关键词：光伏水泵；控制系统；高性能指标
1前言
随着社会经济的发展，人们对能源的需求在增加，但是资源的匮乏和环境污染问题的日益严重也是社会进步的主要障碍。可再生新能源的开发利用势在必行，风力、生物能源、水力发电、太阳能等诸多新能源中，太阳能由于它的普遍性、无害性、长期性、巨大性等独特的特性，备受各研究者追捧。使用的优先级较高。另外，作为光伏应用的重要组成部分，光伏水泵系统成为国内外热点。
随着研究的逐渐成熟，光伏水泵系统的高可靠性和可操作性方面已得到改善，智能电源模式选择功能也在其中得到应用，即当有电池和太阳能电池时，它会自动选择电源模式并管理电池的电量。光伏水泵控制器多功能性研究目前市场上的光伏泵控制器多功能性不足，该研究重点设计可适应广泛输出范围的水泵驱动器。
2光伏水泵的系统组成与工作原理
2.1光伏水泵的系统组成
光伏水泵系统中，太阳能电池阵列将太阳能直接转换为电力，通过一系列控制转换后驱动泵工作。
2.2内转子直流无刷电机的工作原理
直流无刷电机定子多为星型连接，转子上粘有永久磁体，内部还装有位置传感器，驱动由功率电子器件和集成电路等构成，通过位置传感器的反馈信号来实现转动。
2.2.1磁极在磁场中受力分析
根据电磁感应定律，北极和南极相互吸引的特性，在两侧的线圈上都施加了可变电流，中心极顺时针旋转，直到其磁力线与两侧线圈产生的磁场方向匹配为止。
2.2.2三相两极无刷电机的构造及转矩理论分析
直流无刷电机有多种连接方式，星形连接和三角形连接更为常见。在该控制系统中，内部绕组线圈的连接模式为星形连接。
2.3系统供电管理整体结构它主要由防雷电路模块，反叛电路模块，辅助电源模块，电源模式智能选择模块和电池充电管理模块组成。
2.3.1防雷击电路
光伏水泵系统的工作环境可能具有挑战性，但是要提高系统的可靠性，则需要设计防雷电路。
首先，使用气管以保护后续回路。如果输入端口的电压超过特定的临界值，则排气管的电极之间的间距将损坏，并且原始绝缘状态将变为“传导”。这将使大多数能量与段落分离。在这种情况下，排气管的两端通常为40 V，并防止后续电路受到高压损伤。其次，它受阻性Rvz 1和临时二极管1的保护，而且在穿入气体管时剩余的电压在可接受的安全水平上继续下降。
2.3.2防反接电路
太阳能电池和蓄电池如果正极和负极的连接不正确，可能会导致严重后果。
2.3.3辅助电源
除了该系统中的高功率电路以外，还有一些低功率数字控制电路需要提供功率。控制系统使用单端反激式拓扑设计辅助电源，因为在操作过程中会有较大的电压摆幅，并且纹波不能满足小型电源电路的要求。单端反激式电源输入电压范围宽，结构简单，变压器次级侧没有较大的滤波电感，体积小，成本低，非常适合于低功耗情况。
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反激变压器在反激电源的设计中尤为重要，尤其值得注意的是，它们的质量与反激电源的设计质量直接相关。设计反激变压器时，变压器的初级电感不得太大。否则，开关管的开关尖峰会很高，并且很容易损坏开关管。同时，在缠绕反激变压器时必须增加足够的气隙。这是因为反激电源在变压器的一次电流中具有较大的DC分量，并且易于引起磁饱和。
3光伏水泵系统的关键技术
3.1直流无刷电机定位启动控制问题
先前的分析表明，一旦电动机的内部转子到达某个位置，只要按照一定的顺序打开或关闭电动机的某个相位，电动机就可以运行，在定位启动过程中，往往会发生以下两种情况。
在第一种情况下，电动机在启动时会发出“喀哒”声。这是由于电动机的定位力不足引起的。这意味着由电动机内部线圈产生的电磁力很弱。当内部转子到达其位置时，如果所需的启动时间不足且转子未到达所需位置，则电动机启动失败的可能性会大大增加。
在第二种情况下，电动机在启动时间歇性地“抖动”。这种现象的根本原因是在定位过程中施加给电机的初始转矩过高，并且当电机到达预设位置时，由于惯性的作用，它将在该位置振动。这种情况的另一个缺点是启动电流很高，并且电动机的长时间启动会导致大功率管发热。
基于以上两种情况，启动电动机的定位特别重要，并且直接影响电动机的下一个运动。如果定位启动无效，则电动机将直接故障。
3.2直流无刷电机内转子位置检测问题
只有当电动机的内部转子处于正确的位置时，才能将正确的换向信号提供给电动机，以使其正常运行。一旦开始电动机的初始定位，就可以知道电动机的位置，但是在电动机执行闭环控制之后，如何知道电动机中转子的特定位置？这需要使用虚拟中性点方法来检测转子位置。电机完成后，其内部线圈绕组已充分密封，无法获得其真正的??中性点，只能通过外部电阻器网络进行仿真。
3.4供电管理问题
由于其特殊性，该系统不能与任何其他系统相同。对相应的供电方式和能量损耗有严格的要求。该太阳能水泵系统具有两种类型的电源，即太阳能电池电源和铅酸电池电源，但是存在两个或更多个电源系统。
结论
光伏水泵技术是多种技术的结合，当前半导体技术和与光伏泵相关的微控制器技术出现了瓶颈，导致光伏泵技术落后于海外。国外的光伏水泵技术产品在稳定性和效率上都优于国内。
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论文作者:朱勋梦
论文发表刊物:《中国电业》2019年 19期
论文发表时间:2020/3/4
标签：水泵论文; 电动机论文; 光伏论文; 系统论文; 电源论文; 转子论文; 控制系统论文; 《中国电业》2019年 19期论文;