高效高性能光伏水泵專用變頻器的研究與設(shè)計 摘要:闡述了以Intel80C196MC芯片為控制核心的高效高性能光伏水泵專用變頻器。系統(tǒng)采用逐步逼近法實現(xiàn)太陽電池的最大功率跟蹤(MPPT),同時通過恒V/f方式來實現(xiàn)交流光伏水泵系統(tǒng)的高效能量轉(zhuǎn)換。 關(guān)鍵詞:80C196MC芯片;光伏水泵;最大功率跟蹤
??? 當(dāng)今,隨著常規(guī)能源如石油、煤炭等消耗量的大規(guī)模增加,日益惡化的生態(tài)環(huán)境迫使世界各國開始積極尋找一條新的可持續(xù)發(fā)展的能源之路。太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮艿惹鍧嵞茉匆阎饾u受到了人類的重視,而這其中,太陽能無疑處于最突出的地位?,F(xiàn)在,在我國大西北、西藏和內(nèi)蒙古等遠離電網(wǎng)的偏遠地區(qū),很多人喝不到干凈的飲用水,而這些地區(qū)同時又是太陽能資源非常豐富的地區(qū),因此,在這些地區(qū)發(fā)展光伏水泵技術(shù)具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。然而,目前市場上所售的多為普通變頻器,用于本系統(tǒng)中,不能很好地實現(xiàn)各種保護功能,同時也不具備太陽電池的最大功率點跟蹤功能,造成太陽電池容量的巨大浪費。本文介紹一種高效高性能的光伏水泵專用變頻器。 1? 光伏水泵系統(tǒng)的組成 ??? 光伏水泵系統(tǒng)的組成如圖1所示。
圖1? 光伏水泵系統(tǒng)組成 ??? 本系統(tǒng)的主要輸入?yún)⒘繛槿照諒姸龋?I>Φ),輸出參量為水的流量(θ),系統(tǒng)總效率為η=Hθ/Φ,其中H為揚程;MPPT和電壓變換器部分就是本系統(tǒng)所研究的對象。 ??? 由圖1可知,光伏陣列為系統(tǒng)的能量輸入端,當(dāng)日照強度Φ一定時,其最大輸出功率也為定值,本系統(tǒng)所研制的變頻器主要實現(xiàn)的功能之一就是使光伏陣列時刻工作在此最大功率點處,即MPPT問題;功能之二是使系統(tǒng)輸出電壓與負載特性之間的匹配為最優(yōu),即電機的恒V/f控制。由以上兩個方面可知,在日照強度Φ和太陽電池容量一定的情況下,系統(tǒng)的效率達到最高,即在保持水泵揚程不變的前提下水流量可達到最大。 2? 系統(tǒng)的主電路結(jié)構(gòu) ??? 1)電路拓撲 ??? 系統(tǒng)的主電路拓撲如圖2所示。
圖2? 主電路拓撲 ??? 2)系統(tǒng)的功率器件 ??? 本系統(tǒng)的功率器件采用功率MOSFET,功率MOSFET為電壓控制型單極性器件,沒有少數(shù)載流子的存儲效應(yīng),輸入阻抗高,動作快,工作頻率高,不存在二次擊穿,驅(qū)動功率小,并且驅(qū)動電路簡單;同時,由于具有正溫度系數(shù),可以自動均衡電流,不會產(chǎn)生過熱點,因此,系統(tǒng)采用兩個功率MOSFET并聯(lián),擴大了電流的容量,從而降低了系統(tǒng)的成本。同時,從主電路中可以檢測出太陽電池電壓、直流母線電流、電機的U相和V相電流值等,以實現(xiàn)系統(tǒng)的各種保護。 3? 系統(tǒng)的控制電路 3.1? 系統(tǒng)的控制電路功能 ??? 本系統(tǒng)的控制電路是以Intel公司生產(chǎn)的新一代16位單片機80C196MC為控制核心構(gòu)成的全數(shù)字式智能控制電路,其主要功能是在軟件的控制下,根據(jù)必要的外部信息完成系統(tǒng)的下述各項功能: ??? 1)按照已確定的V/f曲線,根據(jù)80C196MC片內(nèi)外設(shè)波形發(fā)生器(WG)單元的工作原理,發(fā)送SPWM信號,保持V/f值為常數(shù),實現(xiàn)變頻調(diào)速。 ??? 2)根據(jù)檢測元件檢測到的直流側(cè)電壓、電流值,結(jié)合太陽電池的功率特性曲線和相應(yīng)的軟件,在完成變頻調(diào)速的同時,實現(xiàn)太陽電池的最大功率點跟蹤。 ??? 