一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统技术方案

一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，包括太阳能组件、DC‑DC升压模块、DC‑AC逆变模块、负载水泵电机、PWM控制电路、电压检测电路、电流检测电路、电源单元、光伏UI采样电路、CPU控制单元和水位检测电路。太阳能组件输出接入DC‑DC升压模块，电源单元为PWM控制电路、DC‑AC逆变模块和CPU控制单元提供直流电源供给；DC‑DC升压模连接DC‑AC逆变模块，DC‑AC逆变模块输出接负载水泵电机，电压检测电路和电流检测电路连接DC‑DC升压模块输出，检测信号送至PWM控制电路中；光伏UI采样电路输入接太阳能组件，输出接CPU控制单元；CPU控制单元的输出送至DC‑AC逆变模块；该系统具有高能源利用率、强稳定性且系统体积小、成本低；结构具有通用性，有很好的推广应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，属太阳能应用

技术介绍
近年来，太阳能应用技术在市场应用和研发生产上得到了广泛关注。太阳能水泵系统作为一种集合多种学科高技术一体的系统，在解决缺少地区的生活用水、农田灌溉等不同场合有着很大的实际意义。太阳能水泵技术既能实现能源的可持续发展，又能促进当地的经济发展和改善生态环境。通常，太阳能水泵系统由太阳能变换和水泵电机控制组成，采取相应的控制方法实现太阳能电池的最大功率输出，控制系统控制水泵电机工作，实现从深井、江河等水源取水，用水居民生活或者工业生产。由于太阳能输出电压随外界环境温度，光照强度等气象因素影响不断变化，现有大多采用通用控制器的太阳能水泵控制系统，能源利用率和系统稳定性等效果都不理想。因此，如何使太阳能组件的输出功率能随时保持在当前环境下的最大值，采取相应的控制策略来实现水泵系统的高效稳定运行，是一项值得深入研究的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是，为了克服现有技术的不足，提供一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，提高太阳能利用率和实现系统稳定可靠运行。实现本专利技术的技术方案如下：一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统包括太阳能组件、DC-DC升压模块、DC-AC逆变模块、负载水泵电机、PWM控制电路、电压检测电路、电流检测电路、电源单元、光伏UI采样电路、CPU控制单元和水位检测电路。整个水泵控制系统由太阳能组件提供电源供给，太阳能组件输出端连接电源单元，另一端输出连至DC-DC升压模块；电源单元为PWM控制电路、DC-AC逆变模块和CPU控制单元提供相应的直流电源供给；DC-DC升压模块输出端与DC-AC逆变模块的输入端相连；DC-AC逆变模块输出端接着负载水泵电机；电压检测电路和电流检测电路用于采集DC-DC升压模块的输出电压、电流，将其输入到PWM控制电路中；光伏UI采样电路的输入端与太阳能组件输出端相连，输出端连接CPU控制单元；水位检测电路将检测水位信号送至CPU控制单元中；CPU控制单元的输出端与DC-AC逆变模块相连。所述DC-DC升压模块采用全桥式整流滤波输出的推挽电路，包括输入稳压电容C1，高频变压器，高压功率开关管，，整流二极管、、、，输出滤波电感L，滤波电容C2；DC-DC升压模块用于将所述太阳能组件输出的直流电压48V升压到350V稳定输出。所述PWM控制电路包括电流型控制芯片SG3525、外围电阻电容电路以及以芯片LM358、光敏耦合器组成的电压控制器；芯片LM358的2、3引脚输入端是2.5V的电压小信号，芯片LM358的输出端1通过电阻R5连至光敏耦合器中发光二极管的阴极；光敏耦合器中发光二极管的阳极接+12V工作电压，光敏耦合器中受光三极管的集电极通过电阻R22接入控制芯片SG3525的引脚2，受光三极管的发射极接地，基极未引出；所述电流检测电路采集的电流信号通过电阻R20接入控制芯片SG3525的引脚1，引脚5、6、7分别外接电容C8、电阻R33和电阻R30，决定SG3525的锯齿波频率，引脚12直接接地，引脚8、16分别通过C12、C7旁路电容接地，引脚13、15接+12V工作电压，引脚11和引脚14是PWM控制电路的PWM输出口，输出PWM控制信号接入DC-DC升压模块中。