專利名稱：微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及礦用充電設(shè)備，特別是用于全密封免維護(hù)礦燈充電的一種高精度穩(wěn)壓的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓的礦燈充電架。
目前國(guó)內(nèi)普通使用的酸性礦燈恒壓充電架，大多用可控硅改變磁飽和穩(wěn)壓器的激磁電流實(shí)現(xiàn)充電電壓穩(wěn)壓控制，這種充電架對(duì)于現(xiàn)有的礦燈是可用的，它能在15～150A充電電流范圍內(nèi)，充電電壓基本達(dá)到5±0.1V。當(dāng)充電電流小于10A以下時(shí)已難于穩(wěn)住電壓，甚至失去穩(wěn)壓能力。
全密封免維護(hù)礦燈是近年來(lái)我國(guó)新研制出來(lái)的一種新型專利產(chǎn)品，它具有體積小，重量輕、自放電小、壽命長(zhǎng)、免維護(hù)的特點(diǎn)，是目前普遍使用的酸性礦燈的更新?lián)Q代產(chǎn)品。但是，全密封免維護(hù)礦燈內(nèi)阻小、充電過(guò)壓承受能力低，因此對(duì)充電架的電壓穩(wěn)定度有很高的要求，要求能在5～200A充電電流變化范圍內(nèi)，充電電壓應(yīng)穩(wěn)定在4.8V±0.05V。用現(xiàn)有的礦燈恒壓充電架充電，達(dá)不到全密封免維護(hù)礦燈的要求，容易造成礦燈損壞和縮短使用壽命，因而，極大地阻礙了這種新型礦燈的推廣與使用，也影響了這種產(chǎn)品的出口。
目前普通使用的礦燈恒壓充電架，電壓穩(wěn)定性差的原因在于，流過(guò)磁飽和激磁回路的電流不是單純的可控硅調(diào)制的100Hz直流脈動(dòng)電流，而是三相交流電壓信號(hào)與可控硅調(diào)制的直流脈動(dòng)電壓信號(hào)相疊加的、復(fù)雜的、不穩(wěn)定的激磁電壓；其次是充電電壓為三相半波整流電壓，采樣電壓信號(hào)波汶系數(shù)高，用通常的電壓比較器采樣存在著較大偏差，難于獲得更高的電壓穩(wěn)壓度；第三，現(xiàn)有的磁飽和電抗器穩(wěn)壓器，負(fù)荷越輕，交流壓降越小，最終失去穩(wěn)壓作用。
中國(guó)《實(shí)用新型專利公報(bào)》第9卷、第21號(hào)公開(kāi)了名稱是“礦燈充電微機(jī)控制裝置”的專利，其專利號(hào)ZL92230116.6、公告號(hào)CN2134741Y、申請(qǐng)日92.6.30。它的目的是設(shè)計(jì)一種穩(wěn)壓性能好，適合對(duì)多臺(tái)充電架進(jìn)行巡回檢測(cè)集中控制，使充電架穩(wěn)壓智能化，并便于舊設(shè)備技術(shù)改造；其構(gòu)成是單片機(jī)經(jīng)I／O擴(kuò)展電路、光電耦合器接充電回路的穩(wěn)壓控制元件，接自充電主回路輸出端的采樣接線端經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器、A／D轉(zhuǎn)換器或V／F變換器，接至單片機(jī)，接單片機(jī)的還有過(guò)零信號(hào)電路。其不足之處是激磁回路采用可控硅調(diào)制的直流脈動(dòng)電壓，充電電壓穩(wěn)定度低，磁飽和電抗器充電主回路在輕負(fù)荷時(shí)，失去穩(wěn)壓作用的問(wèn)題仍不能解決。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足之處，而提供一種磁飽和穩(wěn)壓器的激磁電流不再使用可控硅調(diào)制的直流脈動(dòng)電流，而是使用電子開(kāi)關(guān)脈沖調(diào)制直流穩(wěn)定電流，通過(guò)提高激磁頻率和調(diào)制精度，而大大改善充電電路的穩(wěn)壓特性，能滿足全密封免維護(hù)礦燈充電要求的高穩(wěn)定度微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓的礦燈充電架。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)目的可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到在有礦燈充電磁飽和穩(wěn)壓主回路和激磁回路，由單片機(jī)16、V／F轉(zhuǎn)換器12、數(shù)字鎖存／譯碼／驅(qū)動(dòng)器22、數(shù)字顯示器8、穩(wěn)壓電源20組成的自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路，以及充電架架身構(gòu)成的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架中，其激磁回路中接有脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電路，及調(diào)制速率控制電路15，有提高低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)穩(wěn)壓精度的低負(fù)荷自動(dòng)加載電路。
