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光伏水泵的系统组成与电机工作原理

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光伏水泵的系统组成与电机工作原理

发布日期:2018-05-17 作者: 点击:

一、光伏系统的结构组成

光伏交流提水系统除了包含光伏电池板阵列,蓄电池,驱动电机,水泵和水源外,还包含DC-DC推挽升压模块和DC-AC逆变调速部分,图1表示交流光伏系统结构示意图。

系统主要包含以下主要几个部分:

1、电源部分

本文所设计系统的供电部分分为直流供电部分和交流供电部分,直流供电由光伏阵列和蓄电池组成;交流供电部分由直流供电部分经过DC-DC推挽升压和DC-AC逆变组成。

2、水泵控制部分

这部分是整个控制系统的核心部分,在微控制器的控制下,实现由电能到广一管道泵机械能和势能的转换,包含了以下几个主要部分:

1)供电系统管理模块,本模块是对光伏、蓄电池两种供电方式进行智能管理和选择,在太阳能比较充足的时候,选择光伏电池单独供电;当光伏较弱的时候,根据采取的供电方式进行智能选择;没有光照或者光照比较弱的时候,蓄电池单独供电;光伏在满足提水所需能量后,多余的能量给蓄电池充电,就涉及到蓄电池的充电管理,在后续会有详细的介绍;系统运行过程中,最大功率跟踪的实现等。

2)驱动电路模块,为了加快系统的开发效率、开发的速度和成本,在对分离式原件搭建的DC-DC推挽升压电路和DC-AC逆变电路与智能功率模块比较后,选择了应用比较广泛且技术成熟的智能功率驱动模块。

3、信号采集和保护模块

1)电压电流采样模块,这部分内容包含了对光伏电池输出电流电压的米样和电机运行过程的电压电流进行采集。由于光伏电池输出电压电流的不稳定性,为了提高光伏电池的利用效率,则需要对电压电流值进行实时的采集比较,使得系统工作在最大功率点处。交流电压电流的采集是为了判断驱动电路运行过程中是否发生了异常行为,如果发生异常行为,微控制器采取对应的保护行为:关闭驱动输出、切断主电路供电和打开标志指示灯等。

2)保护模块,确保系统稳定高效的运行,保护模块在任何一个系统中,都起着至关重要的作用。广一水泵厂的保护模块分为过压欠压保护、打干溢出保护、防反接防雷击保护组成的硬件模块,和转速转矩检测、电压电流采集、看门狗等组成的软件保护模块。

二、光伏电池工作原理分析

光伏电池作为系统供电部分的核心,对于光伏电池特性的分析研究有助于提出针对光伏电池管理策略。根据电力电子和物理学的基本知识,理想的光伏板模型可以简化为一个理想二极管和一个电流源并联表示。但在实际工程应用中,由于光伏电池自身材料、连接金属导线和接触点部件等存在功率损耗,在建立数学模型的时候,通常会用串联电阻和分流电阻来表示这些损耗,可以得到当负载为纯电阻时,其等效电路可以图2表示。

三、电机控制的关键技术

在对系统的结构和异步电机转子绕组在磁场的运动过程进行了详细的分析和研究,但如何才能是电动机快速、高效的运作,满足用户的实际要求,广一水泵厂就设计过程中遇到的难点分为以下几个方面的内容:

1、电机启动控制,启动时如果力矩力量不够,定子绕组产生的电磁力矩不足以使电机运转起来,会严重影响电动机的启动时间,增加电机启动失败的几率;如果启动过程中力矩过大会造成转子部件过热,导致机械故障的发生。

2、异步电机控制方式的选择,目前对异步电机的控制有:矢量控制,直接转矩控制,自适应控制和无速度传感器高动态性能控制等主要的控制方式,每种控制方式都是有自己的优缺点。选择与本文配套异步电机的控制方式,不仅能使广一管道泵高效的运行,还能提高光伏系统的利用率,延长电机的使用寿命。

3、推挽、逆变器电路拓扑的选择,电路设计和元器件选择的不合理不仅使DC-DC升压过程比较缓慢或达不到给定的升压值,而且异步电机供电的不稳定会导致电机的频繁启动;供电电源智能选择和充电策略的选择。

 

光伏系统

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