专利名称：一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及充放电电源装置技术领域，具体地说是一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置。
背景技术：
目前市场同类产品中，控制及操作系统，一般采用单片机和LED数码管来搭建操控系统及操控系统界面。虽然在成本上有所降低，但其存在如下不足抗干扰性能较差；信息的人机交换及实现人性化操作困难；效率低；运行状态界面反映不直观等缺陷。
发明内容本实用新型的目的是提供一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置。它采用PLC 集中控制系统、触摸屏技术结合PLC中控人机界面、双三相全控桥反向并联电路代替接触器切换充放电极性转换。技术方案是该电源装置包括可编程程控制器电路、人机界面触摸屏、三相Δ /Y-Il整流变压器、双组反向并联晶闸管、三相全控桥式整流逆变电路、滤波电路、晶间管三相全控桥脉冲触发电路组、电压控制电阻器电路、外围辅助控制、检测、显示、 保护电路，其特征在于由可编程程控制器及触摸屏组成人机界面电路组成信息交换窗口界面和主控电路；主控电路连接由整流变压器、晶间管及滤波电路组成A、B两套相同的三相全控桥式整流逆变电路各支持40路电子负荷组成的电流调整电路；辅助电路包括电源电路、检测电路、反馈电路、保护电路、显示电路，它们连接到主控电路上。由可编程程控制器控制的恒流输出控制电路输出VCR压控控制电压、状态控制电压控制VCR电路运行状态， 控制恒流输出电路恒定电流输出。本实用新型的优点是1、控制及操作系统，采用 PLCO^rogrammable Logical Controller)系统。一般工业控制对可靠性的要求特别苛刻，若可靠性差，被控机器设备就会不正常工作，影响产品的质量和数量，甚至在某些情况下也有可能会造成设备人身事故。 PLC (Programmable Logical Controller)通常称为可编程逻辑控制器，是一种以微处理器为基础，综合了现代计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展起来的一种通用的工业自动控制装置，由于它拥有体积小、功能强、程序设计简单、维护方便等优点，特别是它适应恶劣工业环境的能力和它的高可靠性，使它的应用越来越广泛，已经被称为现代工业的三大支柱(即PLC、机器人和CAD/CAM)之一。2、人机界面是操作人员和机器设备之间双向沟通的桥梁，用户可以自由的组织文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化的多功能显示屏幕。使用人机界面能够明确指示并告知操作员机器设备目前的状况，使操作变得简单生动，并且可以减少操作上的失误，即使是新手也可以很轻松的操作整个机器设备。使用人机界面还可以使机器的配线标准化、简单化，同时也能减少PLC所需的1/0点数，降低成本。触摸屏作为一种新型的人机界面，从一出现就受到关注，它的简单易用，强大的功能及优异的稳定性使它非常适合用于工业环境。3、采用双三相全控桥反向并联电路代替接触器切换充放电极性转换极电路，可靠性更高，使用寿命更长。
图1是本实用新型的KGCF系统构成框图。图2是本实用新型的KGCF原理框图。图3是本实用新型的KGCF主回路原理电路图。图4是本实用新型子机单元内部连控图。图5是本实用新型子机单元控制板原理图。图6是本实用新型子机电源板原理图。图7是本实用新型的80路反馈电路图。图8本实用新型逻辑图。
具体实施方式
本产品是专为新生产的胶体蓄电池作充放电用的充放电电源装置。一次最多可为 80路蓄电池充电或放电，每路可串接9至12只12V蓄电池。本产品主要由一套可编程程控制器(PLC)及触摸屏组成人机界面和主控电路；A、B两套相同的由整流变压器、晶间管及滤波电路等组成的三相全控桥式整流逆变电路(以下简称“主回路”)；A、B主回路各支持40 路电子负荷组成电流调整电路(以下简称“子机单元”)；以及附属电源电路、检测电路、反馈电路、保护电路、显示电路等辅助电路构成。一.晶闸管三相全控桥式整流逆变电路A、B两套一样的晶闸管三相全控桥式整流逆变电路可独立工作互相不影响。当进线电缆来电时，电源指示灯亮。AB路随时可以工作。由于晶闸管的单向导电特性，在由充电转到放电时常规做法由接触器将电池正负极对调。而本产品则由两组三相全控桥反向并联取代了接触器将电池正负极对调电路。