一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，通過(guò)利用太陽(yáng)電池陣列將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能。經(jīng)過(guò)升壓、變頻后輸出三相交流電壓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水泵負(fù)載，完成向水塔儲(chǔ)水，包括光伏揚(yáng)水控制器，光伏陣列、水泵、電機(jī)，光伏揚(yáng)水控制器包括：控制芯片、功率調(diào)節(jié)電路、三相橋式逆變電路、驅(qū)動(dòng)電路、三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路、電壓檢測(cè)電路、電流檢測(cè)電路、過(guò)流保護(hù)電路、打干保護(hù)電路。
【專利說(shuō)明】一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種利用新能源進(jìn)行取水系統(tǒng)，具體為一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)生產(chǎn)的日益發(fā)展，對(duì)能源的需求量不斷增長(zhǎng)，全球范圍內(nèi)的能源危機(jī)也日益突出。地球中的化石能源是有限的，總有一天會(huì)被消耗殆盡。隨著化石能源的減少，其價(jià)格也會(huì)提高，這將會(huì)嚴(yán)重制約生產(chǎn)的發(fā)展和人民生活水平的提高。因此太陽(yáng)能發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越受到重視，干凈的太陽(yáng)能成為再生的替代能源。
[0003]近年來(lái)太陽(yáng)能光伏水泵愈來(lái)愈被人們確認(rèn)為當(dāng)今世界上陽(yáng)光豐富地區(qū)，尤其是缺電無(wú)電的邊遠(yuǎn)地區(qū)最具吸引力的供水手段，利用隨處可取且取之不竭的太陽(yáng)能資源實(shí)現(xiàn)高經(jīng)濟(jì)性和高可靠性的供水。水泵全自動(dòng)日出而作，日落而歇，無(wú)需人員看管，維護(hù)工作量可降至最低，是理想的、經(jīng)濟(jì)、可靠和環(huán)保效益的綠色能源高技術(shù)產(chǎn)品。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有能源短缺問(wèn)題從而造成邊遠(yuǎn)地區(qū)灌溉能力不足，提供一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，通過(guò)利用太陽(yáng)電池陣列將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)變成電能。經(jīng)過(guò)升壓、變頻后輸出三相交流電壓，驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水泵負(fù)載，完成向水塔儲(chǔ)水。
[0005]本實(shí)用新型所采取的技術(shù)方案是這樣的:一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，包括光伏揚(yáng)水控制器，分別與所述光伏揚(yáng)水控制器電控連接的:
[0006]光伏陣列，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；水泵，用于揚(yáng)水；電機(jī)，所述電機(jī)為直流永磁無(wú)刷電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述水泵；
[0007]其特征在于:所述光伏揚(yáng)水控制器包括:
[0008]控制芯片；所述控制芯片與所述光伏陣列相連接，采集所述光伏陣列輸出的電壓和電流；
[0009]功率調(diào)節(jié)電路；所述功率調(diào)節(jié)電路分別與所述控制芯片和所述光伏陣列電控連接，用于使所述光伏陣列輸出最大功率；
[0010]三相橋式逆變電路，所述三相橋式逆變電路與所述功率調(diào)節(jié)電路的輸出端電控連接，所述三相橋式逆變電路的輸出端分別與所述電機(jī)的三相電控連接，用于將所述光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電；
[0011 ] 驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路分別連接所述控制芯片和所述三相橋式逆變電路，所述控制芯片通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述三相逆變電路的功率器件；
[0012]三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，所述三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電分別與所述控制芯片和所述電機(jī)連接，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲得準(zhǔn)確的換相信息；
[0013]電壓檢測(cè)電路，所述電壓檢測(cè)電路與所述控制芯片電控連接；
