【正文】 緊湊，電機電壓等級可按陣列配置自由優(yōu)化選擇，制造成本低，同時可以充分考慮到光伏水泵戶外長時間無人值守、全自動運行等特點，在散熱、防塵、防雷及各種專用的保護措施(如打干保護)等方面給予特殊考慮，較之“拼湊式”結構具有高得多的經濟性和可靠性。 直接逆變拓撲結構帶前級升壓變換的逆變拓撲結構電壓輸入范圍寬，轉換效率較低，適用于小功率應用場合；直接逆變拓撲結構的特點是轉換效率高，電壓輸入范圍窄，適用于大功率應用場合。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計功率變換器。這里值得注意的是，直流母線電壓的波動范圍應受到控制，它必須能夠保證VIF值恒定所需要的電壓補償，且能滿足電機對電壓波形畸變率的限制。若干年來無刷直流電動機開始在光伏水泵系統中被用作驅動電機間，這是由于該種電機具有一般交流電動機所不易達到的高效率，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，具有顯著的經濟性。 優(yōu)點：壽命長，噪音低可達35dB以下，可用于熱水循環(huán)。下面是一款無刷直流電機驅動的評估板的應用。對于交流異步電機驅動的光伏水泵而言，太陽電池陣列的工作電壓如果小于電機的額定工作電壓，不僅會增加電機的諧波電流，而且VIF比值也難保恒定。也正是由于該種電機具有一般交流電動機所不易達到的高效率，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，具有顯著的經濟性，幾年來無刷直流電動機開始在光伏水泵系統中被用作驅動電機。該電路芯片體積小、集成度高、響應快、偏值電壓高、驅動能力強、內設欠壓封鎖、成本低、易于調試。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,輸出信號會因欠壓而被片內封鎖。由于V可與COM連接,則VCC與V+可共用同一個典型值為+15 V的電源,但是,在實際應用中要根據自己設計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。反之無法實現自舉。47μf且35 V)較好。自舉二極管也是一個非常重要的自舉器件,它應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頻率之積。（3）輸入、輸出信號處理該驅動電路將從光纖輸入的信號處理變?yōu)轵寗有盘栞敵觯耶斝盘柍霈F過流時輸出一個阻斷信號到系統的控制部分，由控制部分停止 PWM 信號的輸出，關斷 IGBT 管，如圖 。異或門U6，與非門U5，電阻 R1和電容C3組成確認脈沖發(fā)生電路。由于目前太陽電池的價格偏高，為了最大限度地利用太陽電池，提高系統效率,必須設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,驅動及控制電路簡單,另外由于變壓器具有一定的漏感,可限制短路電流,帶動感性負載的能力較差.相對于其它類型的開關元器件來說功率MOSFET的開關速度是非?？斓?。圖 開關波形，驅動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。在下降時間tf中，輸出電容Cos，隨著漏極電壓的上升迅速下降，實際上幾乎不需要漏極電源給Cos，充電，UDS快速上升到UDD(如果是感性負載，這個過程將延緩)。在這里，給出MOSFET的最高工作頻率的一個定性公式，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管存儲時間不一致而造成主功率變壓器磁通不平衡的現象，選擇沒有存儲時間的MOSFET作為變換器的功率開關管，MOSFET具有導通壓降低、開關速度快、易于控制等特點。三相逆變橋由6個MOS開關管、6個快速恢復二極管構成，行成三路上下橋臂。三路上下橋臂的中間分別輸出U、V、W三根導線連接無刷直流電機（BLDCM），從而帶動水泵。圖 MOSFET逆變電路 本設計選用UCC3626集成控制芯片作為光伏水泵的控制電路。UCC3626中的差動電流傳感放大器和絕對值電路可為電動機的控制建立一個正確的電流并提供逐周的電流保護。DIR_IN和DIR_OUT為轉向輸入輸出控制。三個霍爾位置傳感器產生的位置信號，經上拉電阻和RC低通濾波后，可連接到UCC3626的HAUA、HALLB、HALLC信號輸入端，并且濾波器應盡可能靠近UCC3626，表4l給出了UCC3626的換相邏輯真值表．同時給出了六個輸出(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TACH—OUT經過濾波后所得到的速度大小模擬信號。由于兩象限工作的無刷直流電機控制器，除了摩擦力之外，沒有使負載減速的能力。當QUAD為0時，為兩象限控制，此時UCC3626只對功率開關的低側進行PWM控制；而當QUAD為1時，為四象限控制，此時高側開關和低側開關同時進行PWM控制。(c)所示電路適用于需要制動功能且為四象限控制的場合。如果傳感器需要調整。并可供保護電路和反饋環(huán)使用。該電路通過三片IR2110與功率MOSFET相連。 驅動電路原理圖 基于單片機的最大功率追蹤為了使太陽能電池在任意的日照強度和溫度下，都有最大的輸出功率，首先要確定最大功率點在太陽能電池伏安特性曲線上的位置。在實際應用中，可以通過調節(jié)負載兩端的電壓來實現太陽能電池的MPPT。圖 MPPT內部結構，1kW/m2，太陽能電池溫度為25℃時，、。