專利名稱：三相可控硅充電機(jī)自動(dòng)控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種三相可控硅充電機(jī)自動(dòng)控制裝置。
目前對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，大多采用人工控制充電機(jī)的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)。汽車起動(dòng)型蓄電池每隔2～3月就要補(bǔ)充充電一次，每次充電長(zhǎng)達(dá)十幾至幾十小時(shí)。按充電規(guī)范要求，補(bǔ)充充電需采用定電流、分階段充電，方能達(dá)到較好的充電效果。這就要求充電工在整個(gè)充電過(guò)程中，經(jīng)常檢查蓄電池充電情況，調(diào)節(jié)充電機(jī)，使充電電流達(dá)到要求；當(dāng)蓄電池基本充足電后，及時(shí)將充電電流減半；蓄電池完全充足電后，要及時(shí)關(guān)機(jī)?？梢娙斯た刂品椒斑^(guò)程比較落后、繁瑣，而且很難做到嚴(yán)格按照技術(shù)要求進(jìn)行充電。大量使用情況表明，按充電規(guī)范進(jìn)行充電的蓄電池使用壽命可達(dá)3～4年之久，而不按充電規(guī)范進(jìn)行充電的蓄電池只能使用一年左右，甚至只能使用幾個(gè)月就報(bào)廢。
本實(shí)用新型的任務(wù)是要提供一種使充電過(guò)程嚴(yán)格按照充電規(guī)范進(jìn)行，且對(duì)充電機(jī)具有保護(hù)功能的自動(dòng)控制裝置，減輕充電工的勞動(dòng)強(qiáng)度，獲得更好的充電效果。
本實(shí)用新型的任務(wù)可以通過(guò)以下措施來(lái)完成在控制盒內(nèi)裝有以單片機(jī)為控制核心，用總線方式擴(kuò)展A／D轉(zhuǎn)換芯片，外接I／O擴(kuò)展芯片、LED顯示電路、觸發(fā)及報(bào)警電路、BCD碼撥盤電路、過(guò)零及相序檢測(cè)電路、采樣電路、輔助電路組成的控制電路，并賦予相應(yīng)的軟件系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的任務(wù)還可以通過(guò)以下措施來(lái)完成觸發(fā)及報(bào)警電路、過(guò)零檢測(cè)電路采用了光電耦合器。采樣電路包括充電電流采樣電路、單格電壓采樣電路、總電壓采樣電路三部分充電電流采樣電路采用雙集成運(yùn)放及電阻、電容構(gòu)成Buterwoth型二階低通有源濾波放大器，其放大倍數(shù)可通過(guò)電位器調(diào)校；單格電壓采樣電路采用雙線對(duì)地懸浮式采樣，兩根采樣線接在與充電機(jī)負(fù)極引線相連的那個(gè)蓄電池單格上，正負(fù)極可任意連接；總電壓采樣電路采用電阻與分壓器分壓，并接有反向保護(hù)二極管保護(hù)電壓表。軟件系統(tǒng)由主程序及觸發(fā)子程序構(gòu)成，并采取了對(duì)頻率變化的保護(hù)措施，設(shè)置了軟件陷井。軟件系統(tǒng)主程序流程為系統(tǒng)自檢，發(fā)現(xiàn)異常便顯示、報(bào)警，無(wú)異常顯示等待由撥盤輸入設(shè)定值，相序檢測(cè)、過(guò)零檢測(cè)，調(diào)觸發(fā)子程序，計(jì)時(shí)并設(shè)采樣標(biāo)志，顯示轉(zhuǎn)換按鈕處理，定時(shí)或過(guò)充時(shí)間到便顯示、報(bào)警，未到檢查C相脈沖標(biāo)志，判斷是否發(fā)C相脈沖，檢測(cè)到下一個(gè)過(guò)零信號(hào)便繼續(xù)執(zhí)行。軟件系統(tǒng)中觸發(fā)子程序?qū)^(guò)零信號(hào)采取查詢方式響應(yīng)，其流程為累計(jì)過(guò)零個(gè)數(shù)，檢查C相脈沖標(biāo)志，判斷是否發(fā)C相脈沖、發(fā)A相脈沖，檢查采樣標(biāo)志，從而判斷是否進(jìn)行采樣、顯示，發(fā)B相脈沖，C相脈沖標(biāo)志處理，返回主程序?？刂坪猩涎b有顯示器、各種開關(guān)、按鈕及連接插座。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，不但實(shí)現(xiàn)了充電過(guò)程的自動(dòng)化，減輕了充電工的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且使充電過(guò)程規(guī)范化，延長(zhǎng)了蓄電池的使用壽命。
本實(shí)用新型的解決方案，可進(jìn)一步用以下附圖進(jìn)行說(shuō)明。


