就保證了在正常情況下交流電每個周期中三相可控矽輪流導通一次。但電網中交流電的頻率有時會在較大範圍內波動，為了防止因交流電頻率變化而影響程序正常運行，在臨界情況(控制角等於120°電角度)附近，程序中設置了保護區，保證了交流電頻率在45～55HZ內波動時，不影響觸發時機的準確性。同時觸發子程序對過零信號採用查詢方式響應，即使交流電頻率超出保護範圍，系統也能正常工作。
普通充電機當電源掉電後，必須立即關機，再來電時還需重新開機並調整充電電流，否則在再次來電時將會使充電電流過大，燒壞充電機的整流管或變壓器。為了解決上述問題，本實用新型採取了上電復位方式，且在軟體中對撥盤值增設了延時時間到自動生效程序。即上電10分鐘後，若撥盤值有效按鈕仍未按下，系統則認為是掉電後再次上電，便按撥盤當前值充電。若是正常開機，在10分鐘時間內充電工完全可以從容地設定撥盤值，並按下撥盤值有效按鈕，系統將立即響應，開始充電。採用這一方案，在硬體上便省去了掉電保護電路，降低了成本。
在軟體中對操作時可能出現的錯誤及充電過程中可能發生的異常現象設置了多種保護功能，使充電機在使用中損壞的可能性大大減小。為了進一步提高採樣精度，程序中對採樣信號均進行軟體濾波。為了防止程序在強幹擾情況下意外跳轉，在程序中還設置了軟體陷井。
參照圖4，整個控制電路裝在控制盒內。面板1上有4位LED顯示器2，方式選擇開關3，和開關3檔位對應的紅、黃、綠3隻發光二極體4分別代表人工、定電流、定時間三種方式，3隻BCD碼撥盤開關5從左到右分別為十位、個位、十分位，另有顯示轉換按鈕6，撥盤值有效按鈕7，系統電源開關8。控制盒背面9上開有散熱口10，並設有與充電機接口電纜線插座11，單格電壓採樣線插座12，外接訊響器插孔13。
充電時首先將待充電的蓄電池連接好，並正確與充電電源線連接，再將兩根單格電壓採樣線接在與充電機負值引線相連的那個蓄電池單格上。根據被充蓄電池的個數，將充電機粗調旋鈕調到合適位置，再將控制盒上的方式選擇開關3撥至「定電流」位置，打開充電機電源開關，打開控制盒上的電源開關8，LED顯示器2上便顯示「00.0A」，等待設定充電電流。用3隻BCD碼撥盤開關5設定好充電電流後，按下撥盤值有效按鈕7，充電電流便在10秒鐘內上升到設定值，開始正常充電。當蓄電池單格電壓達到2.4伏後，充電電流自動減半，繼續充電至單格電壓上升到2.7伏後，再過充2小時，即自動停機，發出聲響信號通知值機人員，同時顯示器2上顯示出「EE.EE」標誌，供值機人員確認是充電結束，便可關閉控制盒上電源開關8及充電機電源開關，拆下蓄電池上的連線。採用定時控制方式充電時，應將方式選擇開關3撥至「定時間」位置上，設定撥盤值時，先設定充電時間，再設定充電電流，定時時間一到便自動停機。使用人工控制方式充電時，將方式選擇開關3撥至「人工」位置，充電電流仍使用充電機的粗、細調鈕進行調節。在操作和充電過程中，如有錯誤或故障，控制裝置將自動報警，並顯示提示錯誤或故障類型。
權利要求1.一種用於控制三相可控矽充電機自動完成充電過程的控制裝置，其特徵在於控制盒內裝有以單片機為控制核心，用總線方式擴展A/D轉換晶片，外接I/O擴展晶片、LED顯示電路、觸發及報警電路、BCD碼撥盤電路、過零及相序檢測電路、採樣電路、輔助電路組成的控制電路。
2.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於觸發及報警電路、過零檢測電路採用了光電耦合器。
3.根據權利要求1所述的控制裝置，其特徵在於採樣電路包括充電電流採樣、單格電壓採樣、總電壓採樣三部分。
4.根據權利要求3所述的控制裝置，其特徵在於上述充電電流採樣電路採用雙集成運放及電阻、電容構成Buterwoth型二階低通有源濾波放大器，其放大倍數可通過電位器調校。
5.根據權利要求3所述的控制裝置，其特徵在於上述單格電壓採樣電路採用雙線對地懸浮採樣，兩根採樣線接在與充電機負極引線相連的那個蓄電池單格上，正負極可任意連接。
6.根據權利要求3所述的控制裝置，其特徵在於上述總電壓採樣電路採用電阻與分壓器分壓，並接有反向保護二極體保護電壓表。
專利摘要一種三相可控矽充電機自動控制裝置，由單片機、I/O擴展晶片、A/D轉換晶片、LED顯示電路、觸發及報警電路、BCD碼撥盤電路、過零及相序檢測電路、採樣電路和相應的軟體系統組成。它可以根據設定要求自動調節充電電流，實現定電流、分階段充電，充電完畢能自動停機報警，並對充電機及蓄電池有多種保護功能，適用於對各種中、小型三相可控矽充電機實施控制，減輕充電工的勞動強度，提高充電質量。
文檔編號H02J7/10GK2067875SQ8921895
公開日1990年12月19日 申請日期1989年11月2日 優先權日1989年11月2日
發明者勾長虹, 袁健康, 李玉良 申請人:中國人民解放軍汽車管理學院