一種太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電模塊、直流無刷電機(jī)控制電路、水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，所述太陽能光伏發(fā)電模塊分別向直流無刷電機(jī)控制電路、水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路提供電源，所述直流無刷電機(jī)控制電路控制水泵的電源。該控制系統(tǒng)采用清潔太陽能供電，采用無線控制技術(shù)，操作方便，不僅實(shí)現(xiàn)機(jī)組的遠(yuǎn)程啟停控制要求，而且可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障狀態(tài)單元的遠(yuǎn)程傳輸指示與報(bào)警，選用高性能的無刷直流電機(jī)對自吸泵進(jìn)行驅(qū)動，系統(tǒng)可靠性強(qiáng)、能耗損失小、且水泵啟動操作方便省事，可方便的實(shí)現(xiàn)自動化灌溉，有效提升噴灌機(jī)組的普遍適用性與靈活性，適用于農(nóng)場、牧場、農(nóng)作物，經(jīng)濟(jì)作物、牧草的灌溉要求。
【專利說明】一種太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，特別是一種太陽能噴灌機(jī)直流無刷機(jī)泵加壓系統(tǒng)控制電路。

【背景技術(shù)】
[0002]制約灌溉面積進(jìn)一步擴(kuò)大有兩個(gè)重要因素，一是水資源的制約；二是灌溉區(qū)域缺少電力供應(yīng)。但這些地區(qū)有著豐富的太陽能資源，利用這些豐富的太陽能自然資源，將光伏技術(shù)與現(xiàn)代先進(jìn)的灌溉技術(shù)相結(jié)合，利用有限水資源發(fā)展光伏灌溉技術(shù)，促進(jìn)糧食增產(chǎn)和生態(tài)的改善，是我國經(jīng)濟(jì)、社會、生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的一條重要路徑。噴灌作為節(jié)水灌溉措施之一，在農(nóng)業(yè)灌溉中發(fā)揮著重要的作用。目前常見的行噴式噴灌機(jī)組主要包括平移式噴灌機(jī)和時(shí)針式噴灌機(jī)。對于傳統(tǒng)的采用水渦輪驅(qū)動、電力驅(qū)動和柴油機(jī)驅(qū)動的行噴式噴灌機(jī)，因運(yùn)行成本較高且能源耗費(fèi)大，不利于農(nóng)業(yè)節(jié)能減耗的實(shí)施。
[0003]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了在缺少電力供應(yīng)的地區(qū)使用移動式噴灌機(jī)，且實(shí)現(xiàn)自動控制的目標(biāo)，提升噴灌機(jī)組的適用性與靈活性，設(shè)計(jì)出一套能夠滿足渠喂式噴灌機(jī)組運(yùn)行要求的直流無刷機(jī)泵加壓系統(tǒng)控制電路，使機(jī)組不僅適用于大、中、小型農(nóng)場、牧場、農(nóng)作物，經(jīng)濟(jì)作物、牧草的灌溉要求，亦可與施肥裝置結(jié)合用于作物的保養(yǎng)、施肥等。
[0005]本發(fā)明提出如下解決現(xiàn)有問題的方案:
一種太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、直流無刷水泵加壓控制電路和水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，后兩者分別由主回路和控制回路構(gòu)成，所述太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、太陽能控制器、蓄電池及開關(guān)組成；所述直流無刷水泵加壓控制電路主回路由斷路器、直流繼電器常閉觸點(diǎn)、熱繼電器、直流無刷電機(jī)控制器和自吸泵組成，直流無刷電機(jī)控制的直流輸入端與主直流母線連接，交流輸出端與自吸泵三相輸入端連接，控制回路由斷路器、按鈕開關(guān)，切換開關(guān)、輔助繼電器、指示燈及無線控制開關(guān)組成；所述水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路主回路由斷路器、直流繼電器觸點(diǎn)及電磁閥組成，控制回路由降壓模塊、按鈕開關(guān)、切換開關(guān)、輔助繼電器、水位控制器、指示燈及無線控制開關(guān)等組成，降壓模塊兩端分別與主直流母線與水位控制回路電源端連接。
[0006]所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏組件、蓄電池組、太陽能充放電管理器組成。