圖1是本實(shí)用新型的控制原理圖。
圖2是本實(shí)用新型的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是本實(shí)用新型的軟件流程圖。
圖4是本實(shí)用新型的外觀立體圖。
參照?qǐng)D1，在充電過(guò)程中，先由過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)到一相交流電的上升過(guò)零點(diǎn)(每周期檢測(cè)一次)，按當(dāng)前控制角延時(shí)后，發(fā)出第一個(gè)觸發(fā)脈沖，然后按三相交流電的相序，每間隔120°電角度發(fā)出一個(gè)觸發(fā)脈沖，使與相序相對(duì)應(yīng)的可控硅輪流導(dǎo)通。同時(shí)單片機(jī)通過(guò)ADC0809每隔1秒鐘采樣一次充電電流，與由撥盤輸入到某一存貯單元的設(shè)定電流值比較，用其差值經(jīng)過(guò)P運(yùn)算作為修正量，改變可控硅的導(dǎo)通角，從而使充電電流逼近設(shè)定值，達(dá)到恒流充電之目的。
參照?qǐng)D2，單片機(jī)8039為控制系統(tǒng)的核心器件，用來(lái)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算處理及對(duì)其它器件進(jìn)行控制。其中T0、T1與過(guò)零及相序檢測(cè)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(kuò)展芯片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(zhuǎn)換芯片0809接口，用INT線與0809作座答通訊，P24口作方式選擇用，P25用來(lái)接收顯示轉(zhuǎn)換信號(hào)，P26口為專用調(diào)試口，P27口用來(lái)接收撥盤值有效信號(hào)，XTAL口外接6MHZ晶體，RESET口為上電復(fù)位方式。
I／O擴(kuò)展芯片8243的P40～43口用作LED顯示器的位選，P60～63口用來(lái)讀取撥盤值，P70口輸出報(bào)警信號(hào)，P71～73口分別輸出三相可控硅的觸發(fā)脈沖。
A／D轉(zhuǎn)換芯片0809的采樣口線IN0～3備用，IN4口用來(lái)采樣充電電流，IN5、IN6口用來(lái)采樣蓄電池單格電壓，IN7口用來(lái)采樣充電機(jī)端口電壓。
過(guò)零及相序檢測(cè)電路分為兩組。每組輸入側(cè)兩線接在充電機(jī)三相變壓器某相付繞組的部分線圈上，經(jīng)電阻接光電耦合器4N35的輸入端，在此端并聯(lián)一只二極管限制反向電壓。光電耦合器的輸入端經(jīng)非門74LS07整形后送8039，這樣8039就可分別獲得兩相交流電的上升過(guò)零信號(hào)，根據(jù)兩個(gè)信號(hào)的時(shí)差，排出三相交流電的相序，并選擇其中一個(gè)作為觸發(fā)脈沖的延時(shí)起點(diǎn)。
LED顯示電路由四只共陽(yáng)極數(shù)碼管、一只74LS244、八個(gè)限流電阻和一只75492組成。其中74LS244為段碼驅(qū)動(dòng)器，75492作為位碼驅(qū)動(dòng)用。顯示方式為4位輪流顯示，前三位顯示有效數(shù)，后一位顯示單位。顯示量為充電電流、充電時(shí)間、蓄電池單格電壓，顯示量的轉(zhuǎn)換用按鈕控制。
觸發(fā)及報(bào)警電路分為結(jié)構(gòu)相同的4組，其中3組提供觸發(fā)脈沖，另一組作報(bào)警用。每組結(jié)構(gòu)為光電耦合器輸入側(cè)由8243的P7口控制，輸出信號(hào)經(jīng)三極管放大，驅(qū)動(dòng)可控硅導(dǎo)通或蜂鳴器及外接訊響器報(bào)警。
BCD碼撥盤電路由3只撥盤開關(guān)及2只74LS20組成。
電流采樣電路從充電機(jī)電流表分流器兩端取得毫伏級(jí)電壓信號(hào)，經(jīng)Buterwoth型二階低通濾波電路進(jìn)行濾波放大后送0809進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換，從而獲得充電電流值。
單格電壓采樣電路從與充電機(jī)負(fù)極引線相連的那個(gè)蓄電池單格上取得電壓信號(hào)。因充電機(jī)負(fù)極引線上壓降隨充電電流變化而變化，所以使用0809上兩個(gè)口進(jìn)行采樣，采樣信號(hào)均經(jīng)阻容濾波，通過(guò)0809進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換后，送8039求其差值，再經(jīng)比例運(yùn)算，便可以得到真實(shí)的單格電壓值。