[0014]電流檢測(cè)電路，所述電流檢測(cè)電路與所述控制芯片電控連接；
[0015]過(guò)流保護(hù)電路，所述過(guò)流保護(hù)電路分別與所述控制芯片和所述電機(jī)相連接，用于保護(hù)所述電機(jī)；
[0016]打干保護(hù)電路，所述打干保護(hù)電路分別與所述控制芯片和所述電機(jī)相連接，用于檢測(cè)水位，控制電機(jī)啟停。
[0017]進(jìn)一步的，所述控制芯片為PIC16F877A單片機(jī)，PIC16F877A單片機(jī)引腳上輸出脈寬和頻率可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
[0018]進(jìn)一步的，所述功率調(diào)節(jié)電路為DC/DC升壓電路。
[0019]進(jìn)一步的，所述三相橋式逆變電路為星形繞組接法的全控橋式電路，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分別抱愧具有繞組開(kāi)通關(guān)斷能力的MOSET管以及快速恢復(fù)二極管，MOSET管為 IRF840，VT1、VT3、VT5 為上橋臂、VT4、VT6、VT2 為下橋臂，上橋臂 VT1、VT3、VT5 的 MOSET開(kāi)關(guān)管的漏極共同連接在功率調(diào)節(jié)電路輸出端的正極，下橋臂VT4、VT6、VT2的MOSET開(kāi)關(guān)管的源級(jí)與功率調(diào)節(jié)電路輸出端的負(fù)極相連接，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接在MOSET開(kāi)關(guān)管的柵極上。
[0020]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)電路為IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，所述控制芯片產(chǎn)生的PWM信號(hào)輸入給IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過(guò)功率放大之后驅(qū)動(dòng)所述三相橋式逆變電路的MOSET管。[0021 ] 進(jìn)一步的，三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)比較器LM339及其外圍電路反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。
[0022]進(jìn)一步的，所述過(guò)流保護(hù)電路包括:采樣電阻，采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；信號(hào)放大器LF353，用于放大電壓信號(hào)；比較器LM339，用于將放大后的電壓信號(hào)與設(shè)定的過(guò)流值相比較，與非門⑶4011，用于封鎖MOSFET的輸入信號(hào)。
[0023]進(jìn)一步的，所述打干保護(hù)電路包括三根導(dǎo)線WH、CM、WL接至水中，WH所在的水位最高，WL的水位居中，CM為公共端在最底端，WH接+12V電壓，如果井中的水位超過(guò)WH，貝IjWH與CM之間通過(guò)水直接導(dǎo)通，+12V電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓使LM358的7腳輸出高電平，I腳輸出高電平，使光耦0PT0IS01導(dǎo)通，控制芯片檢測(cè)到高電平，當(dāng)水位下降到WH以下時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)光耦已經(jīng)導(dǎo)通，所以CM與WL仍然通過(guò)水導(dǎo)通，+12V的分壓結(jié)果仍然使LM324的7腳輸出高，I腳仍輸出高電平，送給控制芯片的電平信號(hào)不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降到WL以下時(shí)，CM與WL斷開(kāi)，CM端的電壓變低，使LM324的7腳輸出為低電平，I腳輸出變低，光藕0PT0IS01關(guān)閉，控制芯片檢測(cè)到低電平表示這時(shí)水已經(jīng)打干，需要停機(jī)蓄水，停機(jī)一段時(shí)間后，水位會(huì)逐漸上升，當(dāng)水位上升至WL時(shí)，光耦仍不導(dǎo)通，控制芯片仍然會(huì)檢測(cè)到低電平，直至水位上升至WH時(shí)，光耦才重新導(dǎo)通，單片機(jī)才能檢測(cè)到高電平WL是水泵停機(jī)的水位，而WH是水泵開(kāi)機(jī)的水位，WH和WL之間存在一個(gè)水位差，構(gòu)成水位檢測(cè)的滯環(huán)。