[0007]所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用基于太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制及基于光伏電池板固定安裝的MPPT控制。
[0008]所述的直流無刷水泵加壓控制電路的主回路包括無刷直流電機(jī)控制器、熱繼電器FR、斷路器QF1、繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)及電機(jī)組成，無刷直流電機(jī)控制器連接于熱繼電器與繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)之間，斷路器QF1連接于主回路最前端；控制回路包括斷路器QF2、切換開關(guān)1QC、主繼電器KMl、主繼電器KM1常開自鎖觸點(diǎn)、繼電器KM2、繼電器KM2輔助觸點(diǎn)、緊停開關(guān)SB1、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、熱繼電器FR觸點(diǎn)開關(guān)及指示燈HL1?HL2組成，切換開關(guān)IQC連接于手動/無線啟停開關(guān)與緊停開關(guān)SB1之間，主繼電器KMl線圈連接于手動/無線啟停開關(guān)與熱繼電器FR觸點(diǎn)之間，緊停開關(guān)SB1左側(cè)連接于斷路器QF2,右側(cè)與切換開關(guān)IQC相連接，指示燈HL1?HL2分別接于主直流母線負(fù)極端和斷路器QF2正極輸出端，其中指示燈HL2串入主繼電器KM1的輔助常開觸點(diǎn)。
[0009]所述的直流無刷水泵加壓控制電路的主回路水泵采用50ZX型自吸泵。
[0010]所述的直流無刷電機(jī)控制電路，主控芯片采用TMS320F2812型數(shù)字信號處理器，控制主電路由主控芯片、霍爾位置傳感器、霍爾電流傳感器、光電編碼器、光耦合器、逆變器、電機(jī)組成；采用三級結(jié)構(gòu)，第一級為智能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用離網(wǎng)式獨(dú)立結(jié)構(gòu)；第二級為IPM智能功率驅(qū)動電路，采用高性能IGBT開關(guān)模塊；第三極水泵加壓系統(tǒng)。
[0011 ] 所述的直流無刷電機(jī)控制主電路包括充電、制動控制電路、SVPWM調(diào)制直流電壓電流檢測電路、PWM矢量調(diào)制驅(qū)動電路、信號保護(hù)檢測電路、電流檢測電路、位置檢測電路、速度檢測電路、電位調(diào)速及轉(zhuǎn)速顯示等部分組成功。
[0012]所述的水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路主回路由斷路器QF3、繼電器KM3輔助常閉觸點(diǎn)、繼電器KM4輔助常開觸點(diǎn)及直流電磁閥YV組成，直流電磁閥YV分別經(jīng)繼電器KM3?KM4輔助常閉常開觸點(diǎn)連接與主直流母線正負(fù)極相連；控制回路由斷路器QF4、Buck降壓模塊HG10-48S12、切換開關(guān)2QC、緊停按鈕SB4、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、水位感應(yīng)控制電路及指示燈HL1?HL2組成；水位感應(yīng)控制電路由電阻Rl?R3、三極管Vl?V2、二極管V3、繼電器KM3主線圈及水位觸點(diǎn)AO?A2等組成，三極管Vl接于電阻Rl?2之間，Buck降壓模塊HG10-48S12左側(cè)與斷路器QF4連接、右側(cè)與切換開關(guān)2QC連接。
[0013]采用Buck降壓模塊HG10-48S12將系統(tǒng)48V電壓變換為12V安全控制電壓。
[0014]所述太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制包括太陽能光伏電池、光敏傳感器、數(shù)據(jù)處理與控制器、直流電動機(jī)與驅(qū)動電路及水平和俯仰機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)五部分。由光敏傳感器采集太陽與光伏電池板之間水平和垂直方向的位置偏差信號和光強(qiáng)信號，并反饋給數(shù)據(jù)處理及控制器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和放大，根據(jù)太陽光照規(guī)律判斷出下一步光伏電池板的移動角度，并向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出相應(yīng)的控制命令，隨后再觸發(fā)相關(guān)的繼電開關(guān)，使電動機(jī)帶動機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，以緩慢的速度把光伏電池板朝向角度移動到準(zhǔn)確的理想定位上去，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽光照的目的。
