专利名称：三相可控硅充电机自动控制装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种三相可控硅充电机自动控制装置。
目前对蓄电池进行充电，大多采用人工控制充电机的方式进行调节。汽车起动型蓄电池每隔2～3月就要补充充电一次，每次充电长达十几至几十小时。按充电规范要求，补充充电需采用定电流、分阶段充电，方能达到较好的充电效果。这就要求充电工在整个充电过程中，经常检查蓄电池充电情况，调节充电机，使充电电流达到要求；当蓄电池基本充足电后，及时将充电电流减半；蓄电池完全充足电后，要及时关机。可见人工控制方法及过程比较落后、繁琐，而且很难做到严格按照技术要求进行充电。大量使用情况表明，按充电规范进行充电的蓄电池使用寿命可达3～4年之久，而不按充电规范进行充电的蓄电池只能使用一年左右，甚至只能使用几个月就报废。
本实用新型的任务是要提供一种使充电过程严格按照充电规范进行，且对充电机具有保护功能的自动控制装置，减轻充电工的劳动强度，获得更好的充电效果。
本实用新型的任务可以通过以下措施来完成在控制盒内装有以单片机为控制核心，用总线方式扩展A／D转换芯片，外接I／O扩展芯片、LED显示电路、触发及报警电路、BCD码拨盘电路、过零及相序检测电路、采样电路、辅助电路组成的控制电路，并赋予相应的软件系统。
本实用新型的任务还可以通过以下措施来完成触发及报警电路、过零检测电路采用了光电耦合器。采样电路包括充电电流采样电路、单格电压采样电路、总电压采样电路三部分充电电流采样电路采用双集成运放及电阻、电容构成Buterwoth型二阶低通有源滤波放大器，其放大倍数可通过电位器调校；单格电压采样电路采用双线对地悬浮式采样，两根采样线接在与充电机负极引线相连的那个蓄电池单格上，正负极可任意连接；总电压采样电路采用电阻与分压器分压，并接有反向保护二极管保护电压表。软件系统由主程序及触发子程序构成，并采取了对频率变化的保护措施，设置了软件陷井。软件系统主程序流程为系统自检，发现异常便显示、报警，无异常显示等待由拨盘输入设定值，相序检测、过零检测，调触发子程序，计时并设采样标志，显示转换按钮处理，定时或过充时间到便显示、报警，未到检查C相脉冲标志，判断是否发C相脉冲，检测到下一个过零信号便继续执行。软件系统中触发子程序对过零信号采取查询方式响应，其流程为累计过零个数，检查C相脉冲标志，判断是否发C相脉冲、发A相脉冲，检查采样标志，从而判断是否进行采样、显示，发B相脉冲，C相脉冲标志处理，返回主程序。控制盒上装有显示器、各种开关、按钮及连接插座。
本实用新型与现有技术相比，不但实现了充电过程的自动化，减轻了充电工的劳动强度，而且使充电过程规范化，延长了蓄电池的使用寿命。
本实用新型的解决方案，可进一步用以下附图进行说明。
图1是本实用新型的控制原理图。
图2是本实用新型的电路结构图。
图3是本实用新型的软件流程图。
图4是本实用新型的外观立体图。
参照图1，在充电过程中，先由过零检测电路检测到一相交流电的上升过零点(每周期检测一次)，按当前控制角延时后，发出第一个触发脉冲，然后按三相交流电的相序，每间隔120°电角度发出一个触发脉冲，使与相序相对应的可控硅轮流导通。同时单片机通过ADC0809每隔1秒钟采样一次充电电流，与由拨盘输入到某一存贮单元的设定电流值比较，用其差值经过P运算作为修正量，改变可控硅的导通角，从而使充电电流逼近设定值，达到恒流充电之目的。
参照图2，单片机8039为控制系统的核心器件，用来进行各种数据的运算处理及对其它器件进行控制。其中T0、T1与过零及相序检测电路相连；P1口(P10～P17)8根线输出LED显示器的段选码，P20～23及PROG线连接I／O扩展芯片8243，外接2K程序存贮器2716，地址锁存器使用74LS373，用总线方式与A／D转换芯片0809接口，用INT线与0809作座答通讯，P24口作方式选择用，P25用来接收显示转换信号，P26口为专用调试口，P27口用来接收拨盘值有效信号，XTAL口外接6MHZ晶体，RESET口为上电复位方式。
