实用高效光伏水泵控制技术的研究

【摘要】：光伏水泵系统作为一种太阳能利用的重要形式,具有巨大的社会效益和经济效益。对光伏水泵控制技术的进一步研究,有利于提高光伏水泵的可靠性并降低成本,有利于光伏水泵的推广应用。 本文针对采用高效的永磁无刷直流电机驱动光伏水泵的特点,通过对永磁无刷直流电机的无位置传感器控制中的转子位置检测技术、起动方法和换相控制的深入研究,设计并研制出一种实用、高效的光伏水泵控制器。具体来说,本文所做的工作如下: 1.分析各种无位置传感器无刷直流电机转子位置检测方法,采用构建虚拟中点的反电势检测法实现电机转子位置准确检测; 2.比较了永磁无刷直流电机的各种起动方法,分析它们的优缺点,提出了适合光伏水泵系统的自寻最佳切换点的永磁无刷直流电机起动方法; 3.设计出以MC68HC908MR16单片机为控制核心光伏水泵系统,具有光伏阵列和蓄电池两种供电方式,具有光伏阵列工作点的MPPT跟踪功能和完善的故障检测及保护等功能; 4.根据以上方案研制出一台样机,实验结果表明,该样机采用的方案能够控制永磁无刷直流电机准确换相,起动平稳,电流冲击小,运行稳定。 【关键词】：光伏水泵 永磁无刷直流电机 反电势 MPPT
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2006
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-7
• 致谢7-8
• 目录8-10
• 插图清单10-12
• 第一章 绪论12-17
• 1.1 太阳能发电产业发展概况12-13
• 1.1.1 世界各国太阳能利用概况12
• 1.1.2 我国太阳能的发展概况12-13
• 1.1.3 太阳能利用的发展概况13
• 1.2 光伏水泵系统发展的意义13-16
• 1.2.1 光伏水泵的基本组成与工作原理14-15
• 1.2.2 永磁无刷直流电机在光伏水泵中的运用15-16
• 1.3 本课题的任务、意义16-17
• 第二章 光伏阵列特性与最大功率点跟踪17-24
• 2.1 太阳能电池的结构与发电原理17-18
• 2.2 光伏阵列的特性18-20
• 2.2.1 日照强度对太阳能电池输出特性影响19
• 2.2.2 温度对太阳能电池输出特性影响19-20
• 2.2.3 太阳能电池组合产生的影响20
• 2.3 光伏水泵系统的最大功率点跟踪20-24
• 2.3.1 光伏阵列输出功率工作点的确定20
• 2.3.2 CVT式最大功率点跟踪20-21
• 2.3.3 TMPPT式最大功率点跟踪21-24
• 第三章 永磁无刷直流电机的原理与控制24-39
• 3.1 永磁无刷直流电机的结构与控制原理24-25
• 3.1.1 永磁无刷直流电机的组成24
• 3.1.2 永磁无刷直流电机的导通方式24-25
• 3.1.3 永磁无刷直流电机的转矩特性25
• 3.2 有位置传感器永磁无刷直流电机的控制25-27
• 3.3 永磁无位置传感器无刷直流电机的位置检测27-32
• 3.3.1 几种永磁无刷直流电机位置检测方法介绍27
• 3.2.2 虚拟中点法永磁无刷直流电机的无传感器位置检测27-32
• 3.4 永磁无刷直流电机的起动研究32-35
• 3.4.1 预定位起动32-33
• 3.4.2 “三段式”起动33-34
• 3.4.3 改进的步进起动方法34-35
• 3.5 永磁无刷直流电机的PWM控制策略35-37
• 3.5.1 几种PWM控制方式的比较35-36
• 3.5.2 单极性PWM方式介绍36-37
• 3.6 电子换相中的数字滤波和锁相37-39
• 第四章 控制系统硬件设计39-51
• 4.1 系统硬件总体结构设计39
• 4.2 MR16单片机的介绍39-42
• 4.2.1 68HC908MR16单片机简介39-40
• 4.2.2 时钟发生器模块(CGM)及时钟电路40-41
• 4.2.3 定时器与捕捉的设置41
• 4.2.4 PWM脉宽调制的设置41-42
• 4.3 永磁无刷直流电动机换相控制硬件电路42-49
• 4.3.1 MR16控制核心设计42
• 4.3.2 反电势过零检测电路设计42-43
• 4.3.3 电流检测及保护设计43-44
• 4.3.4 功率器件的选择及其驱动电路设计44-45
• 4.3.5 控制电源设计45-49
• 4.4 无人监控部分硬件设计49-51
• 第五章 控制系统软件设计51-59
• 5.1 系统主程序结构51-52
• 5.2 系统子程序结构52-59
• 5.2.1 PWM中断子程序52-53
• 5.2.2 捕捉中断子程序53-54
• 5.2.3 定时器中断子程序54-55
• 5.2.4 电压PI调节子程序55-56
• 5.2.5 MPPT最大功率跟踪子程序56-59
• 第六章 实验结果与总结59-63
• 6.1 实验结果及分析59-61
• 6.2 结论与展望61-63
• 参考文献63-64

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