[0015]所述光伏電池板固定安裝的MPPT控制采用一種修正變步長電導(dǎo)增量法算法，其中變換器的占空比的迭代步長可自動改變。
[0016]所述直流無刷水泵加壓控制電路，其主回路水泵采用50ZX型自吸泵，水泵不再采用常規(guī)的三相異步電動機(jī)驅(qū)動，而是采用一款直流無刷電機(jī)直連驅(qū)動，水泵運(yùn)行采用轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)與閉閥調(diào)節(jié)聯(lián)合調(diào)壓方式。
采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是:
1.從取水到加壓整套控制電路上，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)取水和壓水的手動控制，而且在完善機(jī)組繼電保護(hù)措施之上，設(shè)計(jì)考慮采用無線控制技術(shù)，控制電路操作方便，不僅實(shí)現(xiàn)機(jī)組的遠(yuǎn)程啟、?？刂埔?，而且可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)故障狀態(tài)單元的的遠(yuǎn)程傳輸指示與報(bào)警，操作安全可靠，自動化控制程度高、操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)無人值守操作，減少人力投入。
[0017]2.根據(jù)渠喂式噴灌機(jī)組的工作方式，必須使得水泵置于機(jī)組桁架之上，保證機(jī)組移動持續(xù)吸水要求，考慮常見水泵型式，為改善機(jī)組勞動條件，優(yōu)先選用具有較強(qiáng)自吸能力的自吸式離心泵，水泵啟停操作，無需每次借助手動真空機(jī)等工具形成離心泵的充水啟動條件，方便省事，可方便的實(shí)現(xiàn)自動化灌溉，節(jié)省勞動力。
[0018]3.選用無刷直流電機(jī)對水泵進(jìn)行驅(qū)動，其控制上采用SVPWM空間矢量控制策略，相對于三相異步電動機(jī)、有刷直流電機(jī)而言，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠、重量輕且系統(tǒng)調(diào)速平穩(wěn)動態(tài)響應(yīng)較快。
[0019]4.系統(tǒng)采用基于采用太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制及基于光伏電池板固定安裝的MPPT控制技術(shù)，在太陽能控制算法采用修正步長的電導(dǎo)量增納算法策略和追日技術(shù)，不僅保持光伏組件始終工作在最大功率點(diǎn)處，而且可對太陽光線進(jìn)行二維追蹤，保持太陽能光伏組件采光面始終與太陽光線垂直，提高太陽能板轉(zhuǎn)換效率，有效的解決了光伏發(fā)電效率低的問題。
[0020]5.水泵采用直連式無刷直流電機(jī)驅(qū)動，且采用太陽能作為動力來源，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、可靠性強(qiáng)、能耗損失小，節(jié)能特點(diǎn)明顯，較傳統(tǒng)水渦輪驅(qū)動機(jī)組節(jié)能最高可達(dá)25%，有效改善了傳統(tǒng)機(jī)組高能耗狀況，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)節(jié)能減耗的目標(biāo)，且有效提升噴灌機(jī)組的普遍適用性與靈活性，無需市電供給和布埋電線，能適應(yīng)野外及無電力到達(dá)地區(qū)的推廣使用，使噴灌機(jī)組不僅適用于大、中、小型農(nóng)場、牧場、農(nóng)作物，經(jīng)濟(jì)作物、牧草的灌溉要求，亦可與施肥裝置結(jié)合用于作物的保養(yǎng)、施肥等。
[0021]太陽能灌溉系統(tǒng)具有無需市電供給和布埋電纜、節(jié)約勞動力、設(shè)備使用壽命長、節(jié)約能源、綠色環(huán)保、投資回收期短等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于自控技術(shù)與光伏產(chǎn)業(yè)已經(jīng)基本成熟，將太陽能驅(qū)動光伏水泵應(yīng)用于移動式噴灌機(jī)組并開發(fā)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，對促進(jìn)移動式噴灌機(jī)的發(fā)展具有重要意義。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)示意圖。