[0024]本實(shí)用新型的有益效果是:光伏陣列是能源供給部分，它可以把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能，本實(shí)用新型采用的是由24片單晶硅電池片組成的輸出功率為48W的太陽(yáng)能組件，光伏揚(yáng)水控制器包括DC/DC升壓電路、PIC16F877A單片機(jī)、功率調(diào)節(jié)電路、三相逆變電路以及過(guò)流、打干保護(hù)電路，輸出三相交流電壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)和水泵工作，所述電機(jī)選用德州儀器提供的YPl 12系列的直流永磁無(wú)刷電機(jī)，此直流永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)既具有交流電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便等一系列優(yōu)點(diǎn)，又具有普通的直流電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行效率高、勵(lì)磁損耗小以及調(diào)速性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)，所述水泵選用容積式正位移水泵，此水泵適用于功率不是很大、用戶要求的揚(yáng)程較高但流量較小的揚(yáng)水系統(tǒng)，此系統(tǒng)無(wú)需電網(wǎng)，安裝簡(jiǎn)單，日出而作、日落而歇，無(wú)需人員監(jiān)控和故障監(jiān)測(cè)，選用直流無(wú)刷電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，外圍電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，光伏陣列工作點(diǎn)的TMPPT跟蹤選用改進(jìn)型變步長(zhǎng)增量法，從而大大提高了系統(tǒng)的工作效率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1是本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0026]圖2是本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的硬件組成框圖；
[0027]圖3是本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的控制芯片的外圍電路圖；
[0028]圖4為本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的三相橋式逆變電路的電路圖；
[0029]圖5為本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的打干保護(hù)電路的電路圖；
[0030]圖6為本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的打干保護(hù)的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0032]如圖1-圖6所示，本實(shí)用新型系統(tǒng)的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，包括光伏揚(yáng)水控制器，分別與光伏揚(yáng)水控制器電控連接的:
[0033]光伏陣列，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；水泵，用于揚(yáng)水；電機(jī)，電機(jī)為直流永磁無(wú)刷電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)水泵；
[0034]光伏揚(yáng)水控制器包括:控制芯片；控制芯片與光伏陣列相連接，采集光伏陣列輸出的電壓和電流；
[0035]功率調(diào)節(jié)電路；功率調(diào)節(jié)電路分別與控制芯片和光伏陣列電控連接，用于使光伏陣列輸出最大功率；
[0036]三相橋式逆變電路，三相橋式逆變電路與功率調(diào)節(jié)電路的輸出端電控連接，三相橋式逆變電路的輸出端分別與電機(jī)的三相電控連接，用于將光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電；
[0037]驅(qū)動(dòng)電路，驅(qū)動(dòng)電路分別連接控制芯片和三相橋式逆變電路，控制芯片通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)三相逆變電路的功率器件；
[0038]三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電分別與控制芯片和電機(jī)連接，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲得準(zhǔn)確的換相信息；
[0039]電壓檢測(cè)電路，電壓檢測(cè)電路與控制芯片電控連接；
[0040]電流檢測(cè)電路，電流檢測(cè)電路與控制芯片電控連接；
[0041 ] 過(guò)流保護(hù)電路，過(guò)流保護(hù)電路分別與控制芯片和電機(jī)相連接，用于保護(hù)電機(jī)；
[0042]打干保護(hù)電路，打干保護(hù)電路分別與控制芯片和電機(jī)相連接，用于檢測(cè)水位，控制電機(jī)啟停。
[0043]控制芯片為PIC16F877A單片機(jī)，PIC16F877A單片機(jī)引腳上輸出脈寬和頻率可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
[0044]功率調(diào)節(jié)電路為DC/DC升壓電路。
