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應(yīng)用于光伏水泵系統(tǒng)中的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的控制
摘要：介紹了應(yīng)用于光伏水泵系統(tǒng)中的直流無(wú)刷電機(jī)及其控制方法，利用定子繞組反電勢(shì)信號(hào)，用Motorola公司的MC68HC908JK3ECP單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流無(wú)刷電機(jī)的控制。實(shí)驗(yàn)證明，過零點(diǎn)識(shí)別電路簡(jiǎn)單有效，三段式起動(dòng)適用于光伏水泵系統(tǒng)。關(guān)鍵詞：光伏水泵系統(tǒng)；直流無(wú)刷電機(jī)；反電勢(shì)；過零點(diǎn)識(shí)別電路；三段式起動(dòng)
引言
近年來(lái)，隨著電力電子器件及控制理論的迅速發(fā)展，永磁直流無(wú)刷電機(jī)以其高效性，良好的調(diào)速性，易于維護(hù)性而得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的永磁直流無(wú)刷電機(jī)往往采用位置傳感器來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置，這不僅增大了電機(jī)的安裝體積，增加了成本，而且降低了電機(jī)的可靠性。目前，無(wú)傳感器直流無(wú)刷電機(jī)一般采用三段式起動(dòng)方式，起動(dòng)轉(zhuǎn)矩在開始起動(dòng)時(shí)比較小，并且有脈動(dòng)，對(duì)于有起動(dòng)轉(zhuǎn)矩要求的系統(tǒng)存在著局限性，而在中小型太陽(yáng)能光伏水泵系統(tǒng)中，負(fù)載轉(zhuǎn)矩是隨著轉(zhuǎn)速的增加而增加的，不計(jì)摩擦力，在靜止時(shí)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為零，所以，直流無(wú)刷電機(jī)可以應(yīng)用于光伏水泵系統(tǒng)，并且整個(gè)系統(tǒng)是直流的，無(wú)須逆變，那么，在光伏水泵系統(tǒng)中應(yīng)用直流無(wú)刷電機(jī)，對(duì)于提高系統(tǒng)效率,簡(jiǎn)化系統(tǒng)裝置就具有重大的意義。
1 光伏水泵系統(tǒng)簡(jiǎn)介
光伏水泵系統(tǒng)由光伏陣列，控制器，電機(jī)，水泵4部分組成。光伏陣列由許多太陽(yáng)電池串并聯(lián)構(gòu)成，直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為直流電能。目前所用的太陽(yáng)電池都為硅太陽(yáng)電池，包括單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽(yáng)電池。由于光伏陣列的輸出伏－安特性曲線具有強(qiáng)烈的非線性，而且和太陽(yáng)輻照度、環(huán)境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件有密切關(guān)系,所以，如果要使光伏水泵系統(tǒng)工作在比較理想的工況，就需要用控制器去調(diào)節(jié)、控制整個(gè)系統(tǒng)。電機(jī)是用來(lái)驅(qū)動(dòng)水泵的，由于電機(jī)的功率因數(shù)及電壓等級(jí)在很大程度上受到太陽(yáng)電池陣列的電壓等級(jí)和功率等級(jí)的制約，因此，對(duì)水泵揚(yáng)程、流量的要求被反映到電機(jī)上，往往在兼顧陣列結(jié)構(gòu)的條件下專門進(jìn)行設(shè)計(jì)。對(duì)于要求流量小、揚(yáng)程高的用戶，宜選用容積式水泵；對(duì)于需要流量較大，但揚(yáng)程卻較低的用戶，一般宜采用自吸式水泵。
2 單片機(jī)M68HC908JK3ECP介紹
這是Motorola公司的8位單片機(jī)家族中的成員之一，同樣具有高性能，低成本的優(yōu)點(diǎn)。它內(nèi)嵌4k閃速存儲(chǔ)器FLASH，128字節(jié)RAM；具有10個(gè)通道的8位精度ADC模塊，15個(gè)I/O端口；時(shí)鐘模塊具有輸入捕捉，輸出比較及脈寬調(diào)制等功能，能滿足系統(tǒng)要求。
3 無(wú)傳感器直流無(wú)刷電機(jī)控制原理
無(wú)刷電機(jī)的定子為三相對(duì)稱繞組，采用兩相通電方式時(shí)控制電路按照一定的順序向定子的兩相通入直流電流，產(chǎn)生定子磁勢(shì)Fa；轉(zhuǎn)子為永磁材料，產(chǎn)生磁勢(shì)Ff，通過兩者的相互作用，可以產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩T=FaFf|sinθ|，顯然，當(dāng)θ=60°～120°時(shí)，平均電磁轉(zhuǎn)矩最大。故檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁勢(shì)位置時(shí)，當(dāng)定轉(zhuǎn)子磁勢(shì)夾角為60°時(shí)，三相繞組中的某兩相導(dǎo)通，轉(zhuǎn)過60°時(shí)，其中一相的功率管關(guān)斷，另一相中的功率管導(dǎo)通。
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