本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)目的還可以通過(guò)以下措施來(lái)達(dá)到其低負(fù)荷自動(dòng)加載電路由單片機(jī)16經(jīng)繼電器驅(qū)動(dòng)電路14，接繼電器17，繼電器17的接點(diǎn)、假負(fù)載18串接后并聯(lián)在充電主回路輸出端。
其調(diào)制速率控制電路15是壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出端接單片機(jī)，壓控振蕩器輸入端接改變振蕩周期的調(diào)節(jié)電位器。
其脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)元件為V－MOS功率器件13，該器件的續(xù)流二極管與磁飽和電抗器BK的激磁線圈相并聯(lián)。
其穩(wěn)壓主回路中的充電電壓調(diào)節(jié)器由撥碼開(kāi)關(guān)9及其相應(yīng)電路組成。
其自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路的電路板，外形、安裝尺寸與現(xiàn)有恒壓礦燈充電架的穩(wěn)壓控制電路板相一致。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)①使用了單片微處理機(jī)，采用全數(shù)字化數(shù)據(jù)處理、控制技術(shù)，技術(shù)先進(jìn)，穩(wěn)壓精度高，工作穩(wěn)定可靠。解決了現(xiàn)有充電架穩(wěn)壓精度低，無(wú)法滿足全密封免維護(hù)礦燈充電性能的問(wèn)題。
②采用低負(fù)荷自動(dòng)加載電路，克服了現(xiàn)有充電架小負(fù)荷充電狀態(tài)不穩(wěn)壓的問(wèn)題。
③使用數(shù)字給定、數(shù)字顯示電路，準(zhǔn)確、方便、實(shí)用。
④可對(duì)現(xiàn)有恒壓礦燈充電架進(jìn)行技術(shù)改造，提高其性能。
附圖的圖面說(shuō)明如下

圖1本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖主視圖圖2本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖側(cè)視圖圖3本實(shí)用新型主回路與微機(jī)控制部分的接線圖圖4本實(shí)用新型微機(jī)控制部分的電氣原理框圖圖5低負(fù)荷自動(dòng)加載電路、調(diào)制速率控制電路的電氣原理圖本實(shí)用新型
以下結(jié)合附圖作進(jìn)一步的詳述
圖1、2為本實(shí)用新型安裝結(jié)構(gòu)示意圖。其中4為主電源變壓器ZB，3為三相半波整流二極管D，5為磁飽和電抗器BK，7為快速熔斷管RD，2為快速熔斷片KRD，11為主回路輸入電電源控制開(kāi)關(guān)K1，10為自動(dòng)穩(wěn)壓與手動(dòng)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)K2，以上部分與現(xiàn)在使用的磁飽和式酸性礦燈充電架結(jié)構(gòu)、尺寸、電氣參數(shù)、安裝位置完全相同。A、B、C為380V三相交流電源的接線端子，＋、－端子為輸出的充電電壓端。
本實(shí)用新型的微機(jī)自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路板1一塊，安裝位置與原充電架位置相同，原裝置為控制、電源兩塊電路板，去掉原裝置中的中間兩個(gè)導(dǎo)軌，新板可直接插入。
原有的控制變壓器FB，即6，僅有一個(gè)次級(jí)繞組，需要換成50W雙次級(jí)繞組的變壓器，其中12V繞組為控制電路工作電源，另一個(gè)15V繞組為激磁回路工作電源，初級(jí)繞組仍然為380V。安裝位置與現(xiàn)有的磁飽和式酸性礦燈充電架相同。
充電電壓數(shù)字顯示器8、基準(zhǔn)電壓給定撥碼開(kāi)關(guān)9則安裝在充電架前面盤(pán)上。
圖3示出微機(jī)控制部分與主回路接線。
圖4示出本實(shí)用新型微機(jī)控制部分的電氣原理。各主要環(huán)節(jié)及工作原理如下①單片微處理機(jī)由CPU(16)80C31、地址鎖存器(21)74HC373和程序存儲(chǔ)器(22)27C64構(gòu)成一個(gè)單片微處理機(jī)最小系統(tǒng)；三位數(shù)字顯示器數(shù)據(jù)由80C31－P0口輸出，兩位BCD碼撥碼開(kāi)關(guān)由80C31－P1口輸入，采樣電路輸出信號(hào)由80C31－P3.4口輸入，調(diào)制速率脈沖信號(hào)由80C31－P3.5口輸入，磁飽和電抗器的激磁電壓控制信號(hào)由80C31－P3.7口輸出，低負(fù)荷加載電路14的控制信號(hào)由80C31－P3.3口輸出。三個(gè)芯片均采用功耗小的MOS結(jié)構(gòu)芯片。80C31外接6MHz晶體振蕩器。