[0045]三相橋式逆變電路為星形繞組接法的全控橋式電路，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分別抱愧具有繞組開(kāi)通關(guān)斷能力的MOSET管以及快速恢復(fù)二極管，MOSET管為IRF840，VTl、VT3、VT5為上橋臂、VT4、VT6、VT2為下橋臂，上橋臂VT1、VT3、VT5的MOSET開(kāi)關(guān)管的漏極共同連接在功率調(diào)節(jié)電路輸出端的正極，下橋臂VT4、VT6、VT2的MOSET開(kāi)關(guān)管的源級(jí)與功率調(diào)節(jié)電路輸出端的負(fù)極相連接，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接在MOSET開(kāi)關(guān)管的柵極上。
[0046]驅(qū)動(dòng)電路為IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，控制芯片產(chǎn)生的PWM信號(hào)輸入給IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過(guò)功率放大之后驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的MOSET管。
[0047]三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)比較器LM339及其外圍電路反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。
[0048]過(guò)流保護(hù)電路包括:采樣電阻，采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；信號(hào)放大器LF353，用于放大電壓信號(hào)；比較器LM339，用于將放大后的電壓信號(hào)與設(shè)定的過(guò)流值相比較，與非門⑶4011，用于封鎖MOSFET的輸入信號(hào)。
[0049]打干保護(hù)電路包括三根導(dǎo)線WH、CM、WL接至水中，WH所在的水位最高，WL的水位居中，CM為公共端在最底端，WH接+12V電壓，如果井中的水位超過(guò)WH，則WH與CM之間通過(guò)水直接導(dǎo)通，+12V電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓使LM358的7腳輸出高電平，I腳輸出高電平，使光耦0PT0IS01導(dǎo)通，控制芯片檢測(cè)到高電平，當(dāng)水位下降到WH以下時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)光耦已經(jīng)導(dǎo)通，所以CM與WL仍然通過(guò)水導(dǎo)通，+12V的分壓結(jié)果仍然使LM324的7腳輸出高，I腳仍輸出高電平，送給控制芯片的電平信號(hào)不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降到WL以下時(shí)，CM與WL斷開(kāi)，CM端的電壓變低，使LM324的7腳輸出為低電平，I腳輸出變低，光藕0PT0IS01關(guān)閉，控制芯片檢測(cè)到低電平表示這時(shí)水已經(jīng)打干，需要停機(jī)蓄水，停機(jī)一段時(shí)間后，水位會(huì)逐漸上升，當(dāng)水位上升至WL時(shí)，光耦仍不導(dǎo)通，控制芯片仍然會(huì)檢測(cè)到低電平，直至水位上升至WH時(shí)，光耦才重新導(dǎo)通，單片機(jī)才能檢測(cè)到高電平WL是水泵停機(jī)的水位，而WH是水泵開(kāi)機(jī)的水位，WH和WL之間存在一個(gè)水位差，構(gòu)成水位檢測(cè)的滯環(huán)。
[0050]本實(shí)用新型能利用清潔無(wú)污染能源太陽(yáng)能解決偏遠(yuǎn)地區(qū)的水源短缺問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)滴灌、噴灌、滲灌等地表灌溉，此系統(tǒng)無(wú)需電網(wǎng)，安裝簡(jiǎn)單，日出而作、日落而歇，無(wú)需人員監(jiān)控和故障監(jiān)測(cè)，選用直流無(wú)刷電機(jī)做為驅(qū)動(dòng)電機(jī)，外圍電路簡(jiǎn)單，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，光伏陣列工作點(diǎn)的TMPPT跟蹤選用改進(jìn)型變步長(zhǎng)增量法，從而大大提高了系統(tǒng)的工作效率；軟件上選用單片機(jī)PIC16F877作為系統(tǒng)的主控芯片，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理與分析能力。
