【正文】 緊湊，電機(jī)電壓等級(jí)可按陣列配置自由優(yōu)化選擇，制造成本低，同時(shí)可以充分考慮到光伏水泵戶外長時(shí)間無人值守、全自動(dòng)運(yùn)行等特點(diǎn)，在散熱、防塵、防雷及各種專用的保護(hù)措施(如打干保護(hù))等方面給予特殊考慮，較之“拼湊式”結(jié)構(gòu)具有高得多的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。 直接逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)帶前級(jí)升壓變換的逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電壓輸入范圍寬，轉(zhuǎn)換效率較低，適用于小功率應(yīng)用場合；直接逆變拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)換效率高，電壓輸入范圍窄，適用于大功率應(yīng)用場合。圖l中的DC／DC與光伏工程中心研制的低壓直流輸入、高壓交流輸出一體化設(shè)計(jì)功率變換器。這里值得注意的是，直流母線電壓的波動(dòng)范圍應(yīng)受到控制，它必須能夠保證VIF值恒定所需要的電壓補(bǔ)償，且能滿足電機(jī)對電壓波形畸變率的限制。若干年來無刷直流電動(dòng)機(jī)開始在光伏水泵系統(tǒng)中被用作驅(qū)動(dòng)電機(jī)間，這是由于該種電機(jī)具有一般交流電動(dòng)機(jī)所不易達(dá)到的高效率，它可望在較大幅度上減少目前還相對昂貴的太陽電池的用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性。 優(yōu)點(diǎn)：壽命長，噪音低可達(dá)35dB以下，可用于熱水循環(huán)。下面是一款無刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的評(píng)估板的應(yīng)用。對于交流異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)的光伏水泵而言，太陽電池陣列的工作電壓如果小于電機(jī)的額定工作電壓，不僅會(huì)增加電機(jī)的諧波電流，而且VIF比值也難保恒定。也正是由于該種電機(jī)具有一般交流電動(dòng)機(jī)所不易達(dá)到的高效率，它可望在較大幅度上減少目前還相對昂貴的太陽電池的用量，具有顯著的經(jīng)濟(jì)性，幾年來無刷直流電動(dòng)機(jī)開始在光伏水泵系統(tǒng)中被用作驅(qū)動(dòng)電機(jī)。該電路芯片體積小、集成度高、響應(yīng)快、偏值電壓高、驅(qū)動(dòng)能力強(qiáng)、內(nèi)設(shè)欠壓封鎖、成本低、易于調(diào)試。邏輯輸入端采用施密特觸發(fā)電路,提高抗干擾能力。上橋臂通道可以承受500V的電壓。3 V,輸出信號(hào)會(huì)因欠壓而被片內(nèi)封鎖。由于V可與COM連接,則VCC與V+可共用同一個(gè)典型值為+15 V的電源,但是,在實(shí)際應(yīng)用中要根據(jù)自己設(shè)計(jì)的具體電路給予選擇。所以,要么選用小容量電容,以提高充電電壓。反之無法實(shí)現(xiàn)自舉。47μf且35 V)較好。自舉二極管也是一個(gè)非常重要的自舉器件,它應(yīng)能阻斷直流干線上的高壓,二極管承受的電流是柵極電荷與開關(guān)頻率之積。（3）輸入、輸出信號(hào)處理該驅(qū)動(dòng)電路將從光纖輸入的信號(hào)處理變?yōu)轵?qū)動(dòng)信號(hào)輸出，且當(dāng)信號(hào)出現(xiàn)過流時(shí)輸出一個(gè)阻斷信號(hào)到系統(tǒng)的控制部分，由控制部分停止 PWM 信號(hào)的輸出，關(guān)斷 IGBT 管，如圖 。異或門U6，與非門U5，電阻 R1和電容C3組成確認(rèn)脈沖發(fā)生電路。由于目前太陽電池的價(jià)格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統(tǒng)效率,必須設(shè)法提高逆變器的效率。 