CN2347301Y - 一种智能充一放电机 - Google Patents
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Abstract
在嵌入式双CPU低系统时钟频率控制系统的智能化控制下,采用带平衡电抗器的双反星交流电路组成的铁路系统专用智能充一放电机,它是由微控制器10,交流馈电路1、隔离变压器2、相控交流电路3、电流取样电路4、电压取样电路5、直流馈电电路5、6和人机互接口7、显示器8、键盘9组成。主要用于对铁路用铅酸类蓄电池组和镍镉类蓄电池组进行智能化充电和放电,也可适用于其它铅酸类蓄电池组和镍镉蓄电池组的充电和放电。该机具有结构简单、充电效率高、充电时间短、三相有源逆变放电能量回授、节能显著等特点。
Description
蓄电池组的初充电、补充充电和放电，是铁路系统工作中的重要工作之一。铁路系统过程中的蓄电池组的充-放电设备，是铁路系统的重要设备之一，其技术性能的优劣，对系统工作的质量有重要影响。
现有的各种铁路系统用充电机，大多是以晶闸管三相相控整流器为主。由于蓄电池组是一种内阻极低的反电动势大负荷负载，采用普通晶闸管三相相控桥式整流电路构成的充电机，具有交流分量大、充电效率低、损耗大、能耗高等显著缺点。
铁路系统用放电设备，大多采用以电阻为负载的放电机。在放电过程中，数量可观的电能被白白浪费掉。虽有个别机种采用了三相桥式全控变流电路实现了充电和逆变放电一体化，但是由于可靠性差，而不能推广应用。在工程实际中，现有技术基本上还是以晶闸管三相相控整流充电机和以电阻为负载的放电机为主构成铁路系统充-放电设备。
本实用新型的目的是：根据铁路系统充放电的工艺特点，研制一种充电效率高、充电速度快、放电能量可回授到电网、节能显著、可靠性高、操作简便的新型铁路系统专用智能充-放电机，为铁路系统提供一种性能优良的充-放电设备，以改变现有铁路机务的充-放电设备技术落后的状况。
本实用新型的功能是：参见附图0，由交流馈电电路(1)，将输入的三相380V交流电源，馈送到隔离变压器(2)变压后，输入到带平衡电抗器的双反星六相相控变流电路(3)，经过直流馈电电路(6)与蓄电池组连接，在微控制器(10)的智能化控制下，可完成对铅酸蓄电池组和镍镉电池组的智能化充电。同时也可在微控制器(10)的控制下，对需要放电的蓄电池组经过直流馈电电路(6)，输送到带平衡电抗器的双反星相控变流电路(3)，逆变为三相交流电，在隔离变压(2)变压后，通过交流馈电电路(1)回送到交流电网，实现三相有源逆变智能化放电。
本实用新型的特点是：微控制器(10)具有根据蓄电池实际技术状况，在充电过程中，通过相控变流电路(3)，自动调整充电电流的智能化充电控制功能。同时在微控制器(10)的智能化控制下，实现了同一个带平衡电抗器的双反星多相相控变流电路，具有智能化充电和三相有源相控逆变智能化放电功能。使该机具有结构简单、运行可靠，操作简便、充电效率高、充电时间短、三相有源逆变放电能量回收、节能效果好等显著特点。
本实用新型的特征是：参见附图一，交流馈电电路(1)由三相空气自动开关K1、交流接触器JC和固态继电器SSR组成。微控制器(10)通过接线端子(5)驱动固态继电器SSR，可以接通或断开智能充-放电机与三相交流电源之间的连接。
参见附图一，隔离变压器(2)，是带平衡电抗器的双反星五柱特殊变流变压器。隔离变压器(2)主要由铁芯、网侧线圈(L1、L2、L3)、阀侧线圈(L4、L5、L6、L7、L8、L9)、电抗器线圈(L10)组成。
参见附图二，相控变流电路(3)，由晶闸管(SCR1-6)和快速容断器(RD1-6)组成。接线端子6、7、8、10、11、12，与隔离变压器(2)(参见附图一)的阀侧接线端子6、7、8、10、11、12分别相连接。接线端子10与隔离变压器(2)(参见附图一)的平衡电抗器线圈中点接线端子10连接。
参见附图三，电压取样电路(5)由电位器W1、W2运算放大器U20、电阻R1、R2、R3、R4、R5和交流接触器JC1-4、JC2-4组成。
