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光伏水泵用直流无刷电机控制技术研究
摘要
本文所研究的重点是无位置传感器直流无刷电机的换向控制,电机驱动的
对象为光伏水泵系统。
本文采用虚拟中点的方法来识别反电势过零点,然后对过零点进行处理得
到无刷电机换向的六个关键位置。阐述了电机的三段式起动方法,在直流无刷
电机由起动阶段外同步运行切换到反电势换向自同步运行的过程中采用了自寻
最优点切换的方法,保证了电机在切换过程中不会发生失步和停转现象。
因为无位置传感器直流无刷电机的转子位置检测是其准确换向的关键所
在,所以本文对几种不同的转子位置检测方法进行了阐述,并比较了其优缺点,
希望能有一点借鉴的意义。
本系统是以公司生产的为核心芯片,软硬件结合完
成对反电势过零点的捕捉和系统的各种保护,实现了电机较为准确的换向和无
人监控安全运行。
最后针对系统的不足,提出了另外一种不需要引出虚拟中点的反电势检测
方法来实现对转子位置的检测,它能够提高电机低速和高速运行时的性能,拓
宽直流无刷电机的调速范围。
关键词光伏水泵系统直流无刷电机虚拟中点反电势
吨
吨
第一章概述
太阳能概况
太阳能的特点和我国太阳能资源
太阳辐射能作为一种能源,与煤炭、石油、核能等比较,有其独具的优点。
其优点可概括为以下四点
普遍阳光普照大地,处处都有太阳能,可以就地利用,不用到处寻找,
更不需火车、轮船、汽车等日夜运输。这对解决偏远地区和交通不便的乡村、
海岛的能源供应,具有很大的优越性。
无害利用太阳能作能源,没有废渣、废料、废水、废气排出,没有噪
音,不产生对人体有害的物质,因而不会污染环境,没有公害。对于减少
的排放量,解决目前世界范围内的气候变暖问题有着重大的意义。
长久只要存在太阳,就会有太阳能辐射。因此使用太阳能作能源,可
以说是取之不尽,用之不竭的。
巨大一年到达地面的太阳能辐射总量,要比地球上目前消耗的各种能
源总量大好几万倍。太阳发射出来的总辐射能量到达地球范围内的约为万
亿千瓦,到达地球陆地表面的大约为万亿千瓦,这是一个极其巨大的数字。
但是它也有缺点,主要是
分散性即能量密度低,在晴朗白昼的正午,垂直于太阳光方向的地面
上,一平方米面积所能接受的太阳能,平均只有一千瓦左右。作为一种能源,
那样的能量密度是很低的。
随机性到达某一地面的太阳辐射能的强度,由于受气候、季节等因素
影响,是极不稳定的。这就给大规模利用增加了不少困难。
间歇性到达地面的太阳直接辐射能,随昼夜交替而变化,这就使大多
数太阳能设备在夜间无法工作。
为了克服这些缺点,需要采取一些措施,如增加蓄电池组,以便在晴天时
把太阳能收集并储存起来,供夜晚或阴雨天使用使用先进的控制技术,增加
太阳能的利用效率,本文讨论了采用最大功率点跟踪控制方法来提高
其利用率。
在我国广阔富饶的土地上,有着十分丰富的太阳能资源,全国各地太阳能
年辐射总量为千卡厘米·年,中值为千卡厘米·年,从全国
太阳年辐射总量分布来看,西藏、青海、新疆、内蒙古、山西、陕西北部、河
北、山东、云南中部和西南部等地太阳辐射总量很大。西部太阳辐射高于东部
功率系统仍以采用高效三相异步电动机为主。在中小功率中采用直流无刷电动
机的占多数。在进行电机设计时要充分考虑到光伏水泵的具体运行条件,主要
是变频运行、负载率早晚变化较大等。在这种情况下要力争使电动机全日、
全年的总平均效率为最高,它不象普通电动机那样可以认为它是一直处于具有
恒定电压的电源带动下工作的。因而光伏水泵用电动机的选择应该综合各方面
的因素进行考虑。
在所有执行电动机当中,直流电动机的工作特性最好。和其它电动机相比,
直流电动机有体积小、效率高、出力大、起动转矩大、过载能力强、动态特性
好、控制方便等诸多优点。但传统的直流电机均采用电刷,以机械方法进行换
向,因而存在相对的机械摩擦,由此带来了噪声、火花、无线电干扰以及寿命
短等致命弱点,再加上制造成本高以及维修困难等缺点,大大限制了它的应用
范围。要推广它的应用,直流电机无刷化是它的一个发展趋势。
随着社会生产力的发展,科学技术的进步,新技术新材料的不断涌现,促
进了直流电机产品的不断推陈出新。针对上述传统直流电机的弊病,早在本世
纪年代,就有人开始研制以电子换向来代替电刷机械换向的直流无刷电机,
并取得了一定成果。但由于当时大功率电子器件仅处子初级发展阶段,没能找
到理想的电子换向元器件。使得这种电机只能停留在实验室研究阶段,而无法
推广使用。年,美国,哈利森等人首次申请了应用晶体管换向代替电机
机械换向器换向的专利,这就是现代直流无刷电机的雏形。但由于该电机尚无