[0023]圖2是噴灌機(jī)直流無刷水泵加壓控制電路。
[0024]圖3是水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路。
[0025]圖4是PMSM電機(jī)控制主拓?fù)潆娐贰?br> [0026]圖5是基于DSP2812的水泵電機(jī)控制基本原理圖。
[0027]圖6所示為機(jī)械跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0028]圖7是修正變步長電導(dǎo)增量法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]如圖1所示，本發(fā)明的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、直流無刷水泵加壓控制電路和水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，后兩者分別由主回路和控制回路構(gòu)成，所述太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、太陽能控制器、蓄電池及開關(guān)組成；所述直流無刷水泵加壓控制電路主回路由斷路器、直流繼電器常閉觸點(diǎn)、熱繼電器、直流無刷電機(jī)控制器和自吸泵組成，直流無刷電機(jī)控制的直流輸入端與主直流母線連接，交流輸出端與自吸泵三相輸入端連接，控制回路由斷路器、按鈕開關(guān)，切換開關(guān)、輔助繼電器、指示燈及無線控制開關(guān)組成；所述水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路主回路由斷路器、直流繼電器觸點(diǎn)及電磁閥組成，控制回路由降壓模塊、按鈕開關(guān)、切換開關(guān)、輔助繼電器、水位控制器、指示燈及無線控制開關(guān)等組成，降壓模塊兩端分別與主直流母線與水位控制回路電源端連接。
[0031]所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏組件、蓄電池組、太陽能充放電管理器組成。
[0032]所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用基于太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制及基于光伏電池板固定安裝的MPPT控制。
[0033]圖2給出了本發(fā)明噴灌機(jī)直流無刷水泵加壓控制電路，直流無刷水泵加壓控制電路的主回路包括無刷直流電機(jī)控制器、熱繼電器FR、斷路器QF1、繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)及電機(jī)組成，無刷直流電機(jī)控制器連接于熱繼電器與繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)之間，斷路器QF1連接于主回路最前端；控制回路包括斷路器QF2、切換開關(guān)1QC、主繼電器KM1、主繼電器KM1常開自鎖觸點(diǎn)、繼電器KM2、繼電器KM2輔助觸點(diǎn)、緊停開關(guān)SB1、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、熱繼電器FR觸點(diǎn)開關(guān)及指示燈HL1?HL2組成，切換開關(guān)IQC連接于手動/無線啟停開關(guān)與緊停開關(guān)SB1之間，主繼電器KMl線圈連接于手動/無線啟停開關(guān)與熱繼電器FR觸點(diǎn)之間，緊停開關(guān)SB1左側(cè)連接于斷路器QF2,右側(cè)與切換開關(guān)IQC相連接，指示燈HL1?HL2分別接于主直流母線負(fù)極端和斷路器QF2正極輸出端，其中指示燈HL2串入主繼電器KM1的輔助常開觸點(diǎn)。
[0034]所述的直流無刷水泵加壓控制電路的主回路水泵采用50ZX型自吸泵。
[0035]圖5是基于DSP2812的水泵電機(jī)控制基本原理圖，直流無刷電機(jī)控制電路，主控芯片采用TMS320F2812型數(shù)字信號處理器，控制主電路由主控芯片、霍爾位置傳感器、霍爾電流傳感器、光電編碼器、光耦合器、逆變器、電機(jī)組成；采用三級結(jié)構(gòu)，第一級為智能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用離網(wǎng)式獨(dú)立結(jié)構(gòu)；第二級為IPM智能功率驅(qū)動電路，采用高性能IGBT開關(guān)模塊；第三極水泵加壓系統(tǒng)。