所述DC-AC逆变模块是以电压型智能功率模块IPM配备必要的外围硬件电路组成，所述DC-DC升压模块输出的350V稳定高压接入DC-AC逆变模块，作为其直流输入电源；所述CPU控制单元输出的6路PWM信号接入DC-AC逆变模块，直接驱动智能功率模块IPM内部的IGBT功率管，输出相应的交流电接入所述的负载水泵电机。所述CPU控制单元采用16位微控制器芯片SPMC75F系列单片机实现，集成了高性能的内核单元、串行接口、可编程I/O端口等常见功能模块，抗干扰能力强，适用于电机控制应用，工作电压为4.5V~5.5V，运算速度为0~24MHz；CPU控制单元的输入信号是所述光伏UI采样电路收集的电压电流信号和所述水位检测电路采集的水位信号，输出相应的PWM控制信号接至DC-AC逆变模块。所述电压检测电路是由光耦OP1A、光耦OP1B、运放A1A、运放A1B以及必要的电阻电容组成；电压信号SP端经电阻R61接入光耦OP1A中发光二极管的阳极，电压信号SN端经电阻R62接入光耦OP1A中发光二极管的阴极，光耦OP1A中受光三极管的集电极接工作电压+12V，发射极经电阻R63接地；运放A1A的正端3与光耦OP1A中受光三极管的发射极相连，负端2经电阻R65接入光耦OP1B受光三极管的发射极，运放A1A的输出端接入光耦OP1B中发光二极管的阳极；光耦OP1B中发光二极管的阴极经电阻R64接地，受光三极管的集电极接工作电压+12V，受光三极管的发射极经电阻R66接地；运放A1B的正端5经电阻R67与光耦OP1B中发光二极管的阴极相连，负端6与运放A1B的输出端7短接，输出端7输出所检测的电压信号送至所述PWM控制电路中。所述电流检测电路是利用霍尔电流传感器来实现，输出接一运放和相应的电阻电容后产生相应的电流信号送至所述PWM控制电路中。所述电流检测电路由霍尔电流传感器、运算放大器和相应电阻电容构成；霍尔电流传感器输出经电阻R42与运算放大器的正端3连接，运算放大器的负端2与输出端1短接形成负反馈，运算放大器的输出端1经电阻R44电容C42输出采集的电流信号Id，送至所述PWM控制电路中。所述光伏UI采样电路由所述电压检测电路和所述电流检测电路组成，用来采集所述太阳能组件的输出电压和输出电流，输入到所述CPU控制单元中，用于计算出所述太阳能组件的输出功率，实现最大功率跟踪控制。所述电源单元是由主控制芯片UC3844构成的多路输出直流电源，能够实现整个系统所需的5路直流电源5V、15V、+12Vl、+12V2和-12V2输出；其中，所述电源单元的输入是由所述太阳能组件提供；所述电源单元的5V输出给所述CPU控制单元供电，15V输出给所述DC-AC逆变模块供电，12V1给所述电源单元内部的主控芯片UC3844供电，+12V2和-12V2输出给其他芯片供电。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用16位微控制器芯片SPMC75F系列单片机实现的CPU控制单元，以电压型智能功率模块IPM构成DC-AC逆变模块、由主控制芯片UC3844构成的多路输出直流电源单元和采用全桥式整流滤波输出的DC-DC升压模块，实现了控制系统的高效稳定运行；本专利技术公开了一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，能够适应各种复杂环境条件，具有较高的能源利用率和良好的稳定性能；同时本专利技术提供的控制系统结构具有通用性，可满足多种应用电机的变压变频控制，系统成本低、经济实用性强，有很好的推广应用价值。附图说明图1是本专利技术的系统结构示意图；图2是本专利技术中DC-DC升压模块的电路原理图；图3是本专利技术中PWM控制电路的电路原理图；图4是本专利技术中电压检测电路的电路原理图；图5是本专利技术中电流检测电路的电路原理图。