②采樣電路采樣電路12由精密電壓／頻率轉(zhuǎn)換器LM331及外圍電阻器、電容器構(gòu)成，調(diào)整有關(guān)器件參數(shù)使每1V電壓輸出頻率為1000Hz。采樣周期為0.1秒，采樣精度可達(dá)到±0.01V。采用V／F轉(zhuǎn)換電路，不僅便于與單片機(jī)聯(lián)接，又減小了采樣電壓信號(hào)波動(dòng)對(duì)采樣精度的影響。
③基準(zhǔn)電壓給定電路9起原充電電壓調(diào)節(jié)器的作用，它由兩個(gè)BCD碼撥碼開(kāi)關(guān)和一個(gè)置入鍵組成，其一端分別接80C31的P1.0～P1.7，其另一端共同接地。高位撥碼開(kāi)關(guān)每一位代表1V，低位撥碼開(kāi)關(guān)每一位代表0.1V，高位撥碼開(kāi)關(guān)僅用了低三位，給定電壓可從0.1V直至7.9V范圍內(nèi)設(shè)定。為了避免撥碼開(kāi)關(guān)在撥動(dòng)過(guò)程中的數(shù)值跳變，造成充電電不應(yīng)有的波動(dòng)，增加了一個(gè)置入鍵；不按置入鍵，單片機(jī)不從基準(zhǔn)電壓給定電路中取值，改變電壓設(shè)置時(shí)，先撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)，當(dāng)基準(zhǔn)電壓設(shè)置正確后，再按置入鍵，將基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)輸入單片機(jī)。初始上電時(shí)，單片機(jī)直接從P1口獲取基準(zhǔn)電壓值，無(wú)需按置入鍵。
④電子開(kāi)關(guān)磁飽和電抗器的激磁電壓源，為濾波后的較為穩(wěn)定的直流電源，其激磁電流的大小由串接在激磁回路中的電子開(kāi)關(guān)13改變輸出脈沖電壓的占空比而實(shí)現(xiàn)的。占空比可在1／1024～1范圍內(nèi)調(diào)整。當(dāng)充電電壓高于基準(zhǔn)電壓時(shí)，增大電子開(kāi)關(guān)13的導(dǎo)通時(shí)間，反之則減小電子開(kāi)關(guān)13的導(dǎo)通時(shí)間。電子開(kāi)關(guān)采用工作頻率高、導(dǎo)通電阻小的V－MOS功率器件IRF54160V／27A／125W。其柵極經(jīng)電阻R151K接80C31的P3.7口。V－MOS功率器件的續(xù)流二極管與磁飽和電抗器BK的激磁線圈并聯(lián)，其型號(hào)為1N5404。
⑤數(shù)字顯示電路數(shù)字顯示電路由三個(gè)CC4511鎖存／譯碼／驅(qū)動(dòng)器芯片23和三位LED數(shù)碼管8組成，用于顯示礦燈充電架的充電電壓值，其中低二位為小數(shù)位電壓顯示器，高位為整數(shù)位顯示，顯示范圍從0.01～9.99V，顯示精度為0.01V。
⑥低負(fù)荷加載電路低負(fù)荷加載電路由驅(qū)動(dòng)電路14、執(zhí)行繼電器17、假負(fù)載18三部分構(gòu)成。如圖5所示驅(qū)動(dòng)電路14由兩級(jí)放大器組成，四運(yùn)放LM324中的A1與外圍元件R2～5、C1構(gòu)成第一級(jí)，A1的輸入端負(fù)極接80C31的P3.3口；三極管BG1作驅(qū)動(dòng)級(jí)，其集電極接執(zhí)行繼電器17；假負(fù)載18由一組可流過(guò)10～15A的電爐絲構(gòu)成，它與繼電器17的接點(diǎn)串接后并聯(lián)在充電主回路的輸出端。當(dāng)充電電路輸出電流小于一定值時(shí)，為保證充電電壓的穩(wěn)定，自動(dòng)接入假負(fù)載。假負(fù)載什么時(shí)候接入、什么時(shí)候斷開(kāi)由單片機(jī)判斷處理。需加載時(shí)，單片機(jī)P3.3口輸出一個(gè)信號(hào)，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路14、驅(qū)動(dòng)繼電器17吸合，將假負(fù)載18加入。上述元件舉例型號(hào)如下R210KΩ、R3100KΩ、R430KΩ、R510KΩ、C10.1μf、BG19014、D11N4001。