總電壓采樣電路由電阻分壓器及二極管組成，用來(lái)采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。二極管的作用是當(dāng)蓄電池反接時(shí)，阻止放電電流通過(guò)電阻分壓器及充電機(jī)上的電壓表，防止0809口電平變負(fù)，同時(shí)也保護(hù)了電壓表。
參照?qǐng)D3，軟件系統(tǒng)主要部分由主程序和觸發(fā)子程序組成。程序總長(zhǎng)度小于2K字節(jié)。
由于被控對(duì)象為三相可控硅充電機(jī)，為了解決既要在交流電一個(gè)周期內(nèi)發(fā)出三個(gè)觸發(fā)脈沖，又不錯(cuò)過(guò)對(duì)下一個(gè)過(guò)零信號(hào)的檢測(cè)，在程序中采取了對(duì)當(dāng)前控制角大小進(jìn)行判定及設(shè)置標(biāo)志位的方法。即當(dāng)控制角小于120°電角度時(shí)，設(shè)置一種標(biāo)志，過(guò)零信號(hào)到來(lái)后，先檢測(cè)標(biāo)志位，讓三相觸發(fā)脈沖按A－B－C相的順序發(fā)出。而當(dāng)控制角大于120°電角度時(shí)，修改標(biāo)志，過(guò)零信號(hào)到來(lái)后，檢查到新的標(biāo)志，便按C－A－B相的次序發(fā)出觸發(fā)脈沖。這樣就保證了在正常情況下交流電每個(gè)周期中三相可控硅輪流導(dǎo)通一次。但電網(wǎng)中交流電的頻率有時(shí)會(huì)在較大范圍內(nèi)波動(dòng)，為了防止因交流電頻率變化而影響程序正常運(yùn)行，在臨界情況(控制角等于120°電角度)附近，程序中設(shè)置了保護(hù)區(qū)，保證了交流電頻率在45～55HZ內(nèi)波動(dòng)時(shí)，不影響觸發(fā)時(shí)機(jī)的準(zhǔn)確性。同時(shí)觸發(fā)子程序?qū)^(guò)零信號(hào)采用查詢方式響應(yīng)，即使交流電頻率超出保護(hù)范圍，系統(tǒng)也能正常工作。
普通充電機(jī)當(dāng)電源掉電后，必須立即關(guān)機(jī)，再來(lái)電時(shí)還需重新開機(jī)并調(diào)整充電電流，否則在再次來(lái)電時(shí)將會(huì)使充電電流過(guò)大，燒壞充電機(jī)的整流管或變壓器。為了解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型采取了上電復(fù)位方式，且在軟件中對(duì)撥盤值增設(shè)了延時(shí)時(shí)間到自動(dòng)生效程序。即上電10分鐘后，若撥盤值有效按鈕仍未按下，系統(tǒng)則認(rèn)為是掉電后再次上電，便按撥盤當(dāng)前值充電。若是正常開機(jī)，在10分鐘時(shí)間內(nèi)充電工完全可以從容地設(shè)定撥盤值，并按下?lián)鼙P值有效按鈕，系統(tǒng)將立即響應(yīng)，開始充電。采用這一方案，在硬件上便省去了掉電保護(hù)電路，降低了成本。
在軟件中對(duì)操作時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)誤及充電過(guò)程中可能發(fā)生的異?，F(xiàn)象設(shè)置了多種保護(hù)功能，使充電機(jī)在使用中損壞的可能性大大減小。為了進(jìn)一步提高采樣精度，程序中對(duì)采樣信號(hào)均進(jìn)行軟件濾波。為了防止程序在強(qiáng)干擾情況下意外跳轉(zhuǎn)，在程序中還設(shè)置了軟件陷井。
參照?qǐng)D4，整個(gè)控制電路裝在控制盒內(nèi)。面板1上有4位LED顯示器2，方式選擇開關(guān)3，和開關(guān)3檔位對(duì)應(yīng)的紅、黃、綠3只發(fā)光二極管4分別代表人工、定電流、定時(shí)間三種方式，3只BCD碼撥盤開關(guān)5從左到右分別為十位、個(gè)位、十分位，另有顯示轉(zhuǎn)換按鈕6，撥盤值有效按鈕7，系統(tǒng)電源開關(guān)8?？刂坪斜趁?上開有散熱口10，并設(shè)有與充電機(jī)接口電纜線插座11，單格電壓采樣線插座12，外接訊響器插孔13。