[0036]圖4是PMSM電機(jī)控制主拓?fù)潆娐?，直流無刷電機(jī)控制主電路包括充電、制動控制電路、SVPWM調(diào)制直流電壓電流檢測電路、PWM矢量調(diào)制驅(qū)動電路、信號保護(hù)檢測電路、電流檢測電路、位置檢測電路、速度檢測電路、電位調(diào)速及轉(zhuǎn)速顯示等部分組成功。
[0037]圖3是水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，主回路由斷路器QF3、繼電器KM3輔助常閉觸點(diǎn)、繼電器KM4輔助常開觸點(diǎn)及直流電磁閥YV組成，直流電磁閥YV分別經(jīng)繼電器KM3?KM4輔助常閉常開觸點(diǎn)連接與主直流母線正負(fù)極相連；控制回路由斷路器QF4、Buck降壓模塊HG10-48S12、切換開關(guān)2QC、緊停按鈕SB4、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、水位感應(yīng)控制電路及指示燈HL1?HL2組成；水位感應(yīng)控制電路由電阻Rl?R3、三極管Vl?V2、二極管V3、繼電器KM3主線圈及水位觸點(diǎn)AO?A2等組成，三極管Vl接于電阻Rl?2之間，Buck降壓模塊HG10-48S12左側(cè)與斷路器QF4連接、右側(cè)與切換開關(guān)2QC連接。
[0038]采用Buck降壓模塊HG10-48S12將系統(tǒng)48V電壓變換為12V安全控制電壓。
[0039]所述太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制包括太陽能光伏電池、光敏傳感器、數(shù)據(jù)處理與控制器、直流電動機(jī)與驅(qū)動電路及水平和俯仰機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)五部分。由光敏傳感器采集太陽與光伏電池板之間水平和垂直方向的位置偏差信號和光強(qiáng)信號，并反饋給數(shù)據(jù)處理及控制器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和放大，根據(jù)太陽光照規(guī)律判斷出下一步光伏電池板的移動角度，并向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出相應(yīng)的控制命令，隨后再觸發(fā)相關(guān)的繼電開關(guān)，使電動機(jī)帶動機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，以緩慢的速度把光伏電池板朝向角度移動到準(zhǔn)確的理想定位上去，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽光照的目的。
[0040]所述光伏電池板固定安裝的MPPT控制采用一種修正變步長電導(dǎo)增量法算法，其中變換器的占空比的迭代步長可自動改變。
[0041]如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種太陽能噴灌機(jī)直流無刷機(jī)泵加壓系統(tǒng)控制電路，利用光伏效應(yīng)，將太陽輻射能直接轉(zhuǎn)換成電能，通過太陽能充放電管理器對產(chǎn)生的直流進(jìn)行控制管理，防止蓄電池過充和過放，并且隨時(shí)向負(fù)載供電。當(dāng)太陽能光照充足或光照不充足但蓄電池供電正常時(shí)，開關(guān)Kl閉合而K2斷開，提供的直流電經(jīng)直流無刷電機(jī)控制器轉(zhuǎn)換，輸出三相交流電源供直流無刷自吸泵使用，其轉(zhuǎn)速的控制通過電位器的調(diào)節(jié)使占空比發(fā)生變換，達(dá)到轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)的目的，其實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)速可通過轉(zhuǎn)速表進(jìn)行動態(tài)顯示。當(dāng)太陽能光照不足且蓄電池供電故障或不足時(shí)，開關(guān)Kl斷開而K2閉合，臨時(shí)由應(yīng)急電源供電，應(yīng)急電源可包括柴油發(fā)電機(jī)、市電等。