I／O扩展芯片8243的P40～43口用作LED显示器的位选，P60～63口用来读取拨盘值，P70口输出报警信号，P71～73口分别输出三相可控硅的触发脉冲。
A／D转换芯片0809的采样口线IN0～3备用，IN4口用来采样充电电流，IN5、IN6口用来采样蓄电池单格电压，IN7口用来采样充电机端口电压。
过零及相序检测电路分为两组。每组输入侧两线接在充电机三相变压器某相付绕组的部分线圈上，经电阻接光电耦合器4N35的输入端，在此端并联一只二极管限制反向电压。光电耦合器的输入端经非门74LS07整形后送8039，这样8039就可分别获得两相交流电的上升过零信号，根据两个信号的时差，排出三相交流电的相序，并选择其中一个作为触发脉冲的延时起点。
LED显示电路由四只共阳极数码管、一只74LS244、八个限流电阻和一只75492组成。其中74LS244为段码驱动器，75492作为位码驱动用。显示方式为4位轮流显示，前三位显示有效数，后一位显示单位。显示量为充电电流、充电时间、蓄电池单格电压，显示量的转换用按钮控制。
触发及报警电路分为结构相同的4组，其中3组提供触发脉冲，另一组作报警用。每组结构为光电耦合器输入侧由8243的P7口控制，输出信号经三极管放大，驱动可控硅导通或蜂鸣器及外接讯响器报警。
BCD码拨盘电路由3只拨盘开关及2只74LS20组成。
电流采样电路从充电机电流表分流器两端取得毫伏级电压信号，经Buterwoth型二阶低通滤波电路进行滤波放大后送0809进行A／D转换，从而获得充电电流值。
单格电压采样电路从与充电机负极引线相连的那个蓄电池单格上取得电压信号。因充电机负极引线上压降随充电电流变化而变化，所以使用0809上两个口进行采样，采样信号均经阻容滤波，通过0809进行A／D转换后，送8039求其差值，再经比例运算，便可以得到真实的单格电压值。
总电压采样电路由电阻分压器及二极管组成，用来采样待充电蓄电池充电前的总电压，从而判断蓄电池的连接是否正确。二极管的作用是当蓄电池反接时，阻止放电电流通过电阻分压器及充电机上的电压表，防止0809口电平变负，同时也保护了电压表。
参照图3，软件系统主要部分由主程序和触发子程序组成。程序总长度小于2K字节。
由于被控对象为三相可控硅充电机，为了解决既要在交流电一个周期内发出三个触发脉冲，又不错过对下一个过零信号的检测，在程序中采取了对当前控制角大小进行判定及设置标志位的方法。即当控制角小于120°电角度时，设置一种标志，过零信号到来后，先检测标志位，让三相触发脉冲按A－B－C相的顺序发出。而当控制角大于120°电角度时，修改标志，过零信号到来后，检查到新的标志，便按C－A－B相的次序发出触发脉冲。这样就保证了在正常情况下交流电每个周期中三相可控硅轮流导通一次。但电网中交流电的频率有时会在较大范围内波动，为了防止因交流电频率变化而影响程序正常运行，在临界情况(控制角等于120°电角度)附近，程序中设置了保护区，保证了交流电频率在45～55HZ内波动时，不影响触发时机的准确性。同时触发子程序对过零信号采用查询方式响应，即使交流电频率超出保护范围，系统也能正常工作。
普通充电机当电源掉电后，必须立即关机，再来电时还需重新开机并调整充电电流，否则在再次来电时将会使充电电流过大，烧坏充电机的整流管或变压器。为了解决上述问题，本实用新型采取了上电复位方式，且在软件中对拨盘值增设了延时时间到自动生效程序。即上电10分钟后，若拨盘值有效按钮仍未按下，系统则认为是掉电后再次上电，便按拨盘当前值充电。若是正常开机，在10分钟时间内充电工完全可以从容地设定拨盘值，并按下拨盘值有效按钮，系统将立即响应，开始充电。采用这一方案，在硬件上便省去了掉电保护电路，降低了成本。
