用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及泵的控制設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置。一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，包括光伏陣列電池(1)、三相電機(jī)(2)和水泵(3)，其特征是：還包括變頻器(4)、電壓傳感器(51)、水位傳感器(52)和微處理器(6)，變頻器(4)內(nèi)設(shè)有整流器(41)和逆變器(42)，整流器(41)的直流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接逆變器(42)的直流電輸入端；微處理器(6)內(nèi)設(shè)有正弦脈沖寬度調(diào)制電路、比例-積分-微分控制電路和存儲(chǔ)器。本實(shí)用新型調(diào)控準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速，能源利用率高，安全可靠。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及泵的控制設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]太陽(yáng)能光伏水泵系統(tǒng)是利用半導(dǎo)體制成的太陽(yáng)能電池將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)換為電能，然后用電能驅(qū)動(dòng)各類(lèi)馬達(dá)帶動(dòng)水泵從深井、江、河、湖、塘等水源提水的供水系統(tǒng)。在一些中小功率的光伏水泵系統(tǒng)中，多采用直流無(wú)刷電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)水泵的馬達(dá)，但在一些較大功率的光伏水泵系統(tǒng)中亦不乏采用交流異步電動(dòng)機(jī)作為馬達(dá)。使用交流異步電機(jī)的場(chǎng)合通常采用光伏水泵專(zhuān)用變頻控制器進(jìn)行控制。木，利用光伏水泵專(zhuān)用型變頻控制器時(shí)存在以下一些限制:用途比較單一，產(chǎn)品尚未成型制造工藝得不到保證，維護(hù)不便，等等，這些限制都不利于光伏水泵的推廣應(yīng)用。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種調(diào)控準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、能源利用率高、安全可靠的水泵控制設(shè)備，本實(shí)用新型公開(kāi)了一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置。
[0004]本實(shí)用新型通過(guò)如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的:
[0005]—種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，包括光伏陣列電池、三相電機(jī)和水泵，光伏陣列電池通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)，三相電機(jī)的轉(zhuǎn)軸連接水泵，其特征是:還包括變頻器、電壓傳感器、水位傳感器和微處理器，變頻器內(nèi)設(shè)有整流器和逆變器，整流器的直流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接逆變器的直流電輸入端；微處理器內(nèi)設(shè)有正弦脈沖寬度調(diào)制(即 Sinusoidal Pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱 SPWM)電路、比例-積分-微分(即proportion-1ntegral-derivative,簡(jiǎn)稱PID)控制電路和存儲(chǔ)器；光伏陣列電池的電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接變頻器整流器的交流電輸入端，變頻器逆變器的三相交流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)；電壓傳感器并聯(lián)在連接光伏陣列電池和變頻器整流器的導(dǎo)線之間，水位傳感器設(shè)于承接水泵出水的容器內(nèi)；