[0042]系統(tǒng)工作時(shí)，應(yīng)首先保證蓄水池或吸水溝不發(fā)生“空池”、“溢水”現(xiàn)象且水位保持恒定，如圖3所示為一款簡單恒水位控制電路，為防止觸電事故，控制電路采用HG10-48S12模塊將系統(tǒng)電壓縮小至12V作為其工作電源。噴灌機(jī)組工作前，合上主回路斷路器Q。F3、控制回路斷路器QF4,電源指示燈HL3亮，說明電源供電正常。當(dāng)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)2QC切換到無線控制模式時(shí)，因直流接觸器KM5線圈得電吸合，線圈KM5輔助常開觸點(diǎn)閉合，輔助常閉觸點(diǎn)斷開，對兩種操作模式進(jìn)行互鎖。此時(shí)按下無線控制開關(guān)WL4，直流接觸器KM4線圈得電吸合且KM4輔助常開觸點(diǎn)閉合自鎖，接通水位控制回路的同時(shí)并接通裝設(shè)在蓄水池進(jìn)水口上的電磁閥YV，蓄水池開始蓄水。當(dāng)水位上升至Al探頭以上時(shí)，因繼電器KM3的輔助常開接點(diǎn)KM3處于斷開狀態(tài)，且水位在AO — Al點(diǎn)之間時(shí)KM3仍處于斷電失磁狀態(tài)，蓄水池始終保持畜水。
[0043]當(dāng)水位上升到AO點(diǎn)時(shí)，AO、A2探頭經(jīng)水導(dǎo)電接通，Vl與V2管飽和導(dǎo)通，繼電器KM3線圈得電勵磁，KM3線圈KM3輔助常閉觸點(diǎn)斷開、KM3輔助常開觸點(diǎn)閉合，電磁閥線圈失電閥體關(guān)閉，蓄水停止。當(dāng)蓄水池水位下降到AO與Al探頭之間時(shí)，此時(shí)繼電器KM3常開接點(diǎn)已閉合，A1、A2探頭經(jīng)水導(dǎo)體接通，三極管Vl因基極偏流作用，繼電器KM3仍處于吸合狀態(tài)。只有當(dāng)水位下降到Al以下時(shí)，Al — A2兩端斷開，使三極管V1、V2管截止，KM3線圈失電釋放，KM3輔助常開觸點(diǎn)斷開、輔助常閉觸點(diǎn)閉合，電磁閥重新打開蓄水。通過上述自動補(bǔ)水電路的反復(fù)控制，使水位始終維持在波動控制范圍之內(nèi)，滿足噴灌機(jī)加壓水泵吸水要求。
[0044]系統(tǒng)欲停止時(shí)，按下停止點(diǎn)動無線開關(guān)WL3,接觸器KM4線圈斷電釋放，KM4輔助常開觸點(diǎn)恢復(fù)常開，切斷主回路控制電源，電磁閥關(guān)閉停止工作。當(dāng)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)IQC切換到手動模式時(shí)，KM5常開常閉觸點(diǎn)互鎖，此時(shí)SB6、SB5按鈕開關(guān)分別代替無線點(diǎn)動開關(guān)WL4及WL3執(zhí)行啟停操作。若需緊急停止系統(tǒng)工作時(shí)，則可按下緊停按鈕SB4實(shí)現(xiàn)。
[0045]如圖2所示，在吸水渠蓄水正常后，可打開水泵，水泵啟動前，合上主回路斷路器QF1、控制回路斷路器QF2，電源指示燈HLl亮，說明電源供電正常。當(dāng)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)IQC切換到無線控制模式時(shí)，因直流接觸器KM2線圈得電吸合，線圈KM2輔助常開觸點(diǎn)閉合，輔助常閉觸點(diǎn)斷開，對兩種操作模式進(jìn)行互鎖。此時(shí)按下無線控制開關(guān)WL2，直流接觸器KM1線圈得電吸合且KM1輔助常開觸點(diǎn)閉合自鎖，接通水泵。水泵停止時(shí)，按下停止點(diǎn)動無線開關(guān)WL1，接觸器KM1線圈斷電釋放，KM1輔助常開觸點(diǎn)恢復(fù)常開，切斷主回路控制電源，水泵斷電停止工作。當(dāng)自動轉(zhuǎn)換開關(guān)2QC切換到手動模式時(shí)，KM2常開常閉觸點(diǎn)互鎖，此時(shí)SB3、SB2按鈕開關(guān)分別代替無線點(diǎn)動開關(guān)WL2及WL1執(zhí)行啟停操作。若需緊急停止系統(tǒng)工作時(shí)，則可按下緊停按鈕SB4實(shí)現(xiàn)。若水泵在工作工程中，熱繼電器發(fā)生FR跳閘，切斷控制回路，接觸器KM1線圈斷電釋放，KM1輔助常開觸點(diǎn)恢復(fù)常開，同樣切斷水泵電源，以達(dá)到一定的保護(hù)作用。
[0046]如圖4所示為正弦波永磁同步電機(jī)驅(qū)動水泵控制主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三級電路:第一級為智能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用離網(wǎng)式獨(dú)立結(jié)構(gòu)，具有基于降壓斬波電路(BuckChopper)的MPPT特點(diǎn)；第二級為IPM智能功率驅(qū)動電路，采用高性能IGBT模塊；第三極無刷直流水泵驅(qū)動系統(tǒng)。