[0051]如圖2為本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)的硬件組成框圖，其工作過(guò)程如下:光伏電池陣列的輸出端與DC/DC升壓電路相接，單片機(jī)通過(guò)釆集光伏陣列母線的電壓值和電流值作出是否欠壓過(guò)流的判斷，如果采集到的數(shù)據(jù)符合條件，單片機(jī)將根據(jù)MPPT算法改變電壓的增量移動(dòng)方向來(lái)調(diào)整PffM信號(hào)的占空比，驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓電路的功率管導(dǎo)通，這一部分完成了最大功率點(diǎn)跟蹤控制，功率調(diào)節(jié)電路的輸出端與三相逆變橋電路相連，單片機(jī)的PWM控制信號(hào)通過(guò)由IR2130組成的功率驅(qū)動(dòng)電路控制逆變橋的六個(gè)開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使UVW三相交替導(dǎo)通使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間不斷地通過(guò)三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，獲得準(zhǔn)確的換相信息，本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)保護(hù)功能包括過(guò)流保護(hù)、打干保護(hù)，根據(jù)直流無(wú)刷電機(jī)的運(yùn)行原理，通過(guò)由6只功率管組成的三相六狀態(tài)電路的斷開(kāi)與導(dǎo)通可以控制電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，而對(duì)光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤而言，則是通過(guò)改變DC-DC升壓電路的占空比D來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
[0052](一)功率調(diào)節(jié)電路主要功能是優(yōu)化電機(jī)水泵系統(tǒng)的輸出電壓-電流，并實(shí)現(xiàn)光伏系統(tǒng)在最大功率點(diǎn)上運(yùn)行的目的，當(dāng)光照強(qiáng)度減弱時(shí)，光伏陣列輸出電壓基本保持不變，而輸出電流值會(huì)相應(yīng)地等比例下降，但對(duì)于機(jī)泵系統(tǒng)而言，隨著電流的下降電壓也會(huì)相應(yīng)地下降，因此，功率調(diào)節(jié)電路的設(shè)計(jì)可以延緩光伏陣列的工作電壓及電流隨光照強(qiáng)度下降而偏離最大功率點(diǎn)的程度，由于在啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)的瞬時(shí)速度及反電動(dòng)勢(shì)均為零，此時(shí)，DC/DC升壓電路能夠有效地將光伏系統(tǒng)輸出的多余電壓轉(zhuǎn)換為電流，光伏電池陣列的輸出端與Boost相接，單片機(jī)釆集光伏陣列母線的電壓值和電流值從而做出是否欠壓過(guò)流的判斷，采集到的數(shù)據(jù)如果符合條件，單片機(jī)將根據(jù)MPPT算法改變電壓的增量移動(dòng)方向從而調(diào)整PWM信號(hào)的占空比，通過(guò)調(diào)整占空比來(lái)驅(qū)動(dòng)DC-DC升壓電路的功率管導(dǎo)通，從而完成了最大功率點(diǎn)跟蹤控制。
[0053](二)單片機(jī)，見(jiàn)圖3，單片機(jī)通過(guò)釆集光伏陣列母線的電壓值和電流值作出是否欠壓過(guò)流的判斷，從單片機(jī)引腳上輸出脈寬和頻率可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
[0054](三)三相橋式逆變電路，見(jiàn)圖4，三相橋式逆變電路與功率調(diào)節(jié)電路的輸出端相連，IR2130組成功率驅(qū)動(dòng)電路，單片機(jī)的PWM控制信號(hào)通過(guò)此驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制六個(gè)MOSET管的導(dǎo)通與關(guān)斷，使UVW三相交替導(dǎo)通使電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)期間不斷地通過(guò)三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路檢測(cè)轉(zhuǎn)子位置，獲得準(zhǔn)確的換相信息，此部分電路如圖3所示，三相橋式逆變電路為星形繞組接法的全控橋式電路，VT1、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分別抱愧具有繞組開(kāi)通關(guān)斷能力的MOSET管以及快速恢復(fù)二極管，MOSET管為IRF840，VT1、VT3、VT5為上橋臂、VT4、VT6、VT2為下橋臂，上橋臂VT1、VT3、VT5的MOSET開(kāi)關(guān)管的漏極共同連接在功率調(diào)節(jié)電路輸出端的正極，下橋臂VT4、VT6、VT2的MOSET開(kāi)關(guān)管的源級(jí)與功率調(diào)節(jié)電路輸出端的負(fù)極相連接，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接在MOSET開(kāi)關(guān)管的柵極上，從三相分別引出的三根導(dǎo)線U、V、W經(jīng)過(guò)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路后連接在直流無(wú)刷電機(jī)上以帶動(dòng)水泵運(yùn)動(dòng)，本光伏揚(yáng)水系統(tǒng)采用IRF840作為MOSET管，它是IR公司推出的第8代MOSFET器件，其制造工藝先進(jìn)，在小功率的電機(jī)控制系統(tǒng)中，能夠有效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0055](四)驅(qū)動(dòng)電路，由于由單片機(jī)I/O端口輸出的PWM信號(hào)電壓無(wú)法達(dá)到MOSFET工作所需的驅(qū)動(dòng)電壓，因此需要在控制器的I/O端口和功率橋之間加入具有功率放大功能的驅(qū)動(dòng)電路。