[0006]電壓傳感器和水位傳感器的信號(hào)輸出端都通過(guò)信號(hào)線連接微處理器，微處理器的信號(hào)輸出端通過(guò)信號(hào)線連接變頻器逆變器的直流電輸入端。
[0007]所述的用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，其特征是:變頻器的整流器選用橋式整流電路，變頻器的逆變器選用絕緣柵雙極型晶體管(即Insulated Gate BipolarTransistor,簡(jiǎn)稱 IGBT)。
[0008]所述的用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，其特征是:微處理器選用單片機(jī)。
[0009]本實(shí)用新型使用時(shí)，光伏陣列電池將接收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成非恒流非恒壓的電能輸出至變頻器，變頻器的整流器將接收到的電能轉(zhuǎn)換成直流電輸出至逆變器，在微處理器正弦脈沖寬度調(diào)制(即Sinusoidal Pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱SPWM)電路的控制下,逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電后提供給三相電機(jī)，三相電機(jī)帶動(dòng)水泵從水源處抽水至承接水的容器。
[0010]微處理器內(nèi)事先存儲(chǔ)有穩(wěn)定工作點(diǎn)的電壓值U0和額定水位值Htl,由于日照強(qiáng)度的變化，光伏陣列電池的輸出電壓Udc會(huì)有上下波動(dòng)，當(dāng)電壓傳感器檢測(cè)到的光伏陣列電池的輸出電壓ud。大于Utl時(shí)，在微處理器的控制下，變頻器逆變器輸出的三相交流電的頻率上升，三相電機(jī)的轉(zhuǎn)速也上升即負(fù)載增加，從而使得光伏陣列電池的輸出電流Id。增加，這樣經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)使得光伏陣列電池的輸出電壓Udc下降直至穩(wěn)定在穩(wěn)定工作點(diǎn)U0 ;反之，當(dāng)電壓傳感器檢測(cè)到的光伏陣列電池的輸出電壓Udc小于U0時(shí)，在微處理器的控制下，變頻器逆變器輸出的三相交流電的頻率下降，三相電機(jī)的轉(zhuǎn)速也下降即負(fù)載減小，從而使得光伏陣列電池的輸出電流Id。減小，這樣經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)使得光伏陣列電池的輸出電壓Udc上升直至穩(wěn)定在穩(wěn)定工作點(diǎn)U00
[0011]水位傳感器用于檢測(cè)是否啟動(dòng)水泵，當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到水位未達(dá)到額定值Htl時(shí)，微處理器控制變頻器啟動(dòng)從而啟動(dòng)三相電機(jī)以帶動(dòng)水泵；當(dāng)水位傳感器檢測(cè)到水位達(dá)到額定值Htl時(shí)，微處理器控制變頻器截至從而使三相電機(jī)停轉(zhuǎn)水泵停機(jī)。
[0012]本實(shí)用新型運(yùn)用反饋控制原理，實(shí)現(xiàn)了在不同的日照強(qiáng)度下，通過(guò)改變變頻器的輸出頻率來(lái)調(diào)整三相電機(jī)和水泵的轉(zhuǎn)速，即調(diào)節(jié)負(fù)載的大小，從而達(dá)到穩(wěn)定光伏陣列電池輸出電壓的目的。
[0013]本實(shí)用新型的有益效果是:調(diào)控準(zhǔn)確，反應(yīng)迅速，能源利用率高，安全可靠。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]以下通過(guò)具體實(shí)施例進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型。
[0016]實(shí)施例1
[0017]一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，包括光伏陣列電池1、三相電機(jī)2、水泵
3、變頻器4、電壓傳感器51、水位傳感器52、微處理器6，如圖1所示，具體結(jié)構(gòu)是:
[0018]光伏陣列電池I通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)2，三相電機(jī)2的轉(zhuǎn)軸連接水泵3 ；