隨著數(shù)字信號處理器的快速發(fā)展，第一級實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的充放電及智能追日過程的全自動化控制，第二、三級采用基于DSP為核心的實(shí)時(shí)數(shù)字控制系統(tǒng)，通過電位器設(shè)置轉(zhuǎn)速，啟動電機(jī)后，利用轉(zhuǎn)速及交直流信號檢測電路實(shí)時(shí)采集功率驅(qū)動管及無刷電機(jī)工作信號，經(jīng)核心控制芯片分析處理由PWM驅(qū)動電路發(fā)出6路導(dǎo)通開關(guān)信號，實(shí)現(xiàn)對無刷直流電機(jī)的空間矢量控制，并借助顯示電路對當(dāng)前轉(zhuǎn)速實(shí)時(shí)顯示，方便對水泵輸出特性進(jìn)行設(shè)定。為完善系統(tǒng)安全機(jī)制，設(shè)有一定的保護(hù)信號檢測。
[0047]值得注意的是水泵在啟動前，太陽能控制器通過充電電阻R7向電容Cl和C2充電，以防止充電電流過大。當(dāng)Cl和C2上的電壓達(dá)到額定電壓時(shí)，繼電器J吸合，將R7短路，防止R7消耗電能。電壓霍爾傳感器和三個(gè)(兩個(gè)亦可)電流霍爾傳感器分別用來檢測直流母線電壓以及三相電流，作為控制器控制基本輸入信號。功率開關(guān)K4用于電機(jī)制動時(shí)泄放能量，當(dāng)電機(jī)制動時(shí)，機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能向直流母線回饋，使得直流母線上的電容電壓抬升。為了防止直流母線電壓過高導(dǎo)致器件故障，需要控制K4導(dǎo)通，將部分能量通過R6制動電阻泄放。
[0048]如圖6所示為機(jī)械跟蹤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由光敏傳感器采集太陽與光伏電池板之間水平和垂直方向的位置偏差信號和光強(qiáng)信號，并反饋給數(shù)據(jù)處理及控制器，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理和放大，根據(jù)太陽光照規(guī)律判斷出下一步光伏電池板的移動角度，并向電機(jī)驅(qū)動電路發(fā)出相應(yīng)的控制命令，隨后再觸發(fā)相關(guān)的繼電開關(guān)，使電動機(jī)帶動機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)，以緩慢的速度把光伏電池板朝向角度移動到準(zhǔn)確的理想定位上去，從而實(shí)現(xiàn)跟蹤太陽光照的目的。
[0049]如圖7所示為修正變步長電導(dǎo)增量法的流程圖，通過不斷的檢測當(dāng)前光伏陣列工作電壓和工作電流i/(k)、/(k)，計(jì)算出當(dāng)前的功率產(chǎn)⑵及電壓電流功率三者的變化量，進(jìn)而確定出修正步長，并按圖示流程分別對?υ、?Ι/?υ與-1/U、R d/的大小情況進(jìn)項(xiàng)判斷，根據(jù)判斷結(jié)果及時(shí)對下一刻電壓電流量進(jìn)行修正，且修正值step隨著abs(d/Vd仍的大小變化而變化，其當(dāng)前功率越接近最大功率時(shí)修正步長越小，從而保證光伏電池始終工作在最大功率點(diǎn)或最大功率點(diǎn)處，提高光伏電池轉(zhuǎn)換效率。
[0050]最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍中。
【權(quán)利要求】
1.一種太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:包括太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)、直流無刷水泵加壓控制電路和水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，后兩者分別由主回路和控制回路構(gòu)成，所述太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由光伏組件、太陽能控制器、蓄電池及開關(guān)組成；所述直流無刷水泵加壓控制電路主回路由斷路器、直流繼電器常閉觸點(diǎn)、熱繼電器、直流無刷電機(jī)控制器和自吸泵組成，直流無刷電機(jī)控制的直流輸入端與主直流母線連接，交流輸出端與自吸泵三相輸入端連接，控制回路由斷路器、按鈕開關(guān)，切換開關(guān)、輔助繼電器、指示燈及無線控制開關(guān)組成；所述水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路主回路由斷路器、直流繼電器觸點(diǎn)及電磁閥組成，控制回路由降壓模塊、按鈕開關(guān)、切換開關(guān)、輔助繼電器、水位控制器、指示燈及無線控制開關(guān)等組成，降壓模塊兩端分別與主直流母線與水位控制回路電源端