[0056]由IR2130及外圍輔助電路構(gòu)成，IR2130是IR公司生產(chǎn)，可以實(shí)現(xiàn)三相橋式驅(qū)動(dòng)功能的高性能驅(qū)動(dòng)器，他結(jié)合HVIC技術(shù)和門鎖干擾COMS制造工藝于一身，其內(nèi)部具有上橋臂懸浮自舉電路，此技術(shù)可一定程度上減少驅(qū)動(dòng)電路的電源數(shù)，IR2130上、下橋臂的驅(qū)動(dòng)電流峰值分別為250mA和500mA，對(duì)于本實(shí)用新型所涉及到的三相橋式逆變電路而言，僅需一路驅(qū)動(dòng)電源就可以完成對(duì)6個(gè)MOSET管的驅(qū)動(dòng)。
[0057]由單片機(jī)產(chǎn)生的PWM信號(hào)輸入給IR2130，經(jīng)過(guò)功率放大之后的PWM信號(hào)可以驅(qū)動(dòng)三相橋式逆變電路的MOSET管。
[0058](五)過(guò)流保護(hù)電路，本實(shí)用新型的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)包括打干保護(hù)過(guò)流保護(hù)，系統(tǒng)中的直流無(wú)刷電機(jī)在剛啟動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)速很低，而此時(shí)的相電流非常大，會(huì)造成電機(jī)的損壞，因此必須采用過(guò)流保護(hù)來(lái)抑制繞組的過(guò)電流；過(guò)流保護(hù)電路如圖6所示，母線電流采樣電阻直接串聯(lián)在直流母線的N上，電阻將流過(guò)母線的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，為了降低在采樣電阻上功率消耗，所選用的采樣電阻阻值通常很小，因此轉(zhuǎn)換后的電壓信號(hào)很低，需要采用信號(hào)放大器LF353放大此電壓信號(hào)，放大后的電壓信號(hào)在比較器LM339的4端與用戶所設(shè)定的過(guò)流值相比較，如果檢測(cè)出的電流值大于用戶所設(shè)定的過(guò)流值，則比較器LM339將輸出低電平，由于后面的CD4011采用+5V供電，所以需要采用+5V上拉電阻進(jìn)行電平匹配，⑶4011的10腳輸出低電平，通過(guò)二極管D18將4081的12腳直接拉成低電平，直接封鎖功率MOSFET的輸入信號(hào)，當(dāng)電路的電流值恢復(fù)正常后，CD4011的10腳將輸出高電平，由于電容C27的存在，高電平時(shí)需要對(duì)電容C27進(jìn)行充電，過(guò)一段時(shí)間才能使CD40n的12腳為高電平，解除對(duì)功率器件的封鎖，這使得功率器件在電流恢復(fù)正常后，延時(shí)一段時(shí)間才能開(kāi)通，在電路中C27、D18與R34組成單穩(wěn)電路，這能夠防止電路在所設(shè)置的過(guò)流點(diǎn)來(lái)回振蕩，因此該電路在過(guò)流時(shí)，電路會(huì)立即關(guān)斷功率M0SFET:當(dāng)電流恢復(fù)正常后，并不是立即開(kāi)通功率M0SFET，而是延時(shí)一段時(shí)間使電路中的電流恢復(fù)到正常值。
[0059](六)見(jiàn)圖5、圖6，打干保護(hù)電路的作用是當(dāng)光伏水泵系統(tǒng)連續(xù)工作時(shí)，水泵長(zhǎng)時(shí)間在抽水，有可能會(huì)導(dǎo)致井水水位不斷下降，當(dāng)井水的水位低于水泵葉輪高度時(shí)，水泵不僅不在抽水，而且會(huì)因空轉(zhuǎn)而損壞無(wú)刷電機(jī)，因此需要設(shè)計(jì)專門的抽干保護(hù)電路，打干保護(hù)電路包括三根導(dǎo)線WH、CM、WL接至水中，WH所在的水位最高，WL的水位居中，CM為公共端在最底端，WH接+12V電壓，如果井中的水位超過(guò)WH，則WH與CM之間通過(guò)水直接導(dǎo)通，+12V電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓使LM358的7腳輸出高電平，I腳輸出高電平，使光耦0PT0IS01導(dǎo)通，控制芯片檢測(cè)到高電平，當(dāng)水位下降到WH以下時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)光耦已經(jīng)導(dǎo)通，所以CM與WL仍然通過(guò)水導(dǎo)通，+12V的分壓結(jié)果仍然使LM324的7腳輸出高，I腳仍輸出高電平，送給控制