AB两个回路就有两个两组三相全控桥。本产品因为没有触点，可靠性和寿命更高。A路充电时，三相交流380V电通过A路主电源空气开关送到整流变压器一次侧，经过变压器隔离降压送到快速熔断器再送到晶间管模块。充电三相全控桥在充电触发脉冲作用下，输出直流电压经DCCB供给电子负荷和电池子回路电能。A路放电时，蓄电池的电能经过电子负荷、DCCB送到晶闸管模块。放电三相全控桥在放电触发脉冲作用下导通，将其电能经快速熔断器、整流变压器再反送回电网。B路和A 路是一样的工作过程。平波电抗器DL将断续的波形变的连续。再经过大容量电解电容滤波，就输出了比较平直的直流电给各组电子负荷和电池。脉冲触发部分由BSC6F-1数字触发电路、PLC给定电路、反馈电路、充电脉冲电路、 放电脉冲电路、电源变压器、同步变压器构成。晶闸管由关断状态转变为导通状态的外部条件有两个，一是在电路中阳极的电位高于阴极电位，二是在门极与阴极间加一适当正向电压、电流信号。这个信号是由触发部分的电路产生的。触发部分的电路要工作必须给它提供电能，这由电源变压器提供。它还要知道主变压器的相位，这由同步变压器完成。什么时候产生脉冲还要有给定和反馈信号，这由给定和反馈电路完成。触发电路的输出由脉冲电路完成，它主要作用是将低电压的触发电路与高电压的主电路在电气上加以隔离。脉冲触发部分是晶闸管整流逆变电路的核心部分。由于本产品采用了两套三相桥式反并联电路，脉冲触发部分尤为重要。一旦充电脉冲电路和放电脉冲电路同时工作将产生严重的短路故障，烧断快速熔断器，甚至烧坏晶闸管。本产品采用充电、放电继电器互锁电路。保证了充电时充电脉冲电路有+24V工作，而放电脉冲电路没有+24V不能工作；放电时也一样，放电脉冲电路有+24V工作，充电脉冲电路没有+24V不能工作。闭合控制空气开关，电源变压器得电，输出一组AC18V送到触发板D2脚(电源输入端)、Z2脚(电源输入端)，经二极管D44、D45、D46、D47整流，电解电容C69滤波形成DC24V供脉冲板使用。输出一组双AC18V送到触发板Z4脚(电源输入端)、D4 (电源输入端)、D6 (电源输入端)脚，经二极管D48、D49、D50、D51整流，C70、C71滤波，7815、7915稳压形成直流正负15V供触发板自己使用。同步变压器得电，输出同步信号送到触发板的ZM脚(同步电源输入端)、DM脚(同步电源输入端)、Z22脚(同步电源输入端)、Z6 (同步电源输入端)脚。 给定信号由PLC可编程序控制器D/A模块输出一直流电位至触发板。D/A+接触发板Z30脚 (给定信号端)，D/A-接触发板Z14脚(给定信号地)。触发电路的反馈信号是由电子负荷两端电压取样后经过光耦隔离再放大，最后送到Z32脚(电流反馈端)、D32脚(电流反馈端)， CF+接触发板Z32脚，CF-接触发板D32。本产品用PLC的D/A模块取代了电位器作给定， 极大地增加了可靠性。精度和灵活性同时也得到了保证。A路充电时，工作继电器J9得电，充电继电器Jl得电，放电继电器J2不得电。+24V 经过J9的常开点、Jl的常开点、J2的常闭点到达充电脉冲板，这时充电脉冲板可以工作。 而J2常开点和Jl常闭点都处于断开状态，放电脉冲板不能工作。A路放电时，工作继电器J9得电，放电继电器J2得电，充电继电器Jl不得电。+24V 经过J9的常开点、J2的常开点、Jl的常闭点到达放电脉冲板，这时放电脉冲板可以工作。 而Jl常开点和J2常闭点都处于断开状态，充电脉冲板不能工作。二 .80路电子负荷电流调整电路80路电子负荷电流调整电路结构相同，每一路均由子机单元控制电路、VCR电路 (场效应管电压控制电阻器)、单相整流电路、子机单元供电变压器构成。电流设定值是由操作人员通过触摸屏输入，再由PLC输出2进字12位电流给定控制数字信号送到走查板的J21，经J21送到控制信号光电耦合器群(PE⑶)Ul至U20 (PE⑶ 由14个光电耦合器组成，其中12个为电流给定控制数字信号耦合单元，20组电流给定控制数字信号耦合单元并联，同时给20路子机单元提供电流给定数字信号，同时利用其光电耦合器原理使各子机单元回路相对隔离；1个光电耦合器通过PLC输出的启动控制信号，控制子机单元启停；1个光电耦合器通过PLC输出的复位控制信号，控制子机单元启复位)的光电耦合器发光管端，光敏管受光导通后输出电流给定控制数字信号通过26P插座送到子机单元。子机单元控制板将电流给定数字信号转化为直流电平，控制VCR电压控制电阻器。子机单元供电变压器为子机单元提供电能，控制电路提供直流基准电压给VCR电压控制电阻器提供基准使能，进而改变充电或放电基准电流使其工作在标准设定值。