中、小容量逆變器一般有推挽逆變電路、全橋逆變電路和高頻升壓逆變電路三種,推挽電路,將升壓變壓器的中性插頭接于正電源,兩只功率管交替工作,輸出得到交流電力,由于功率晶體管共地邊接,驅(qū)動(dòng)及控制電路簡單,另外由于變壓器具有一定的漏感,可限制短路電流,帶動(dòng)感性負(fù)載的能力較差.相對于其它類型的開關(guān)元器件來說功率MOSFET的開關(guān)速度是非?？斓?。圖 開關(guān)波形，驅(qū)動(dòng)電路給輸入電容保持在UDD(保持不變)。漏極電流從零開始增大，接近最大值。在下降時(shí)間tf中，輸出電容Cos，隨著漏極電壓的上升迅速下降，實(shí)際上幾乎不需要漏極電源給Cos，充電，UDS快速上升到UDD(如果是感性負(fù)載，這個(gè)過程將延緩)。在這里，給出MOSFET的最高工作頻率的一個(gè)定性公式，不過此公式是在不考慮其它因素的情況下(如工作溫度，開關(guān)損耗，主電路諧振方式等)的MOSFET的最高工作頻率，借用此公式可計(jì)算出所選取的MOSFET最高工作頻率。主功率管選取為避免由于主功率開關(guān)管存儲(chǔ)時(shí)間不一致而造成主功率變壓器磁通不平衡的現(xiàn)象，選擇沒有存儲(chǔ)時(shí)間的MOSFET作為變換器的功率開關(guān)管，MOSFET具有導(dǎo)通壓降低、開關(guān)速度快、易于控制等特點(diǎn)。三相逆變橋由6個(gè)MOS開關(guān)管、6個(gè)快速恢復(fù)二極管構(gòu)成，行成三路上下橋臂。三路上下橋臂的中間分別輸出U、V、W三根導(dǎo)線連接無刷直流電機(jī)（BLDCM），從而帶動(dòng)水泵。圖 MOSFET逆變電路 本設(shè)計(jì)選用UCC3626集成控制芯片作為光伏水泵的控制電路。UCC3626中的差動(dòng)電流傳感放大器和絕對值電路可為電動(dòng)機(jī)的控制建立一個(gè)正確的電流并提供逐周的電流保護(hù)。DIR_IN和DIR_OUT為轉(zhuǎn)向輸入輸出控制。三個(gè)霍爾位置傳感器產(chǎn)生的位置信號(hào)，經(jīng)上拉電阻和RC低通濾波后，可連接到UCC3626的HAUA、HALLB、HALLC信號(hào)輸入端，并且濾波器應(yīng)盡可能靠近UCC3626，表4l給出了UCC3626的換相邏輯真值表．同時(shí)給出了六個(gè)輸出(AHI、BHI、CHI、ALOW、BLOW、CLOVO隨輸入(BRAKE、DIR_lN、DIR_OUT、HAUA、HALLB和HALLC)的變化而改變的譯碼邏輯。測速信號(hào)TACH—OUT經(jīng)過濾波后所得到的速度大小模擬信號(hào)。由于兩象限工作的無刷直流電機(jī)控制器，除了摩擦力之外，沒有使負(fù)載減速的能力。當(dāng)QUAD為0時(shí)，為兩象限控制，此時(shí)UCC3626只對功率開關(guān)的低側(cè)進(jìn)行PWM控制；而當(dāng)QUAD為1時(shí)，為四象限控制，此時(shí)高側(cè)開關(guān)和低側(cè)開關(guān)同時(shí)進(jìn)行PWM控制。(c)所示電路適用于需要制動(dòng)功能且為四象限控制的場合。如果傳感器需要調(diào)整。并可供保護(hù)電路和反饋環(huán)使用。該電路通過三片IR2110與功率MOSFET相連。 驅(qū)動(dòng)電路原理圖 基于單片機(jī)的最大功率追蹤為了使太陽能電池在任意的日照強(qiáng)度和溫度下，都有最大的輸出功率，首先要確定最大功率點(diǎn)在太陽能電池伏安特性曲線上的位置。在實(shí)際應(yīng)用中，可以通過調(diào)節(jié)負(fù)載兩端的電壓來實(shí)現(xiàn)太陽能電池的MPPT。圖 MPPT內(nèi)部結(jié)構(gòu)，1kW/m2，太陽能電池溫度為25℃時(shí)，、。，太陽能電池電壓與功率的變化波形。圖 太陽能電池受日照強(qiáng)度擾動(dòng)時(shí)的輸出電壓和輸出功率波形經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)Pamp。