專利名稱：一種智能充一放電機的制作方法
技術領域：
蓄電池組的初充電、補充充電和放電，是鐵路系統(tǒng)工作中的重要工作之一。鐵路系統(tǒng)過程中的蓄電池組的充-放電設備，是鐵路系統(tǒng)的重要設備之一，其技術性能的優(yōu)劣，對系統(tǒng)工作的質量有重要影響。
現(xiàn)有的各種鐵路系統(tǒng)用充電機，大多是以晶閘管三相相控整流器為主。由于蓄電池組是一種內阻極低的反電動勢大負荷負載，采用普通晶閘管三相相控橋式整流電路構成的充電機，具有交流分量大、充電效率低、損耗大、能耗高等顯著缺點。
鐵路系統(tǒng)用放電設備，大多采用以電阻為負載的放電機。在放電過程中，數(shù)量可觀的電能被白白浪費掉。雖有個別機種采用了三相橋式全控變流電路實現(xiàn)了充電和逆變放電一體化，但是由于可靠性差，而不能推廣應用。在工程實際中，現(xiàn)有技術基本上還是以晶閘管三相相控整流充電機和以電阻為負載的放電機為主構成鐵路系統(tǒng)充-放電設備。
本實用新型的目的是根據(jù)鐵路系統(tǒng)充放電的工藝特點，研制一種充電效率高、充電速度快、放電能量可回授到電網(wǎng)、節(jié)能顯著、可靠性高、操作簡便的新型鐵路系統(tǒng)專用智能充-放電機，為鐵路系統(tǒng)提供一種性能優(yōu)良的充-放電設備，以改變現(xiàn)有鐵路機務的充-放電設備技術落后的狀況。
本實用新型的功能是參見附圖
0，由交流饋電電路(1)，將輸入的三相380V交流電源，饋送到隔離變壓器(2)變壓后，輸入到帶平衡電抗器的雙反星六相相控變流電路(3)，經(jīng)過直流饋電電路(6)與蓄電池組連接，在微控制器(10)的智能化控制下，可完成對鉛酸蓄電池組和鎳鎘電池組的智能化充電。同時也可在微控制器(10)的控制下，對需要放電的蓄電池組經(jīng)過直流饋電電路(6)，輸送到帶平衡電抗器的雙反星相控變流電路(3)，逆變?yōu)槿嘟涣麟姡诟綦x變壓(2)變壓后，通過交流饋電電路(1)回送到交流電網(wǎng)，實現(xiàn)三相有源逆變智能化放電。
本實用新型的特點是微控制器(10)具有根據(jù)蓄電池實際技術狀況，在充電過程中，通過相控變流電路(3)，自動調整充電電流的智能化充電控制功能。同時在微控制器(10)的智能化控制下，實現(xiàn)了同一個帶平衡電抗器的雙反星多相相控變流電路，具有智能化充電和三相有源相控逆變智能化放電功能。使該機具有結構簡單、運行可靠，操作簡便、充電效率高、充電時間短、三相有源逆變放電能量回收、節(jié)能效果好等顯著特點。
本實用新型的特征是參見附圖一，交流饋電電路(1)由三相空氣自動開關K1、交流接觸器JC和固態(tài)繼電器SSR組成。微控制器(10)通過接線端子(5)驅動固態(tài)繼電器SSR，可以接通或斷開智能充-放電機與三相交流電源之間的連接。
參見附圖一，隔離變壓器(2)，是帶平衡電抗器的雙反星五柱特殊變流變壓器。隔離變壓器(2)主要由鐵芯、網(wǎng)側線圈(L1、L2、L3)、閥側線圈(L4、L5、L6、L7、L8、L9)、電抗器線圈(L10)組成。
參見附圖二，相控變流電路(3)，由晶閘管(SCR1-6)和快速容斷器(RD1-6)組成。接線端子6、7、8、10、11、12，與隔離變壓器(2)(參見附圖一)的閥側接線端子6、7、8、10、11、12分別相連接。接線端子10與隔離變壓器(2)(參見附圖一)的平衡電抗器線圈中點接線端子10連接。
參見附圖三，電壓取樣電路(5)由電位器W1、W2運算放大器U20、電阻R1、R2、R3、R4、R5和交流接觸器JC1-4、JC2-4組成。
充電時，電壓取樣由電位器W1分壓，經(jīng)交流接觸器JC1-4，由接線端子22輸出到微控制器(10)的F/V1電路輸入端22，完成充電時的電壓取樣。
放電時，電壓取樣由電位器W2分壓，經(jīng)由運算放大器U20、電阻器R1、R2、R3、R4、R5組成的反相器反相后，通過交流接觸器JC2-4，由接線端子22輸出到微控制器(10)的F/V1電路輸入端22，完成放電時的電壓取樣。
參見附圖二，電流取樣電路(4)，由直流分流器RFZ組成。電流信號由接線端子13與微控制器(10)的F/V2電路輸入端13連接。
參見附圖三，直流饋電電路(6)，由交流接觸器JC1-1、JC1-2、JC2-1、JC2-2、JC1-3、JC2-3、轉換開關K3、固態(tài)繼電器SSR1、SSR2組成。