在软件中对操作时可能出现的错误及充电过程中可能发生的异常现象设置了多种保护功能，使充电机在使用中损坏的可能性大大减小。为了进一步提高采样精度，程序中对采样信号均进行软件滤波。为了防止程序在强干扰情况下意外跳转，在程序中还设置了软件陷井。
参照图4，整个控制电路装在控制盒内。面板1上有4位LED显示器2，方式选择开关3，和开关3档位对应的红、黄、绿3只发光二极管4分别代表人工、定电流、定时间三种方式，3只BCD码拨盘开关5从左到右分别为十位、个位、十分位，另有显示转换按钮6，拨盘值有效按钮7，系统电源开关8。控制盒背面9上开有散热口10，并设有与充电机接口电缆线插座11，单格电压采样线插座12，外接讯响器插孔13。
充电时首先将待充电的蓄电池连接好，并正确与充电电源线连接，再将两根单格电压采样线接在与充电机负值引线相连的那个蓄电池单格上。根据被充蓄电池的个数，将充电机粗调旋钮调到合适位置，再将控制盒上的方式选择开关3拨至“定电流”位置，打开充电机电源开关，打开控制盒上的电源开关8，LED显示器2上便显示“00.0A”，等待设定充电电流。用3只BCD码拨盘开关5设定好充电电流后，按下拨盘值有效按钮7，充电电流便在10秒钟内上升到设定值，开始正常充电。当蓄电池单格电压达到2.4伏后，充电电流自动减半，继续充电至单格电压上升到2.7伏后，再过充2小时，即自动停机，发出声响信号通知值机人员，同时显示器2上显示出“EE.EE”标志，供值机人员确认是充电结束，便可关闭控制盒上电源开关8及充电机电源开关，拆下蓄电池上的连线。采用定时控制方式充电时，应将方式选择开关3拨至“定时间”位置上，设定拨盘值时，先设定充电时间，再设定充电电流，定时时间一到便自动停机。使用人工控制方式充电时，将方式选择开关3拨至“人工”位置，充电电流仍使用充电机的粗、细调钮进行调节。在操作和充电过程中，如有错误或故障，控制装置将自动报警，并显示提示错误或故障类型。
权利要求1.一种用于控制三相可控硅充电机自动完成充电过程的控制装置，其特征在于控制盒内装有以单片机为控制核心，用总线方式扩展A/D转换芯片，外接I/O扩展芯片、LED显示电路、触发及报警电路、BCD码拨盘电路、过零及相序检测电路、采样电路、辅助电路组成的控制电路。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于触发及报警电路、过零检测电路采用了光电耦合器。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于采样电路包括充电电流采样、单格电压采样、总电压采样三部分。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于上述充电电流采样电路采用双集成运放及电阻、电容构成Buterwoth型二阶低通有源滤波放大器，其放大倍数可通过电位器调校。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于上述单格电压采样电路采用双线对地悬浮采样，两根采样线接在与充电机负极引线相连的那个蓄电池单格上，正负极可任意连接。
6.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于上述总电压采样电路采用电阻与分压器分压，并接有反向保护二极管保护电压表。
专利摘要一种三相可控硅充电机自动控制装置，由单片机、I/O扩展芯片、A/D转换芯片、LED显示电路、触发及报警电路、BCD码拨盘电路、过零及相序检测电路、采样电路和相应的软件系统组成。它可以根据设定要求自动调节充电电流，实现定电流、分阶段充电，充电完毕能自动停机报警，并对充电机及蓄电池有多种保护功能，适用于对各种中、小型三相可控硅充电机实施控制，减轻充电工的劳动强度，提高充电质量。
文档编号H02J7/10GK2067875SQ8921895
公开日1990年12月19日 申请日期1989年11月2日 优先权日1989年11月2日
发明者勾长虹, 袁健康, 李玉良 申请人:中国人民解放军汽车管理学院