該措施的引入，有助于在系統(tǒng)初期快速接近最大功率點(diǎn)附近，即步長較大；當(dāng)功率差值下于一定值時(shí)，自動(dòng)按級(jí)變化步長，這樣使系統(tǒng)最終在小范圍內(nèi)略有振蕩。在反復(fù)的擾動(dòng)、觀察與比較中，通過C來調(diào)節(jié)收斂性，使太陽能電池基本達(dá)到其最大功率點(diǎn)附近，實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。控制系統(tǒng)框圖,。PI調(diào)節(jié)器的輸出為PWM控制信號(hào)，該信號(hào)驅(qū)動(dòng)逆變?nèi)珮虻南聵虮坶_關(guān)管，調(diào)節(jié)水泵電機(jī)的輸入端電壓，由此達(dá)到控制水泵電機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。結(jié)果與分析本課題方案選擇的是保證光伏陣列輸出功率最大，不斷調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。當(dāng)仍可通過觀察看出，波形脈寬又逐漸增大的趨勢。 轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)電路光伏水泵調(diào)速的目的就是為了適應(yīng)光伏陣列輸出電能的變化，又要將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，減少系統(tǒng)損耗，達(dá)到節(jié)能的效果。從前期調(diào)研，按功能環(huán)節(jié)有步驟的對各模塊研究、設(shè)計(jì)；到原理敲定，畫原理圖，購買、制做相關(guān)元件，用面包板搭接電路，完成各部分的調(diào)試工作；此外軟件流程圖設(shè)計(jì)、程序編程也一同展開，軟件調(diào)試有時(shí)會(huì)與硬件結(jié)合起來一起調(diào)試；最后通過實(shí)驗(yàn)證明，系統(tǒng)啟動(dòng)后，無位置無刷直流電機(jī)能夠很好的平穩(wěn)起動(dòng)，并且其調(diào)速系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)其應(yīng)有的作用。本課題研究的光伏水泵驅(qū)動(dòng)器器，基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，但作為成熟產(chǎn)品還有很長路要走，需要做很多細(xì)節(jié)工作，以及理論研究，下一步工作大致如下：進(jìn)一步測試系統(tǒng)的穩(wěn)定性，以及控制器的光伏性能?？紤]DC/DC電路使用升降壓電路，為以后使用大負(fù)載提供可能，便于最大功率點(diǎn)跟蹤實(shí)現(xiàn)。從長遠(yuǎn)、大規(guī)?？紤]，光伏水泵系統(tǒng)的整體效率其實(shí)并不是單臺(tái)水泵控制系統(tǒng)，而應(yīng)是大規(guī)模的、集群式的。也讓我對今后的學(xué)習(xí)生活，有了你更深的期望和憧憬。我的論文能順利完成，離不開他的指導(dǎo)和幫助。在此向四年同窗好友們表示感謝。參考文獻(xiàn)[1] 魏然然，張存山，. 電子元器件應(yīng)用, 2010，12(4)[2] 劉剛，王志強(qiáng)，：機(jī)械工業(yè)出版社，[3]感謝曾經(jīng)教育和幫助作者的所有老師。同時(shí)，在本論文的完成過程中，我同學(xué)和各任課老師給予了我無私的幫助，并在平時(shí)的學(xué)習(xí)生活中鼓勵(lì)我，協(xié)助我。并且在我的畢業(yè)設(shè)計(jì)期間為我提供了大量有價(jià)值的參考資料。致謝本論文是在我的導(dǎo)師蔣偉博士、江東流碩士的悉心指導(dǎo)下完成的?？紤]到實(shí)際天氣情況，有時(shí)連續(xù)陰雨天，無蓄電池的光伏系統(tǒng)不能充分服務(wù)于廣大群眾。對于硬件平臺(tái)還可以繼續(xù)改進(jìn)，優(yōu)化電路布局?？傮w來說，設(shè)計(jì)制作的樣機(jī)基本達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。