光伏陣列通過*大功率點跟蹤器以后的輸出是直流電壓,如果水泵所用驅(qū)動電機是直流電動機,當(dāng)然就可以在二者電壓值相適配的情況下直接連接,電動機將帶動水泵旋轉(zhuǎn)揚水,例如美國Solarjack公司早年的安靜產(chǎn)品就是這樣。由于直流電動機的造價一般較高,還需要定期維護(hù)或更換其電刷,近若干年來,由于新型調(diào)速控制理論及功率電子器件、技術(shù)的進(jìn)步,使交流調(diào)速技術(shù)有了長足的發(fā)展,其效率已逐步趕上直流電動機,而其使用的方便性和牢固性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過直流電動機,因此有刷直流電動機的驅(qū)動方式漸呈被淘汰之勢,而取而代之的主要是高效率的三相異步電動機及直流無刷電動機,也偶有采用永磁同步電動機或磁阻電動機的。后幾種電動機的驅(qū)動都要靠專用的變頻裝置或相應(yīng)的電力電子驅(qū)動電路。:這里以三相異步電動機的驅(qū)動為例說明其驅(qū)動的基本原理。
交流驅(qū)動常分為方波驅(qū)動(含階梯波驅(qū)動)及正弦波驅(qū)動兩大類。一般說功率較小的光伏水泵系統(tǒng)(300W以下),采用方波驅(qū)動的為多,功率較大時為限制其諧波損耗,常采用正弦波驅(qū)動。不論采用何種驅(qū)動,其基本電路結(jié)構(gòu)都可分為以下四部分,即:
(1)開關(guān)電源部分:它的作用是為控制器提供電源??刂破魍枰?/span>5V或+12V等控制電源,而太陽電池陣列的輸出電壓在絕大部分情形下是不可能直接為此所用,因此需要一個DC/DC變換裝置,把陣列的直流電壓變換為所需的直流電壓,這就是開關(guān)電源。
(2)主電路及其驅(qū)動電路
作為主電路的三相逆變電路的主要元件為功率電子器件,它們構(gòu)成了全橋式逆變電路,大容量的電解電容作為儲能元件直接跨接在直流側(cè)兩端,當(dāng)逆變電路關(guān)斷時,太陽電池陣列向電容充電,當(dāng)逆變電路導(dǎo)通時,電容和太陽電池陣列一同為負(fù)載供電。
驅(qū)動電路的設(shè)計與制作應(yīng)精心進(jìn)行,在使用功率MOsFET時要可靠地使柵極驅(qū)動電路具有良好的性能。
3)控制電路
目前許多光伏水泵的控制電路已經(jīng)采用先進(jìn)的單片微機技術(shù),經(jīng)過了MsC-51系列、MCS96系列等發(fā)展過程,*近更推出了比較令人滿意的8XCI96系列,其中包括專門用于電機調(diào)速的80C196MC系列,它除了具有196系列的許多共有特點外,還具有特別適合于電動機驅(qū)動的特點,通過匯編語言的程序設(shè)計,在本系統(tǒng)中主要完成以下功能。
·完成系統(tǒng)要求的過流、欠壓、低速、打干保護(hù)等保護(hù)功能,顯示故障狀態(tài);
·檢測主回路直流側(cè)的電流、電壓、計算出太陽電池陣列的輸出功率,完成在變頻調(diào)速過程中對陣列輸出*大功率點的跟蹤;
·按磁鏈追蹤或其它相應(yīng)的變頻調(diào)速原理,發(fā)送SPWM信號。
(4)保護(hù)電路
出于對系統(tǒng)**運行的考慮,需要設(shè)置諸如過電流、過電壓、過負(fù)荷、過低負(fù)荷、欠電壓、井水打干、停機后在各種條件下的自啟動……許多保護(hù)環(huán)節(jié),要根據(jù)所選用的控制??件、控制電路因地制宜地把它們設(shè)置到電路中去。由于光伏水泵在絕大多數(shù)情況下都是“日出而作,日落而停”、全自動地工作的,因此必須采用十分可靠的保護(hù)措施。