[0033]子机单元的输出部分相当于一个自动压控可变电阻器(VCR电路)。通过一个单相整流桥和一组电池负载串联，与负载串联的一只负反馈精密取样电阻器与子机单元电路组成闭合反馈电路，当充电或放电电流小于设定值时，负反馈精密取样电阻器两端压降减小， VCR电压控制电阻器阻值减小，使输出电流增大。当充电或放电电流大于设定值时，负反馈精密取样电阻器两端压降增大，VCR电压控制电阻器阻值增大，使输出电流减小。最终达到恒流输出目的。充电时电流从DCCB正极性端到电子负荷单相整流桥一个交流输入端，再从单相整流桥正端出来到控制板CN19的1脚，经过6A保险管F3、接续继电器RLTO常开触点，回到控制板CN20的1脚，再到电源板CN2的1脚，经过14个场效应管IRF840、均流电阻，回到电源板CN2的2脚。再到控制板CN20的2脚。由控制板CN19的2脚到单相整流桥的负端， 从单相整流桥另一个交流输入端出来，到电池组的正极，由负极回到DCCB的负端。放电时电流走向与充电时走向相反。三.检测、显示、保护电路检测、显示单元采用巡检方式。各子机单元将实际电流的取样信号同时分别送到走查板，当PLC将一个子机单元的巡检信号送来时，相应的耦合光电继电器导通，这个子机单元电流的取样信号通过光电继电器，再经过运算放大器放大后送给PLC的A/D模块，转换成数字信号。PLC分析后将实际电流信号显示在触摸屏上。下一路子机单元的巡检信号送来时，相应的耦合光电继电器导通，信号流程相同。PLC输出的巡检信号使各子机单元的耦合光电继电器逐一导通，当其中一路耦合光电继电器获得巡检信号导通时，其它的子机单元耦合光电继电器因为没有巡检信号而不能导通。保证了显示电流和实际电流时间和通道上的一一对应。空气开关及快速熔断器组成了过载和短路保护电路。在启动或运行中一旦出现过载或短路、漏电情况，空气开关及快速熔断器会切断电源，起到保护功能。阻容吸收回路组成瞬间浪涌电压吸收保护电路。当启动三相全控整流逆变电路或切换其工作状态时，浪涌尖峰脉冲会瞬间加载到晶闸管上，击穿晶闸管。阻容吸收回路工作特性，吸收尖峰脉冲保护晶闸管。为了输出平稳的直流电给电池，必须采用大容量电容滤波，而只有电解电容的容量大。但采用一组大容量电解电容在放电时，当DCCB断开就会出现电解电容反极性工作， 产生严重的过电流，烧坏电解电容，甚至烧坏晶闸管。为了解决这个问题，本产品采用两组大容量电解电容、电阻、两个共阴极整流二极管连接到一块，组成特殊的电容滤波电路。对称的电路实现了无极性电容的作用，但容量比无极性电容大得多。四、单元电路1、电流给定耦合隔离电路及启动复位控制电路由14个光电耦合器组成，其中12个为电流给定控制数字信号耦合单元，20组电流给定控制数字信号耦合单元并联，同时给20路子机单元提供电流给定数字信号，同时利用其光电耦合器原理使各子机单元回路相对隔离；1个光电耦合器通过PLC输出的启动控制信号，控制子机单元启停；1个光电耦合器通过PLC输出的复位控制信号，控制子机单元复位。2、巡检、显示信号输出电路[0046]各子机单元的实际电流取样信号分别送到对应耦合光电继电器常开触点(通过走查板“注1”JM端口)，由PLC巡检信号选通，使相应耦合光电继电器闭合导通，使相应子机单元实际电流取样信号通过光电继电器，再经过运算放大器放大后送给PLC的A/D模块(通过走查板TB4端口)，转换成数字信号。PLC分析后将实际电流信号显示在触摸屏上。3、充放电切换辅助控制电路PLC输出控制信号(充电、放电、脉冲、报警响铃信号，通过走查板J22端口)直接控制串联在相应控制回路中的RELAY1、RELAY2、RELAY7、RELAYl 1继电器开闭状态，选通各状态控制回路导通状态(通过走查板E6端口连接至各状态控制回路)控制设备运行状态。注1 电流给定耦合隔离电路及启动复位控制电路、巡检显示信号输出电路、充放电切换辅助控制电路制作在一块印刷线路板上，在该设备中这块印刷电路板命名为走查板。4、子机单元启动控制电路走查板送来的启动控制信号由三极管Q16反向放大后和故障信号相与再反向后 (与非门4011)再反向去推动三极管Q18，经光电耦合器U36、走查板送到PLC，同时闭合四模拟开关4066的三个模拟开关，将电流给定控制信号送到VCR的电压控制端，并送出工作信号使绿色发光二极管发光。5、子机单元复位控制电路走查板送来的复位控制信号由三极管Q17反向放大后形成高电平使四比较器 U38(LM339)的1脚变为高电平，13脚变为低电平，将保持的高电平故障信号拉低，并保持住低电平，完成复位。