連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)由太陽能光伏組件、蓄電池組、太陽能充放電管理器組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)采用基于太陽光機(jī)械跟蹤的MPPT控制及基于光伏電池板固定安裝的MPPT控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流無刷水泵加壓控制電路的主回路包括無刷直流電機(jī)控制器、熱繼電器FR、斷路器QF1、繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)及電機(jī)組成，無刷直流電機(jī)控制器連接于熱繼電器與繼電器KM1輔助常閉觸點(diǎn)之間，斷路器QF1連接于主回路最前端；控制回路包括斷路器QF2、切換開關(guān)1QC、主繼電器KM1、主繼電器KM1常開自鎖觸點(diǎn)、繼電器KM2、繼電器KM2輔助觸點(diǎn)、緊停開關(guān)SB1、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、熱繼電器FR觸點(diǎn)開關(guān)及指示燈HL1?HL2組成，切換開關(guān)IQC連接于手動/無線啟停開關(guān)與緊停開關(guān)SB1之間，主繼電器KMl線圈連接于手動/無線啟停開關(guān)與熱繼電器FR觸點(diǎn)之間，緊停開關(guān)SB1左側(cè)連接于斷路器QF2,右側(cè)與切換開關(guān)IQC相連接，指示燈HL1?HL2分別接于主直流母線負(fù)極端和斷路器QF2正極輸出端，其中指示燈HL2串入主繼電器KM1的輔助常開觸點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流無刷水泵加壓控制電路的主回路水泵采用50ZX型自吸泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流無刷電機(jī)控制電路，主控芯片采用TMS320F2812型數(shù)字信號處理器，控制主電路由主控芯片、霍爾位置傳感器、霍爾電流傳感器、光電編碼器、光耦合器、逆變器、電機(jī)組成；采用三級結(jié)構(gòu)，第一級為智能太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)，采用離網(wǎng)式獨(dú)立結(jié)構(gòu)；第二級為IPM智能功率驅(qū)動電路，采用高性能IGBT開關(guān)模塊；第三極水泵加壓系統(tǒng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的直流無刷電機(jī)控制主電路包括充電、制動控制電路、SVPWM調(diào)制直流電壓電流檢測電路、PWM矢量調(diào)制驅(qū)動電路、信號保護(hù)檢測電路、電流檢測電路、位置檢測電路、速度檢測電路、電位調(diào)速及轉(zhuǎn)速顯示等部分組成功。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能噴灌機(jī)取水加壓控制系統(tǒng)，其特征在于:所述的水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路主回路由斷路器QF3、繼電器KM3輔助常閉觸點(diǎn)、繼電器KM4輔助常開觸點(diǎn)及直流電磁閥YV組成，直流電磁閥YV分別經(jīng)繼電器KM3?KM4輔助常閉常開觸點(diǎn)連接與主直流母線正負(fù)極相連；控制回路由斷路器QF4、Buck降壓模塊HG10-48S12、切換開關(guān)2QC、緊停按鈕SB4、開關(guān)按鈕SB2?SB3、無線控制開關(guān)WL1?WL2、水位感應(yīng)控制電路及指示燈HL1?HL2組成；水位感應(yīng)控制電路由電阻Rl?R3、三極管Vl?V2、二極管V3、繼電器KM3主線圈及水位觸點(diǎn)AO?A2等組成，三極管Vl接于電阻Rl?2之間，Buck降壓模塊HG10-48S12左側(cè)與斷路器QF4連接、右側(cè)與切換開關(guān)2QC連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的水源恒水位自動補(bǔ)水控制電路，其特征在于:采用Buck降壓模塊HG10-48S12將系統(tǒng)48V電壓變換為12V安全控制電壓。
【文檔編號】A01G25/16GK104381098SQ201410731925
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月6日
【發(fā)明者】朱德蘭, 王昌偉, 吳普特, 張 林, 朱金福, 王斌 申請人:西北農(nóng)林科技大學(xué)