充電時，相控變流電路(3)(參見附圖二)正極輸出接線端子15與接線端子15連接，經(jīng)流接觸器JC1-1，通過接線端子23和蓄電池組的正極連接；相控變流電路(3)的負極輸出接線端子14，與接線端子14連接，經(jīng)交流接觸器JC1-2，由輸出端子24與蓄電池負極連接，完成充電的直流饋電。
放電時，蓄電池組的正極由接線端子23輸入，經(jīng)過交流接觸器JC2-1，由接線端子14與相控整流電路(3)(參見附圖二)接線端子14連接；蓄電池組的負極由接線端于24輸入，經(jīng)過交流接觸器JC2-2，由接線端子15與相控整流電路(3)(參見附圖二)的接線端子15連接，完成放電時的直流饋電。
參見附圖四，微控制器(10)主要由U1(89C51)、U2(373)、U3(8254)、U4(8254)、U5(8254)和F/V等電路組成。U3(8254)和F/V1組成16Bit積分式電壓模數(shù)轉換電路，與F/V2組成16Bit積分式電流模數(shù)轉換電路。U4(8254)、U5(8254)用于產(chǎn)生六相晶閘管的移相觸發(fā)脈沖，觸發(fā)脈沖通過驅動器U6、U7、U8、U9、U10、U11，由接線端子16、17、18、19、20、21與驅動電路(見附圖七)連接，經(jīng)驅動電路隔離放大，產(chǎn)生足夠的輸出功率和輸出電平，驅動六個晶閘管，完成移相變流。
參見附圖七，驅動電路由光電耦合器OP、三極管T1、電阻器R8、R9、R10、R11組成。微控制器(10)產(chǎn)生的觸發(fā)脈沖，由接線端子(參見附圖四)16、17、18、19、20、21輸入，由光電耦合器OP隔離后，經(jīng)T1放大，從接線端子160、170、180、190、200、210輸出，與相控變流電路(3)(參見附圖二)的160、170、180、190、200、210接線端子連接。
參見附圖四，微控制器中U1(89C51)的P1.3，經(jīng)驅動器U12，從接線端子5與交流饋電電路(1)中的固態(tài)繼電器SSR驅動端子5連接，通過固態(tài)繼電器SSR，驅動交流接觸器JC，接通或斷開隔離變壓器(2)與三相交流電網(wǎng)的連接，完成交流回路的饋電。微控制器中U1(89C51)的P1.4，經(jīng)驅動器U13，從接線端子26與直流饋電電路(6)中的固態(tài)繼電器SSR1、SSR2驅動接線端子26連接，通過固態(tài)繼電器SSR1,SSR2驅動交流接觸器JC1(充電時)或JC2(放電時)接通或斷開蓄電池組與充-放電機的連接，完成直流回路的饋電。
參見附圖五，多功能人機交互接口(7)，由U14(89C51)控制的動態(tài)掃描顯示電路(8)和按鍵掃描電路(9)組成，完成充-放電機的顯示輸出和操作指令輸入，同時還完成電子時鐘、電量計、安時計等輔助控制功能。與微控制器CPU組成由雙工串行通訊連接于一個系統(tǒng)的資源共享、并行工作的雙CPU控制系統(tǒng)，微控制器(10)的CPU主要擔負系統(tǒng)適時控制功能，人機交互接口(8)的CPU主要完成輔助控制功能。采用雙CPU技術方案，大幅度減輕了微控制器(10)CPU的工作負擔，使系統(tǒng)可以在較低的系統(tǒng)時鐘頻率下，高質量地完成充-放電機的適時控制，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。
參見附圖六，控制系統(tǒng)電源采用500L超微型電源模塊，使控制系統(tǒng)有AC90V-AC260V的極寬電壓動態(tài)范圍，大幅度提高了控制系統(tǒng)的可靠性。
本實用新型與現(xiàn)有技術比，顯著的特點是采用帶平衡電抗器的雙反星變流電路，在采用較低系統(tǒng)時鐘頻率的雙CPU嵌入式微控制系統(tǒng)的控制下，集多相晶閘管相控智能化充電和有源三相逆變智能化放電于一機，具有結構簡單、工作可靠、技術指標先進、操作簡便、節(jié)電率高于30％等顯著優(yōu)點。
權利要求1.一種主要用于鐵路系統(tǒng)中對鉛酸蓄電池組和鎳隔蓄電池組初充電和補充充電的智能充-放電機。它是由微控制器(10)、交流饋電電路(1)、隔離變壓器(2)、相控變流電路(3)、電流取樣電路(4)、電壓取樣電路(5)、直流饋電電路(6)和人機交互接口(7)、顯示器(8)、鍵盤(9)組成。本實用新型的特征是由交流饋電電路(1)，將三相380V交流電源與隔離變壓器(2)連接，經(jīng)過隔離變壓器(2)變壓，輸入到帶平衡電抗器的雙反星相控變流電路(3)整流，經(jīng)過直流饋電電路(6)與蓄電池組連接，在微控制器(10)的智能化控制下，可完成對鉛酸蓄電池組和鎳鎘蓄電池組的初充電和補充充電。也可在微控制器(10)的智能化控制下，對需要放電的蓄電池組經(jīng)過直流饋電電路(6)，連接到相控變流電路(3)，有源逆變?yōu)槿嘟涣麟?，在隔離變壓(2)變壓后，通過交流饋電電路(1)回送到交流電網(wǎng)，實現(xiàn)采用帶平衡電抗器的雙反星變流電路三相有源逆變智能化放電。