芯片的電平信號(hào)不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降到WL以下時(shí)，CM與WL斷開(kāi)，CM端的電壓變低，使LM324的7腳輸出為低電平，I腳輸出變低，光藕0PT0IS01關(guān)閉，控制芯片檢測(cè)到低電平表示這時(shí)水已經(jīng)打干，需要停機(jī)蓄水，停機(jī)一段時(shí)間后，水位會(huì)逐漸上升，當(dāng)水位上升至WL時(shí)，光耦仍不導(dǎo)通，控制芯片仍然會(huì)檢測(cè)到低電平，直至水位上升至WH時(shí)，光耦才重新導(dǎo)通，單片機(jī)才能檢測(cè)到高電平WL是水泵停機(jī)的水位，而WH是水泵開(kāi)機(jī)的水位，WH和WL之間存在一個(gè)水位差，構(gòu)成水位檢測(cè)的滯環(huán)，以免當(dāng)水位上下波動(dòng)時(shí)，造成電機(jī)的頻繁開(kāi)關(guān)。
[0060](七)三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)比較器LM339及其外圍電路反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)，由于PIC16F877A單片機(jī)輸入腳的電平最大為+5V，而LM339采用+12V的電源進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，二者的電平不匹配，所以需要在LM339的輸出引腳接一個(gè)電阻對(duì)+5V電源進(jìn)行上拉，LM339的輸出端電平在反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)到來(lái)時(shí)產(chǎn)生跳變，也就是說(shuō)檢測(cè)并且捕捉到電壓比較器LM339電平發(fā)生跳變的時(shí)刻即是捕捉到了電機(jī)繞組反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，借用PIC16F877A自帶的I/O端口中斷功能，完成反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)功能。
[0061]CA)電壓檢測(cè)電路，其作用是將LM324構(gòu)成的電壓跟隨器的采樣電壓送入單片機(jī)PIC16F877A，采用RC濾波電路與運(yùn)放LM324相接，用于完成對(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換電路輸出電壓的測(cè)量。
[0062](九)電流檢測(cè)電路包括D626AN及外圍電路，AD626AN是一款具有8個(gè)引腳的低成本、支持單電源供電的差分放大器，支持30mv到4.7V范圍內(nèi)的電壓輸出，含從10到100可調(diào)的差動(dòng)增益，因?yàn)樵撾妷号c電流存在線性關(guān)系，所以可以通過(guò)測(cè)量采樣電阻上的電壓信號(hào)值，經(jīng)過(guò)計(jì)算而得到電流信號(hào)的值。
[0063]本系統(tǒng)可應(yīng)用于各類需進(jìn)行滴灌、噴灌、滲灌的場(chǎng)合，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有電路簡(jiǎn)單可靠、動(dòng)作迅速，智能度高、管理簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，是一種理想的光伏揚(yáng)水系統(tǒng)。
【權(quán)利要求】
1.一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，包括光伏揚(yáng)水控制器，分別與所述光伏揚(yáng)水控制器電控連接的: 光伏陣列，用于將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能；水泵，用于揚(yáng)水；電機(jī)，所述電機(jī)為直流永磁無(wú)刷電機(jī)，用于驅(qū)動(dòng)所述水泵； 其特征在于:所述光伏揚(yáng)水控制器包括: 控制芯片；所述控制芯片與所述光伏陣列相連接，采集所述光伏陣列輸出的電壓和電流； 功率調(diào)節(jié)電路；所述功率調(diào)節(jié)電路分別與所述控制芯片和所述光伏陣列電控連接，用于使所述光伏陣列輸出最大功率； 三相橋式逆變電路，所述三相橋式逆變電路與所述功率調(diào)節(jié)電路的輸出端電控連接，所述三相橋式逆變電路的輸出端分別與所述電機(jī)的三相電控連接，用于將所述光伏陣列輸出的直流電轉(zhuǎn)化成三相交流電； 驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路分別連接所述控制芯片和所述三相橋式逆變電路，所述控制芯片通過(guò)所述驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述三相逆變電路的功率器件； 三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，所述三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電分別與所述控制芯片和所述電機(jī)連接，用于檢測(cè)電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，獲得準(zhǔn)確的換相信息； 電壓檢測(cè)電路，所述電壓檢測(cè)電路與所述控制芯片電控連接； 電流檢測(cè)電路，所述電流檢測(cè)電路與所述控制芯片電控連接； 過(guò)流保護(hù)電路，所述過(guò)流保護(hù)電路分別與所述控制芯片和所述電機(jī)相連接，用于保護(hù)所述電機(jī)； 打干保護(hù)電路，所述打干保護(hù)電路分別與所述控制芯片和所述電機(jī)相連接，用于檢測(cè)水位，控制電機(jī)啟停。