[0019]變頻器4內(nèi)設(shè)有整流器41和逆變器42，整流器41的直流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接逆變器42的直流電輸入端；
[0020]微處理器6內(nèi)設(shè)有正弦脈沖寬度調(diào)制(即Sinusoidal Pulse Width Modulation,簡(jiǎn)稱SPWM)電路、比例-積分-微分(B卩proportion-1ntegral-derivative,簡(jiǎn)稱PID)控制電路和存儲(chǔ)器；
[0021]光伏陣列電池I的電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接變頻器4整流器41的交流電輸入端，變頻器4逆變器42的三相交流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)2 ；
[0022]電壓傳感器51并聯(lián)在連接光伏陣列電池I和變頻器4整流器41的導(dǎo)線之間，水位傳感器52設(shè)于承接水泵3出水的容器內(nèi)；
[0023]電壓傳感器51和水位傳感器52的信號(hào)輸出端都通過(guò)信號(hào)線連接微處理器6，微處理器6的信號(hào)輸出端通過(guò)信號(hào)線連接變頻器4逆變器42的直流電輸入端。
[0024]本實(shí)施例中，變頻器4的整流器41選用橋式整流電路，變頻器4的逆變器42選用絕緣柵雙極型晶體管(即 Insulated Gate Bipolar Transistor,簡(jiǎn)稱 IGBT)。
[0025]本實(shí)施例中，微處理器6選用單片機(jī)。
[0026]本實(shí)施例使用時(shí)，光伏陣列電池I將接收到的太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換成非恒流非恒壓的電能輸出至變頻器4，變頻器4的整流器41將接收到的電能轉(zhuǎn)換成直流電輸出至逆變器42，在微處理器6正弦脈沖寬度調(diào)制(即Sinusoidal Pulse Width Modulation，簡(jiǎn)稱SPWM)電路的控制下，逆變器42將直流電轉(zhuǎn)換成三相交流電后提供給三相電機(jī)2，三相電機(jī)2帶動(dòng)水泵3從水源處抽水至承接水的容器。
[0027]微處理器6內(nèi)事先存儲(chǔ)有穩(wěn)定工作點(diǎn)的電壓值Utl和額定水位值Htl,由于日照強(qiáng)度的變化，光伏陣列電池I的輸出電壓Udc會(huì)有上下波動(dòng)，當(dāng)電壓傳感器51檢測(cè)到的光伏陣列電池I的輸出電壓Udc大于U0時(shí),在微處理器6的控制下,變頻器4逆變器42輸出的三相交流電的頻率上升，三相電機(jī)2的轉(zhuǎn)速也上升即負(fù)載增加，從而使得光伏陣列電池I的輸出電流Id。增加，這樣經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)使得光伏陣列電池I的輸出電壓Udc下降直至穩(wěn)定在穩(wěn)定工作點(diǎn)U0 ;反之，當(dāng)電壓傳感器51檢測(cè)到的光伏陣列電池I的輸出電壓Udc小于U0時(shí),在微處理器6的控制下，變頻器4逆變器42輸出的三相交流電的頻率下降，三相電機(jī)2的轉(zhuǎn)速也下降即負(fù)載減小，從而使得光伏陣列電池I的輸出電流Idc減小，這樣經(jīng)過(guò)反饋調(diào)節(jié)使得光伏陣列電池I的輸出電壓Udc上升直至穩(wěn)定在穩(wěn)定工作點(diǎn)U00
[0028]水位傳感器62用于檢測(cè)是否啟動(dòng)水泵，當(dāng)水位傳感器62檢測(cè)到水位未達(dá)到額定值Htl時(shí)，微處理器6控制變頻器4啟動(dòng)從而啟動(dòng)三相電機(jī)2以帶動(dòng)水泵3 ；當(dāng)水位傳感器62檢測(cè)到水位達(dá)到額定值Htl時(shí)，微處理器6控制變頻器4截至從而使三相電機(jī)2停轉(zhuǎn)水泵3停機(jī)。