充电时，电压取样由电位器W1分压，经交流接触器JC1-4，由接线端子22输出到微控制器(10)的F/V1电路输入端22，完成充电时的电压取样。
放电时，电压取样由电位器W2分压，经由运算放大器U20、电阻器R1、R2、R3、R4、R5组成的反相器反相后，通过交流接触器JC2-4，由接线端子22输出到微控制器(10)的F/V1电路输入端22，完成放电时的电压取样。
参见附图二，电流取样电路(4)，由直流分流器RFZ组成。电流信号由接线端子13与微控制器(10)的F/V2电路输入端13连接。
参见附图三，直流馈电电路(6)，由交流接触器JC1-1、JC1-2、JC2-1、JC2-2、JC1-3、JC2-3、转换开关K3、固态继电器SSR1、SSR2组成。
充电时，相控变流电路(3)(参见附图二)正极输出接线端子15与接线端子15连接，经流接触器JC1-1，通过接线端子23和蓄电池组的正极连接；相控变流电路(3)的负极输出接线端子14，与接线端子14连接，经交流接触器JC1-2，由输出端子24与蓄电池负极连接，完成充电的直流馈电。
放电时，蓄电池组的正极由接线端子23输入，经过交流接触器JC2-1，由接线端子14与相控整流电路(3)(参见附图二)接线端子14连接；蓄电池组的负极由接线端于24输入，经过交流接触器JC2-2，由接线端子15与相控整流电路(3)(参见附图二)的接线端子15连接，完成放电时的直流馈电。
参见附图四，微控制器(10)主要由U1(89C51)、U2(373)、U3(8254)、U4(8254)、U5(8254)和F/V等电路组成。U3(8254)和F/V1组成16Bit积分式电压模数转换电路，与F/V2组成16Bit积分式电流模数转换电路。U4(8254)、U5(8254)用于产生六相晶闸管的移相触发脉冲，触发脉冲通过驱动器U6、U7、U8、U9、U10、U11，由接线端子16、17、18、19、20、21与驱动电路(见附图七)连接，经驱动电路隔离放大，产生足够的输出功率和输出电平，驱动六个晶闸管，完成移相变流。
参见附图七，驱动电路由光电耦合器OP、三极管T1、电阻器R8、R9、R10、R11组成。微控制器(10)产生的触发脉冲，由接线端子(参见附图四)16、17、18、19、20、21输入，由光电耦合器OP隔离后，经T1放大，从接线端子160、170、180、190、200、210输出，与相控变流电路(3)(参见附图二)的160、170、180、190、200、210接线端子连接。
参见附图四，微控制器中U1(89C51)的P1.3，经驱动器U12，从接线端子5与交流馈电电路(1)中的固态继电器SSR驱动端子5连接，通过固态继电器SSR，驱动交流接触器JC，接通或断开隔离变压器(2)与三相交流电网的连接，完成交流回路的馈电。微控制器中U1(89C51)的P1.4，经驱动器U13，从接线端子26与直流馈电电路(6)中的固态继电器SSR1、SSR2驱动接线端子26连接，通过固态继电器SSR1,SSR2驱动交流接触器JC1(充电时)或JC2(放电时)接通或断开蓄电池组与充-放电机的连接，完成直流回路的馈电。
参见附图五，多功能人机交互接口(7)，由U14(89C51)控制的动态扫描显示电路(8)和按键扫描电路(9)组成，完成充-放电机的显示输出和操作指令输入，同时还完成电子时钟、电量计、安时计等辅助控制功能。与微控制器CPU组成由双工串行通讯连接于一个系统的资源共享、并行工作的双CPU控制系统，微控制器(10)的CPU主要担负系统适时控制功能，人机交互接口(8)的CPU主要完成辅助控制功能。采用双CPU技术方案，大幅度减轻了微控制器(10)CPU的工作负担，使系统可以在较低的系统时钟频率下，高质量地完成充-放电机的适时控制，提高了控制系统的抗干扰能力和可靠性。
参见附图六，控制系统电源采用500L超微型电源模块，使控制系统有AC90V-AC260V的极宽电压动态范围，大幅度提高了控制系统的可靠性。