，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度擾動時的輸出電壓和輸出功率波形經過研究發(fā)現Pamp。該措施的引入，有助于在系統初期快速接近最大功率點附近，即步長較大；當功率差值下于一定值時，自動按級變化步長，這樣使系統最終在小范圍內略有振蕩。在反復的擾動、觀察與比較中，通過C來調節(jié)收斂性，使太陽能電池基本達到其最大功率點附近，實現最大功率輸出?？刂葡到y框圖,。PI調節(jié)器的輸出為PWM控制信號，該信號驅動逆變全橋的下橋臂開關管，調節(jié)水泵電機的輸入端電壓，由此達到控制水泵電機轉速的目的。結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，不斷調節(jié)電機的轉速。當仍可通過觀察看出，波形脈寬又逐漸增大的趨勢。 轉速調節(jié)電路光伏水泵調速的目的就是為了適應光伏陣列輸出電能的變化，又要將電能轉換為機械能，減少系統損耗，達到節(jié)能的效果。從前期調研，按功能環(huán)節(jié)有步驟的對各模塊研究、設計；到原理敲定，畫原理圖，購買、制做相關元件，用面包板搭接電路，完成各部分的調試工作；此外軟件流程圖設計、程序編程也一同展開，軟件調試有時會與硬件結合起來一起調試；最后通過實驗證明，系統啟動后，無位置無刷直流電機能夠很好的平穩(wěn)起動，并且其調速系統能夠實現其應有的作用。本課題研究的光伏水泵驅動器器，基本達到預期目標，但作為成熟產品還有很長路要走，需要做很多細節(jié)工作，以及理論研究，下一步工作大致如下：進一步測試系統的穩(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，為以后使用大負載提供可能，便于最大功率點跟蹤實現。從長遠、大規(guī)模考慮，光伏水泵系統的整體效率其實并不是單臺水泵控制系統，而應是大規(guī)模的、集群式的。也讓我對今后的學習生活，有了你更深的期望和憧憬。我的論文能順利完成，離不開他的指導和幫助。在此向四年同窗好友們表示感謝。參考文獻[1] 魏然然，張存山，. 電子元器件應用, 2010，12(4)[2] 劉剛，王志強，：機械工業(yè)出版社，[3]感謝曾經教育和幫助作者的所有老師。同時，在本論文的完成過程中，我同學和各任課老師給予了我無私的幫助，并在平時的學習生活中鼓勵我，協助我。并且在我的畢業(yè)設計期間為我提供了大量有價值的參考資料。致謝本論文是在我的導師蔣偉博士、江東流碩士的悉心指導下完成的?？紤]到實際天氣情況，有時連續(xù)陰雨天，無蓄電池的光伏系統不能充分服務于廣大群眾。對于硬件平臺還可以繼續(xù)改進，優(yōu)化電路布局。總體來說，設計制作的樣機基本達到預期目標。為保證單位時間抽水量最大，等同來說是電機轉速要高，也就是逆變橋PWM占空比要大，電機母線電壓要高。主要是因為滑動變阻器所給定的阻值，既電機的給定轉速，當電阻增大給定轉速變大，經過比較控制調節(jié)電機轉速使其達到給定轉速。同時也給調式帶來很大的難度。對于離心式水泵，其輸出功率和轉速的三次方成正比，而轉速又與其輸入電壓成正比，所以電機的輸出功率與其輸入電壓成正比。在光伏水泵系統中，電機轉速與其輸出功率成三次方關系(離心式潛水電泵)，即功率 轉速n與輸出功率戶的函數關系呈單調上升，驅動能量由太陽電池陣列提供，因此電機轉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、日照強度有密切關系，同時與負載電流也有強烈的非線性關系，由此電機輸出轉速的調節(jié)控制也必須包含對太陽電池陣列工作點的控制，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，只有這樣才能使水泵電機在同樣溫度、照度條件下獲得最大輸出轉速，亦即獲得最大功率。 MPPT程序流程圖本課題的控制系統將分成光伏陣列控制和無刷直流電機控制。子程序在定時器的控制下，每隔一定時間進入該程序，并引入一個小的電壓變化（增加或減?。?，然后進行觀察，并與前一個狀態(tài)進行比較，根據比較的結果調節(jié)太陽能電池的工作點。但其缺點是：達到穩(wěn)態(tài)時，只能在最大功率點附近振蕩運行；存在著因功率跟蹤過程中非單調性造成的誤差。日照強度減小，電壓降低，功率迅速減小，最后達到相對穩(wěn)定時，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，當日照強度改變時，最大功率隨之改變。圖 太陽能電池陣列特性曲線圖 調節(jié)負載電壓實現最大功率點跟蹤首先檢測陣列輸出電壓和輸出電流并且計算出該時刻的功率，然后與前一點的功率大小進行比較，再根據該時刻的電壓與前一時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管的導通占空比。實現使太陽能電池始終工作在逼近最大功率點位置的過程，即為太陽能電池最大功率點跟蹤。放大器U5A可提供速度控制回路的小信號補償。本文選用一片無刷直流電機控制器UCC3626，三片IR2110驅動芯片和三相MOSFET逆變電路構成其控制驅動電路。在四象限控制時，電動機流過傳感電阻的電路在續(xù)流期間，其電壓極性可能會相反，采用絕對值放大器電路可解決這個問題。圖 2．5電流檢測電路UCC3626的電流檢測電路包括一個固定增益為5的差動電流傳感放大器和一個絕對值電路。對于不需要制動功能但需要兩或四象限控制的情況，(a)所示的電路。故可提高系統運動的快速性。表4l 換相邏輯真值表制動BRAKE啟停COAST方向DIR_N位置信號輸入輸出（高側）輸出（低側