為保證單位時(shí)間抽水量最大，等同來說是電機(jī)轉(zhuǎn)速要高，也就是逆變橋PWM占空比要大，電機(jī)母線電壓要高。主要是因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器所給定的阻值，既電機(jī)的給定轉(zhuǎn)速，當(dāng)電阻增大給定轉(zhuǎn)速變大，經(jīng)過比較控制調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速使其達(dá)到給定轉(zhuǎn)速。同時(shí)也給調(diào)式帶來很大的難度。對于離心式水泵，其輸出功率和轉(zhuǎn)速的三次方成正比，而轉(zhuǎn)速又與其輸入電壓成正比，所以電機(jī)的輸出功率與其輸入電壓成正比。在光伏水泵系統(tǒng)中，電機(jī)轉(zhuǎn)速與其輸出功率成三次方關(guān)系(離心式潛水電泵)，即功率 轉(zhuǎn)速n與輸出功率戶的函數(shù)關(guān)系呈單調(diào)上升，驅(qū)動(dòng)能量由太陽電池陣列提供，因此電機(jī)轉(zhuǎn)速的大小控制必須與太陽電池提供的功率相匹配，而太陽電池提供的功率卻與溫度、日照強(qiáng)度有密切關(guān)系，同時(shí)與負(fù)載電流也有強(qiáng)烈的非線性關(guān)系，由此電機(jī)輸出轉(zhuǎn)速的調(diào)節(jié)控制也必須包含對太陽電池陣列工作點(diǎn)的控制，而這里首先必須保證太陽電池陣列穩(wěn)定工作，并使其工作于最大功率點(diǎn)，只有這樣才能使水泵電機(jī)在同樣溫度、照度條件下獲得最大輸出轉(zhuǎn)速，亦即獲得最大功率。 MPPT程序流程圖本課題的控制系統(tǒng)將分成光伏陣列控制和無刷直流電機(jī)控制。子程序在定時(shí)器的控制下，每隔一定時(shí)間進(jìn)入該程序，并引入一個(gè)小的電壓變化（增加或減?。?，然后進(jìn)行觀察，并與前一個(gè)狀態(tài)進(jìn)行比較，根據(jù)比較的結(jié)果調(diào)節(jié)太陽能電池的工作點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是：達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)，只能在最大功率點(diǎn)附近振蕩運(yùn)行；存在著因功率跟蹤過程中非單調(diào)性造成的誤差。日照強(qiáng)度減小，電壓降低，功率迅速減小，最后達(dá)到相對穩(wěn)定時(shí)，變化前后電壓和功率未發(fā)生多大改變。由上圖可知，在一定溫度下，當(dāng)日照強(qiáng)度改變時(shí)，最大功率隨之改變。圖 太陽能電池陣列特性曲線圖 調(diào)節(jié)負(fù)載電壓實(shí)現(xiàn)最大功率點(diǎn)跟蹤首先檢測陣列輸出電壓和輸出電流并且計(jì)算出該時(shí)刻的功率，然后與前一點(diǎn)的功率大小進(jìn)行比較，再根據(jù)該時(shí)刻的電壓與前一時(shí)刻電壓比較確定是何種狀況引起的功率的改變，最后控制MOS管的導(dǎo)通占空比。實(shí)現(xiàn)使太陽能電池始終工作在逼近最大功率點(diǎn)位置的過程，即為太陽能電池最大功率點(diǎn)跟蹤。放大器U5A可提供速度控制回路的小信號(hào)補(bǔ)償。本文選用一片無刷直流電機(jī)控制器UCC3626，三片IR2110驅(qū)動(dòng)芯片和三相MOSFET逆變電路構(gòu)成其控制驅(qū)動(dòng)電路。在四象限控制時(shí)，電動(dòng)機(jī)流過傳感電阻的電路在續(xù)流期間，其電壓極性可能會(huì)相反，采用絕對值放大器電路可解決這個(gè)問題。圖 2．5電流檢測電路UCC3626的電流檢測電路包括一個(gè)固定增益為5的差動(dòng)電流傳感放大器和一個(gè)絕對值電路。對于不需要制動(dòng)功能但需要兩或四象限控制的情況，(a)所示的電路。故可提高系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的快速性。表4l 換相邏輯真值表制動(dòng)BRAKE啟停COAST方向DIR_N位置信號(hào)輸入輸出（高側(cè)）輸出（低側(cè)