本实用新型与现有技术比，显著的特点是：采用带平衡电抗器的双反星变流电路，在采用较低系统时钟频率的双CPU嵌入式微控制系统的控制下，集多相晶闸管相控智能化充电和有源三相逆变智能化放电于一机，具有结构简单、工作可靠、技术指标先进、操作简便、节电率高于30％等显著优点。
Claims (4)
1、一种主要用于铁路系统中对铅酸蓄电池组和镍隔蓄电池组初充电和补充充电的智能充-放电机。它是由微控制器(10)、交流馈电电路(1)、隔离变压器(2)、相控变流电路(3)、电流取样电路(4)、电压取样电路(5)、直流馈电电路(6)和人机交互接口(7)、显示器(8)、键盘(9)组成。
本实用新型的特征是：由交流馈电电路(1)，将三相380V交流电源与隔离变压器(2)连接，经过隔离变压器(2)变压，输入到带平衡电抗器的双反星相控变流电路(3)整流，经过直流馈电电路(6)与蓄电池组连接，在微控制器(10)的智能化控制下，可完成对铅酸蓄电池组和镍镉蓄电池组的初充电和补充充电。也可在微控制器(10)的智能化控制下，对需要放电的蓄电池组经过直流馈电电路(6)，连接到相控变流电路(3)，有源逆变为三相交流电，在隔离变压(2)变压后，通过交流馈电电路(1)回送到交流电网，实现采用带平衡电抗器的双反星变流电路三相有源逆变智能化放电。
2、按权利要求1所述的充-放电机，其特征是：电压取样电路(5)，由电位器W1、W2、运算放大器U20、电阻器R1、R2、R3、R4、R5和交流接触器JC1-4、JC2-4组成。
充电时，电压取样由电位器W1分压，经交流接触器JC1-4，由接线端子22输出到微控制器(10)的F/V1电路输入端子22，由F/V1电路将输入的模拟电压转换成频率随输入模拟电压成线性变化的TTL脉冲信号，经微控制器(10)的U3(8254)完成16Bit积分式模数转换，实现充电过程中的电压检测。
放电时，电压取样由电位器W2分压，经由运算放大器U20、电阻器R1、R2、R3、R4、R5组成的反相器反相后，通过交流接触器JC2-4，由接线端子22输出到微控制器的F/V1电路输入端子22，由F/V1电路将输入的模拟电压转换成频率随输入模拟电压成线性变化的TTL脉冲信号，经微控制器(10)的U3(8254)完成16Bit积分式模数转换，实现放电过程中的电压检测。
3、按权利要求1所述的充-放电机，其特征是：直流馈电电路(6)，由交流接触器JC1-1、JC1-2、JC2-1、JC2-2、JC1-3、JC2-3、转换开关K3、固态继电器SSR1、SSRR2组成。
充电时，相控变流电路(3)正极输出接线端子15，与直流馈电电路(6)输入接线端子15连接，经交流接触器JC1-1，从接线端子23与蓄电池组的正极连接。相控变流电路(3)的负极接线端子14，经过电流取样电路(4)，与直流馈电电路(6)输入接线端子14连接，经JC1-2由充放电机的负极输出接线端子24与蓄电池负极连接；放电时，蓄电池组的正极与直流馈电电路(6)接线端子23连接，经交流接触器JC2-1，从接线端子14，与相控变流电路(3)的负极接线端子14连接。蓄电池组的负极与直流馈电电路(6)接线端子24连接，经交流接触器JC2-2，由接线端子15与相控变流电路(3)的正极接线端子15连接，实现充-放电机与蓄电池组的直流馈电。
4、按权利要求1所述的充-放电机，其特征是：控制系统由微控制器(10)和多功能人机交互接口(7)、显示电路(8)和按键(9)组成。微控制器(10)的串行口接线端子27、28，与人机交互接口(7)的串行口接线端子28、27分别连接，组成由双工串行通讯接口连接成一个系统的资源共享、分任务并行工作的双CPU嵌入式微处理器控制系统。人机交互接口(7)和显示电路(8)、按键(9)，主要完成充-放电机的显示输出和操作指令输入、电子时钟、电量计、安时计等辅助控制功能。微控制器(10)主要担负充-放电系统适时控制功能。采用双CPU技术方案，大幅度减轻了微控制器(10)CPU的工作负担，使控制系统可以在较低的系统时钟下频率下，高质量地完成充-放电机的适时智能化控制，提高了控制系统的抗干扰能力和可靠性。
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