充電時(shí)首先將待充電的蓄電池連接好，并正確與充電電源線連接，再將兩根單格電壓采樣線接在與充電機(jī)負(fù)值引線相連的那個(gè)蓄電池單格上。根據(jù)被充蓄電池的個(gè)數(shù)，將充電機(jī)粗調(diào)旋鈕調(diào)到合適位置，再將控制盒上的方式選擇開關(guān)3撥至“定電流”位置，打開充電機(jī)電源開關(guān)，打開控制盒上的電源開關(guān)8，LED顯示器2上便顯示“00.0A”，等待設(shè)定充電電流。用3只BCD碼撥盤開關(guān)5設(shè)定好充電電流后，按下?lián)鼙P值有效按鈕7，充電電流便在10秒鐘內(nèi)上升到設(shè)定值，開始正常充電。當(dāng)蓄電池單格電壓達(dá)到2.4伏后，充電電流自動(dòng)減半，繼續(xù)充電至單格電壓上升到2.7伏后，再過(guò)充2小時(shí)，即自動(dòng)停機(jī)，發(fā)出聲響信號(hào)通知值機(jī)人員，同時(shí)顯示器2上顯示出“EE.EE”標(biāo)志，供值機(jī)人員確認(rèn)是充電結(jié)束，便可關(guān)閉控制盒上電源開關(guān)8及充電機(jī)電源開關(guān)，拆下蓄電池上的連線。采用定時(shí)控制方式充電時(shí)，應(yīng)將方式選擇開關(guān)3撥至“定時(shí)間”位置上，設(shè)定撥盤值時(shí)，先設(shè)定充電時(shí)間，再設(shè)定充電電流，定時(shí)時(shí)間一到便自動(dòng)停機(jī)。使用人工控制方式充電時(shí)，將方式選擇開關(guān)3撥至“人工”位置，充電電流仍使用充電機(jī)的粗、細(xì)調(diào)鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)。在操作和充電過(guò)程中，如有錯(cuò)誤或故障，控制裝置將自動(dòng)報(bào)警，并顯示提示錯(cuò)誤或故障類型。
權(quán)利要求1.一種用于控制三相可控硅充電機(jī)自動(dòng)完成充電過(guò)程的控制裝置，其特征在于控制盒內(nèi)裝有以單片機(jī)為控制核心，用總線方式擴(kuò)展A/D轉(zhuǎn)換芯片，外接I/O擴(kuò)展芯片、LED顯示電路、觸發(fā)及報(bào)警電路、BCD碼撥盤電路、過(guò)零及相序檢測(cè)電路、采樣電路、輔助電路組成的控制電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于觸發(fā)及報(bào)警電路、過(guò)零檢測(cè)電路采用了光電耦合器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制裝置，其特征在于采樣電路包括充電電流采樣、單格電壓采樣、總電壓采樣三部分。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于上述充電電流采樣電路采用雙集成運(yùn)放及電阻、電容構(gòu)成Buterwoth型二階低通有源濾波放大器，其放大倍數(shù)可通過(guò)電位器調(diào)校。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于上述單格電壓采樣電路采用雙線對(duì)地懸浮采樣，兩根采樣線接在與充電機(jī)負(fù)極引線相連的那個(gè)蓄電池單格上，正負(fù)極可任意連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的控制裝置，其特征在于上述總電壓采樣電路采用電阻與分壓器分壓，并接有反向保護(hù)二極管保護(hù)電壓表。
專利摘要一種三相可控硅充電機(jī)自動(dòng)控制裝置，由單片機(jī)、I/O擴(kuò)展芯片、A/D轉(zhuǎn)換芯片、LED顯示電路、觸發(fā)及報(bào)警電路、BCD碼撥盤電路、過(guò)零及相序檢測(cè)電路、采樣電路和相應(yīng)的軟件系統(tǒng)組成。它可以根據(jù)設(shè)定要求自動(dòng)調(diào)節(jié)充電電流，實(shí)現(xiàn)定電流、分階段充電，充電完畢能自動(dòng)停機(jī)報(bào)警，并對(duì)充電機(jī)及蓄電池有多種保護(hù)功能，適用于對(duì)各種中、小型三相可控硅充電機(jī)實(shí)施控制，減輕充電工的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高充電質(zhì)量。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2067875SQ8921895
公開日1990年12月19日 申請(qǐng)日期1989年11月2日 優(yōu)先權(quán)日1989年11月2日
發(fā)明者勾長(zhǎng)虹, 袁健康, 李玉良 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍汽車管理學(xué)院