6、子机单元故障报警控制电路故障信号与设定的电平进行比较，超过设定就输出高电平报警信号经过R317使四比较器U38(LM339)的14脚变为低电平。进而使光电耦合器U36不输出工作信号，(PLC 收不到这个信号，就输出电子负荷异常信号使报警器鸣叫);同时断开四模拟开关4066的三个模拟开关，闭合四模拟开关4066的一个模拟开关，将低电平信号送到VCR的电压控制端， 并送出故障信号使红色发光二极管发光。7、子机单元电流给定控制电路由走查板送来的12位电流给定数字信号经过六反相器U30、U31反相后送给12位数/模转换电路U27再变为模拟信号，经高精度运算放大器U29放大后，去推动电压控制电阻器VCR。注2 子机单元电流给定控制电路、子机单元故障报警控制电路、子机单元复位控制电路、子机单元启动控制电路及外围辅助元件制作在同一块印刷电路板上，在该设备中这块印刷电路板命名为控制板。8、恒流输出电路集成运算放大器U1、U2(0P27)组成高精度调节电路；三极管Q1(C1213)、Q2(A673) 组成互补推挽功率放大电路；14个场效应晶体管组成7组VCR电路。子机单元控制板送来的电流给定信号通过调节电路调整，放大电路放大后控制VCR电路，输出恒流电压提供给负载。实际输出横流电压经精密取样电阻取样反馈给高精度调节电路进行实时调整放大， 实现闭环恒流控制。[0061]注3 集成运算放大器高精度调节电路；三极管互补推挽功率放大电路；VCR电路及精密取样电阻被制作在一块印刷电路板上，在该设备中这块印刷电路板命名为电源板。9、三相全控桥脉冲触发电路在该设备中采用了 BSC6F-1脉冲触发板，因三相全控桥脉冲触发电路现已相当成熟，本文只作简单介绍。该电路由电源、调节器、移相控制、脉冲形成、脉冲放大、故障检测、 逻辑控制等电路组成。核心部件采用美国生产的高性能、高密度大规模逻辑器件。二极管D48至D51组成单相桥式整流电路，将双18V交流电变为直流。稳压集成块7815、7915再将其变为稳定的15V直流电为BSC6F-1触发板提供工作电源。稳压集成块 7805将+15V变为+5V给5V电源的集成块供电。集成运算放大器U1、U2组成电流调节器， 集成运算放大器U4组成电压调节器。同步信号通过比较器U9、U10、Ull变为方波送给核心部件UC，UC再综合给定、反馈等信号完成移相控制、脉冲形成功能。脉冲放大由场效应晶体管Tl至T6完成。下面是充放电电源装置的工作画面工作过程充放电电源装置(5々\40\2/^8叭)一、第一画面
权利要求1.一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置，该电源装置包括可编程程控制器电路、 人机界面触摸屏、三相Δ /Y-Il整流变压器、双组反向并联晶闸管、三相全控桥式整流逆变电路、滤波电路、晶闸管三相全控桥脉冲触发电路组、电压控制电阻器电路、外围辅助控制、 检测、显示、保护电路，其特征在于由可编程程控制器及触摸屏组成人机界面电路组成信息交换窗口界面和主控电路；主控电路连接由整流变压器、晶闸管及滤波电路组成A、B两套相同的三相全控桥式整流逆变电路各支持40路电子负荷组成的电流调整电路；辅助电路包括电源电路、检测电路、反馈电路、保护电路、显示电路，它们连接到主控电路上。
2.根据权利要求1所述的一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置，其特征在于由可编程程控制器控制的恒流输出控制电路输出VCR压控控制电压、状态控制电压控制VCR 电路运行状态，控制恒流输出电路恒定电流输出。
专利摘要本实用新型是一种智能多通道、多段恒流充放电电源装置。它可靠性更高，使用寿命更长的特点。该电源装置包括可编程程控制器电路、人机界面触摸屏、三相△/Y-11整流变压器等，由可编程程控制器及触摸屏组成人机界面电路组成信息交换窗口界面和主控电路；主控电路连接由整流变压器、晶闸管及滤波电路组成A、B两套相同的三相全控桥式整流逆变电路各支持40路电子负荷组成的电流调整电路；辅助电路包括电源电路、检测电路、反馈电路、保护电路、显示电路，它们连接到主控电路上。本实用新型采用人机界面，用户可以自由的组织文字、按钮、图形、数字等来处理或监控管理及应付随时可能变化的多功能显示屏幕。可靠性高，使用寿命长。
文档编号H02J7/02GK201975816SQ20112002964
公开日2011年9月14日 申请日期2011年1月28日 优先权日2011年1月28日
发明者吕家琦 申请人:沈阳和信恒实业有限公司