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述控制芯片為PIC16F877A單片機(jī)，PIC16F877A單片機(jī)引腳上輸出脈寬和頻率可調(diào)的脈寬調(diào)制信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述功率調(diào)節(jié)電路為DC/DC升壓電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述三相橋式逆變電路為星形繞組接法的全控橋式電路，VTl、VT2、VT3、VT4、VT5、VT6分別抱愧具有繞組開(kāi)通關(guān)斷能力的MOSET管以及快速恢復(fù)二極管，MOSET管為IRF840，VT1、VT3、VT5為上橋臂、VT4、VT6、VT2為下橋臂，上橋臂VT1、VT3、VT5的MOSET開(kāi)關(guān)管的漏極共同連接在功率調(diào)節(jié)電路輸出端的正極，下橋臂VT4、VT6、VT2的MOSET開(kāi)關(guān)管的源級(jí)與功率調(diào)節(jié)電路輸出端的負(fù)極相連接，驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別連接在MOSET開(kāi)關(guān)管的柵極上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)電路為IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，所述控制芯片產(chǎn)生的PWM信號(hào)輸入給IR2130柵極驅(qū)動(dòng)芯片，經(jīng)過(guò)功率放大之后驅(qū)動(dòng)所述三相橋式逆變電路的MOSET管。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:三相反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路通過(guò)比較器LM339及其外圍電路反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述過(guò)流保護(hù)電路包括:采樣電阻，采樣電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；信號(hào)放大器LF353，用于放大電壓信號(hào)；比較器LM339，用于將放大后的電壓信號(hào)與設(shè)定的過(guò)流值相比較，與非門⑶4011，用于封鎖MOSFET的輸入信號(hào)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光伏揚(yáng)水系統(tǒng)，其特征在于:所述打干保護(hù)電路包括三根導(dǎo)線WH、CM、WL接至水中，WH所在的水位最高，WL的水位居中，CM為公共端在最底端，WH接+12V電壓，如果井中的水位超過(guò)WH,則WH與CM之間通過(guò)水直接導(dǎo)通，+12V電壓經(jīng)過(guò)電阻分壓使LM358的7腳輸出高電平，1腳輸出高電平，使光耦0PT0IS01導(dǎo)通，控制芯片檢測(cè)到高電平，當(dāng)水位下降到WH以下時(shí)，因?yàn)榇藭r(shí)光耦已經(jīng)導(dǎo)通，所以CM與WL仍然通過(guò)水導(dǎo)通，+12V的分壓結(jié)果仍然使LM324的7腳輸出高，1腳仍輸出高電平，送給控制芯片的電平信號(hào)不變，當(dāng)水位繼續(xù)下降到WL以下時(shí)，CM與WL斷開(kāi)，CM端的電壓變低，使LM324的7腳輸出為低電平，1腳輸出變低，光藕0PT0IS01關(guān)閉，控制芯片檢測(cè)到低電平表示這時(shí)水已經(jīng)打干，需要停機(jī)蓄水，停機(jī)一段時(shí)間后，水位會(huì)逐漸上升，當(dāng)水位上升至WL時(shí)，光耦仍不導(dǎo)通，控制芯片仍然會(huì)檢測(cè)到低電平，直至水位上升至WH時(shí)，光耦才重新導(dǎo)通，單片機(jī)才能檢測(cè)到高電平WL是水泵停機(jī)的水位，而WH是水泵開(kāi)機(jī)的水位，WH和WL之間存在一個(gè)水位差，構(gòu)成水位檢測(cè)的滯環(huán)。
【文檔編號(hào)】F04B17/03GK204258690SQ201420750991
【公開(kāi)日】2015年4月8日 申請(qǐng)日期:2014年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月4日
【發(fā)明者】張鳳娟, 謝彪 申請(qǐng)人:無(wú)錫科技職業(yè)學(xué)院