具体实施方式以下结合实施例对照附图对本专利技术进行详细说明。如图1所示，一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，包括太阳能组件、DC-DC升压模块、DC-AC逆变模块、负载水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，其特征在于，所述系统包括太阳能组件、DC‑DC升压模块、DC‑AC逆变模块、负载水泵电机、PWM控制电路、电压检测电路、电流检测电路、电源单元、光伏UI采样电路、CPU控制单元和水位检测电路；所述太阳能组件输出端连接电源单元，另一端输出连至DC‑DC升压模块；所述电源单元为PWM控制电路、DC‑AC逆变模块和CPU控制单元提供相应的直流电源供给；所述DC‑DC升压模块输出端与DC‑AC逆变模块的输入端相连；所述DC‑AC逆变模块输出端接着负载水泵电机；所述电压检测电路的输入端和电流检测电路的输入端都连接DC‑DC升压模块的输出端，电压检测电路和电流检测电路的输出连入PWM控制电路中；所述光伏UI采样电路的输入端与太阳能组件输出端相连，输出端连接CPU控制单元；所述水位检测电路将检测水位信号送至CPU控制单元中；所述CPU控制单元的输出端与DC‑AC逆变模块相连。

【技术特征摘要】
1.一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，其特征在于，所述系统包括太阳能组件、DC-DC升压模块、DC-AC逆变模块、负载水泵电机、PWM控制电路、电压检测电路、电流检测电路、电源单元、光伏UI采样电路、CPU控制单元和水位检测电路；所述太阳能组件输出端连接电源单元，另一端输出连至DC-DC升压模块；所述电源单元为PWM控制电路、DC-AC逆变模块和CPU控制单元提供相应的直流电源供给；所述DC-DC升压模块输出端与DC-AC逆变模块的输入端相连；所述DC-AC逆变模块输出端接着负载水泵电机；所述电压检测电路的输入端和电流检测电路的输入端都连接DC-DC升压模块的输出端，电压检测电路和电流检测电路的输出连入PWM控制电路中；所述光伏UI采样电路的输入端与太阳能组件输出端相连，输出端连接CPU控制单元；所述水位检测电路将检测水位信号送至CPU控制单元中；所述CPU控制单元的输出端与DC-AC逆变模块相连。2.根据权利要求1所述的一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，其特征在于，所述DC-DC升压模块采用全桥式整流滤波输出的推挽电路，包括输入稳压电容C1，高频变压器，高压功率开关管，，整流二极管、、、，输出滤波电感L，滤波电容C2；高频变压器中，高压功率开关管，由驱动电路以PWM方式激励控制通断，在功率开关管和的漏极产生周期性的方波信号，即在高频变压器次级输出周期性的方波信号，经全桥式整流滤波电路后输出稳定的350V直流高电压；DC-DC升压模块用于将所述太阳能组件输出的直流电压48V升压到350V稳定输出。3.根据权利要求1所述的一种利用太阳能供电的水泵电机控制系统，其特征在于，所述PWM控制电路包括电流型控制芯片SG3525、外围电阻电容电路以及以芯片LM358、光敏耦合器组成的电压控制器；芯片LM358的2、3引脚输入端是2.5V的电压小信号，芯片LM358的输出端1通过电阻R5连至光敏耦合器中发光二极管的阴极；光敏耦合器中发光二极管的阳极接+12V工作电压，光敏耦合器中受光三极管的集电极通过电阻R22接入控制芯片SG3525的引脚2，受光三极管的发射极接地，基极未引出；所述电流检测电路采集的电流信号通过电阻R20接入控制芯片SG35...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓高峰，赵震宇，赵燕，祝婧，余波，朱亮，王琼，郑振洲，杨爱超，俞林刚，
申请(专利权)人：国网江西省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：江西;36