⑦調(diào)制速率控制電路15使用磁飽和穩(wěn)壓的充電電路，輸出電壓的變化滯后于激磁回路電壓的變化；過(guò)快的調(diào)整激磁回路的電壓通常會(huì)造成輸出電壓波動(dòng)，難于獲得較高的電壓穩(wěn)定度，這是現(xiàn)有恒壓充電架輸出電壓穩(wěn)定性差的一個(gè)原因。本實(shí)用新型增加了調(diào)制速率控制電路15，用以外部調(diào)制脈沖信號(hào)的速率，使采樣電壓的變化與激磁回路的調(diào)制同步，以獲得穩(wěn)定的輸出。該電路實(shí)質(zhì)是一個(gè)頻率可調(diào)的脈沖振蕩器，該振蕩器采用壓控振蕩器有頻率調(diào)節(jié)范圍很寬的優(yōu)點(diǎn)。舉例的電路由四運(yùn)放LM324中的兩只運(yùn)放A2、A3與外圍元件R6～R13、C2、BG2及調(diào)節(jié)電位器W1構(gòu)成。如圖5所示。調(diào)整W1，即可改變壓控振蕩器的振蕩周期。壓控振蕩器輸出的脈沖信號(hào)經(jīng)P3.5口輸入單片機(jī)。單片機(jī)按照輸入脈沖信號(hào)周期控制采樣比較電路與調(diào)制電路基本同步。電路各元件的型號(hào)舉例如下W110KΩ、R6100KΩ、R7～R1051KΩ、R11100KΩ、R1210KΩ、R1351KΩ、C22.2μf、BG29013。
⑧電源電路磁飽和電抗器激磁回路電源由控制變壓器次級(jí)交流15V，經(jīng)全波整流、濾波后供給；控制電路的穩(wěn)壓電路19由控制變壓器次級(jí)交流12V，經(jīng)整流、濾波，再經(jīng)9V／5V兩級(jí)集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電源電路供給。
權(quán)利要求1.一種微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，有礦燈充電磁飽和穩(wěn)壓主回路和激磁回路，由單片機(jī)(16)、V/F轉(zhuǎn)換器(12)、數(shù)字鎖存/譯碼/驅(qū)動(dòng)器(22)、數(shù)字顯示器(8)、穩(wěn)壓電源(20)組成的自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路，以及充電架架身，其特征在于激磁回路中接有脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電路，及調(diào)制速率控制電路(15)，有用于提高低負(fù)荷狀態(tài)時(shí)穩(wěn)壓精度的低負(fù)荷自動(dòng)加載電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，其特征在于所說(shuō)的低負(fù)荷自動(dòng)加載電路由單片機(jī)(16)經(jīng)繼電器驅(qū)動(dòng)電路(14)，接繼電器(17)，繼電器(17)的接點(diǎn)、假負(fù)載(18)串接后并聯(lián)在充電主回路的輸出端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，其特征在于所說(shuō)的調(diào)制速率控制電路(15)是壓控振蕩器，壓控振蕩器輸出端接單片機(jī)，壓控振蕩器輸入端接改變振蕩周期的調(diào)節(jié)電位器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，其特征在于所說(shuō)的脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)元件為V－MOS功率器件(13)，該器件的續(xù)流二極管與磁飽和電抗器(BK)的激磁線圈相并聯(lián)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，其特征在于所說(shuō)的穩(wěn)壓主回路中的充電電壓調(diào)節(jié)器為撥碼開(kāi)關(guān)(9)及其相應(yīng)電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)控制自動(dòng)穩(wěn)壓礦燈充電架，其特征在于所說(shuō)的自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路的電路板，外形、安裝尺寸與現(xiàn)有恒壓礦燈充電架的穩(wěn)壓控制電路板相一致。
專利摘要本實(shí)用新型屬于礦用充電設(shè)備，專用于全密封免維護(hù)礦燈充電的高穩(wěn)壓精度的微機(jī)控制礦燈充電架。由磁飽和穩(wěn)壓主回路、激磁回路和自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路組成，自動(dòng)穩(wěn)壓控制電路由單片機(jī)、V/F轉(zhuǎn)換器、數(shù)字鎖存譯碼驅(qū)動(dòng)器、數(shù)字顯示器、接在激磁回路中的脈沖調(diào)制開(kāi)關(guān)電路以及調(diào)制速率控制電路、低負(fù)荷自動(dòng)加載電路構(gòu)成。全數(shù)字化處理控制，技術(shù)先進(jìn)，工作穩(wěn)定可靠，穩(wěn)壓精度高，調(diào)定顯示準(zhǔn)確，也適于對(duì)現(xiàn)有充電架改造。
文檔編號(hào)H02J7/10GK2172542SQ9323181
公開(kāi)日1994年7月20日 申請(qǐng)日期1993年9月11日 優(yōu)先權(quán)日1993年9月11日
發(fā)明者曹曰明, 皇甫均, 劉海珍 申請(qǐng)人:濰坊華寶煤礦設(shè)備有限公司