2.按權利要求1所述的充-放電機，其特征是電壓取樣電路(5)，由電位器W1、W2、運算放大器U20、電阻器R1、R2、R3、R4、R5和交流接觸器JC1-4、JC2-4組成。充電時，電壓取樣由電位器W1分壓，經(jīng)交流接觸器JC1-4，由接線端子22輸出到微控制器(10)的F/V1電路輸入端子22，由F/V1電路將輸入的模擬電壓轉換成頻率隨輸入模擬電壓成線性變化的TTL脈沖信號，經(jīng)微控制器(10)的U3(8254)完成16Bit積分式模數(shù)轉換，實現(xiàn)充電過程中的電壓檢測。放電時，電壓取樣由電位器W2分壓，經(jīng)由運算放大器U20、電阻器R1、R2、R3、R4、R5組成的反相器反相后，通過交流接觸器JC2-4，由接線端子22輸出到微控制器的F/V1電路輸入端子22，由F/V1電路將輸入的模擬電壓轉換成頻率隨輸入模擬電壓成線性變化的TTL脈沖信號，經(jīng)微控制器(10)的U3(8254)完成16Bit積分式模數(shù)轉換，實現(xiàn)放電過程中的電壓檢測。
3.按權利要求1所述的充-放電機，其特征是直流饋電電路(6)，由交流接觸器JC1-1、JC1-2、JC2-1、JC2-2、JC1-3、JC2-3、轉換開關K3、固態(tài)繼電器SSR1、SSRR2組成。充電時，相控變流電路(3)正極輸出接線端子15，與直流饋電電路(6)輸入接線端子15連接，經(jīng)交流接觸器JC1-1，從接線端子23與蓄電池組的正極連接。相控變流電路(3)的負極接線端子14，經(jīng)過電流取樣電路(4)，與直流饋電電路(6)輸入接線端子14連接，經(jīng)JC1-2由充放電機的負極輸出接線端子24與蓄電池負極連接；放電時，蓄電池組的正極與直流饋電電路(6)接線端子23連接，經(jīng)交流接觸器JC2-1，從接線端子14，與相控變流電路(3)的負極接線端子14連接。蓄電池組的負極與直流饋電電路(6)接線端子24連接，經(jīng)交流接觸器JC2-2，由接線端子15與相控變流電路(3)的正極接線端子15連接，實現(xiàn)充-放電機與蓄電池組的直流饋電。
4.按權利要求1所述的充-放電機，其特征是控制系統(tǒng)由微控制器(10)和多功能人機交互接口(7)、顯示電路(8)和按鍵(9)組成。微控制器(10)的串行口接線端子27、28，與人機交互接口(7)的串行口接線端子28、27分別連接，組成由雙工串行通訊接口連接成一個系統(tǒng)的資源共享、分任務并行工作的雙CPU嵌入式微處理器控制系統(tǒng)。人機交互接口(7)和顯示電路(8)、按鍵(9)，主要完成充-放電機的顯示輸出和操作指令輸入、電子時鐘、電量計、安時計等輔助控制功能。微控制器(10)主要擔負充-放電系統(tǒng)適時控制功能。采用雙CPU技術方案，大幅度減輕了微控制器(10)CPU的工作負擔，使控制系統(tǒng)可以在較低的系統(tǒng)時鐘下頻率下，高質量地完成充-放電機的適時智能化控制，提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。
專利摘要在嵌入式雙CPU低系統(tǒng)時鐘頻率控制系統(tǒng)的智能化控制下,采用帶平衡電抗器的雙反星交流電路組成的鐵路系統(tǒng)專用智能充一放電機,它是由微控制器10,交流饋電路1、隔離變壓器2、相控交流電路3、電流取樣電路4、電壓取樣電路5、直流饋電電路5、6和人機互接口7、顯示器8、鍵盤9組成。主要用于對鐵路用鉛酸類蓄電池組和鎳鎘類蓄電池組進行智能化充電和放電,也可適用于其它鉛酸類蓄電池組和鎳鎘蓄電池組的充電和放電。該機具有結構簡單、充電效率高、充電時間短、三相有源逆變放電能量回授、節(jié)能顯著等特點。
文檔編號H02J7/02GK2347301SQ9721615
公開日1999年11月3日 申請日期1997年5月27日 優(yōu)先權日1997年5月27日
發(fā)明者錢愛華, 李鐘 , 袁文 申請人:北京瑞可達電力機械有限公司