[0029]光伏陣列電池I的輸出電壓采樣是利用變頻器4內(nèi)部的Ud。(即直流母線電壓)采樣功能來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該信號(hào)參與變頻器4的內(nèi)部PI調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)所設(shè)計(jì)的控制方式；同時(shí)此信號(hào)被送進(jìn)微處理器6參與起停電壓控制。此控制方式的一個(gè)特點(diǎn)是在不同的時(shí)間、地點(diǎn)可能要設(shè)置不同的工作點(diǎn)電壓，因此需要設(shè)定不同的PI調(diào)節(jié)器給定值。PID控制電路的給定值工作電壓的給定幅值一般需憑借經(jīng)驗(yàn)作出較為正確的預(yù)估(一般為光伏陣列開(kāi)路電壓的75%)并輔以實(shí)測(cè)調(diào)整，通過(guò)變頻器4的操縱面板設(shè)定。系統(tǒng)工作時(shí)對(duì)直流側(cè)電壓突降很敏感，因此系統(tǒng)要有良好的快速性，否則系統(tǒng)在日照強(qiáng)度快速減弱時(shí)(如烏云忽然遮擋)，三相電機(jī)2降速不及時(shí)，光伏陣列電池I提供的功率不夠，其輸出電壓會(huì)急劇下降而使系統(tǒng)發(fā)生故障停機(jī)。系統(tǒng)的快速性可以通過(guò)設(shè)定PID控制電路的時(shí)間常數(shù)和變頻器4的加減速時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0030]當(dāng)有太陽(yáng)時(shí)，上電延時(shí)啟動(dòng)時(shí)間默認(rèn)60s，自動(dòng)檢測(cè)輸入電壓，水位傳感器52檢測(cè)水位；若沒(méi)有達(dá)到設(shè)定值HO，則延時(shí)后啟動(dòng)變頻器4，水泵3開(kāi)始抽水，由于光照強(qiáng)度是變化的，所以微處理器6控制變頻器4對(duì)Udc (直流母線電壓)每0.0ls采樣一次，和設(shè)置的下限電壓值(130V)比較，若小于下限電壓值，則變頻器4截止，直流母線電壓Ud。降至O。
[0031]變頻器4的直流母線電壓隨日照強(qiáng)度的變化而變化，為保證變頻器4驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)2進(jìn)而驅(qū)動(dòng)水泵3有穩(wěn)定有效的輸出功率，變頻器4的頻率隨電壓變化而變化，當(dāng)電壓每上升5V時(shí)，頻率上升幅度為2Hz，當(dāng)電壓每下降5V時(shí)，頻率下降幅度為2Hz，當(dāng)水桶滿時(shí)，微處理器6控制變頻器4截止，本實(shí)施例進(jìn)入休眠狀態(tài)。
【權(quán)利要求】
1.一種用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，包括光伏陣列電池(I)、三相電機(jī)⑵和水泵(3)，光伏陣列電池⑴通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)(2)，三相電機(jī)⑵的轉(zhuǎn)軸連接水泵(3)，其特征是:還包括變頻器(4)、電壓傳感器(51)、水位傳感器(52)和微處理器(6)， 變頻器(4)內(nèi)設(shè)有整流器(41)和逆變器(42)，整流器(41)的直流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接逆變器(42)的直流電輸入端； 微處理器(6)內(nèi)設(shè)有正弦脈沖寬度調(diào)制電路、比例-積分-微分控制電路和存儲(chǔ)器； 光伏陣列電池(I)的電壓輸出端通過(guò)導(dǎo)線分別連接變頻器(4)整流器(41)的交流電輸入端，變頻器(4)逆變器(42)的三相交流電輸出端通過(guò)導(dǎo)線連接三相電機(jī)(2); 電壓傳感器(51)并聯(lián)在連接光伏陣列電池(I)和變頻器(4)整流器(41)的導(dǎo)線之間，水位傳感器(52)設(shè)于承接水泵(3)出水的容器內(nèi)； 電壓傳感器(51)和水位傳感器(52)的信號(hào)輸出端都通過(guò)信號(hào)線連接微處理器(6)，微處理器(6)的信號(hào)輸出端通過(guò)信號(hào)線連接變頻器(4)逆變器(42)的直流電輸入端。
2.如權(quán)利要求1所述的用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，其特征是:變頻器(4)的整流器(41)選用橋式整流電路，變頻器(4)的逆變器(42)選用絕緣柵雙極型晶體管。
3.如權(quán)利要求1或2所述的用于光伏水泵系統(tǒng)的變頻控制裝置，其特征是:微處理器(6)選用單片機(jī)。
【文檔編號(hào)】F04B49/06GK203775105SQ201320887271
【公開(kāi)日】2014年8月13日 申請(qǐng)日期:2013年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月31日
【發(fā)明者】張建軍 申請(qǐng)人:上海眾辰電子科技有限公司