3)根據(jù)各種故障信號,采取相應(yīng)的處理措施,并給出各種故障的報警顯示。 3.2? 系統(tǒng)的控制芯片及外圍框圖 ??? 8XC196MC是Intel公司繼MCS51、MCS96系列單片機之后,于1992年推出的真正的16位嵌入式單片機,由于采用CHMOS工藝,使得芯片的運算速度大大提高;同時它把許多常用的功能模塊進一步集成到片內(nèi),從而使用戶系統(tǒng)更緊湊,抗干擾能力更強,工作更可靠。本系統(tǒng)所采用的控制芯片80C196MC是8XC196MC系列單片機中的一種,在其內(nèi)部集成了最有特色的單元——波形發(fā)生器(WG),它大大簡化了產(chǎn)生SPWM的方法和步驟,只需在線計算寄存器WG-RELOAD和WG-COMPX的值就可以得到不同頻率和脈寬的SPWM。其外圍電路框圖如圖3所示。
圖3? CPU外圍電路框圖 3.3? 輸入接口電路 ??? 本系統(tǒng)共有6路檢測,分別完成系統(tǒng)的直流側(cè)電壓、直流側(cè)電流、輸出交流電壓和輸出交流電流等的檢測與保護,其中,直流側(cè)電壓檢測和直流側(cè)過流與短路保護的接口電路分別如圖4和圖5所示,接口電路將輸入信號轉(zhuǎn)換為芯片所需要的0~5V電平。這部分電路輸入阻抗應(yīng)比較大,以盡量減少對設(shè)備信號的影響,輸出阻抗應(yīng)同芯片內(nèi)A/D口的輸入阻抗相匹配。
圖4? 太陽電池電壓檢測
圖5?? 直流側(cè)過流、短路保護 4? 系統(tǒng)的控制原理框圖 ??? 系統(tǒng)的控制原理框圖如圖6所示。
圖6? 系統(tǒng)控制原理框圖 ??? 由圖6可知,本系統(tǒng)結(jié)合太陽電池的功率特性曲線,采用逐步逼近法來實現(xiàn)太陽電池的最大功率點跟蹤(MPPT),其中MPPT模塊的功能是通過比較前后兩次太陽電池的工作電壓和負載工作頻率,而輸出一個逐步趨近最大功率點處的電壓值;同時,為了消除系統(tǒng)振蕩和提高動態(tài)響應(yīng)速度,設(shè)計了PI調(diào)節(jié)結(jié)合軟起動的控制方式,通過不斷改變負載的工作頻率使太陽電池的工作電壓最終等于MPPT的輸出電壓值。圖7和圖8分別為MPPT和PI程序流程圖,軟起動程序流程圖略。
圖7? MPPT程序流程圖
圖8? PI程序流程圖 ??? 本系統(tǒng)的軟件采用模塊化設(shè)計,主要包括主程序、WG模塊、MPPT模塊、PI模塊和軟起動模塊等。經(jīng)過這樣的模塊化處理后,系統(tǒng)的軟件由復(fù)雜變得簡單易懂,同時也便于修改和功能擴展。系統(tǒng)的主程序流程圖見圖9。
圖9? 主程序流程圖 5? 結(jié)語 ??? 根據(jù)上述思想設(shè)計的變頻器基本上實現(xiàn)了太陽電池的最大功率點跟蹤,而電壓閉環(huán)又保證了V/f恒定,因此大大提高了系統(tǒng)的工作效率;同時,系統(tǒng)又具有短路、欠壓、堵轉(zhuǎn)、打干和過載等各種完善的保護功能,可以在各種惡劣的環(huán)境下工作,對于偏遠的西部某些地區(qū)具有廣闊的應(yīng)用前景。 |
高效高性能光伏水泵專用變頻器的研究與設(shè)計
- 變頻器(139255)
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基于V5?BA細紗機專用變頻器功能及結(jié)構(gòu)
V5BA系列細紗機專用變頻器是VT推出的紡織行業(yè)專用高性能矢量控制 型變頻器。 產(chǎn)品采用了與目前國際最領(lǐng)先技術(shù)完全同步的無速度傳感器矢量控制技術(shù),不僅具有與國際高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能,同時
2017-10-02 15:37:55
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基于V5?H控制型變頻器特點機性能
V5H 中壓系列變頻器是高性能矢量控制型變頻器。產(chǎn)品采用了與目前國際最領(lǐng)先技 術(shù)完全同步的無速度傳感器矢量控制技術(shù),不僅具有與國際高端變頻器同樣優(yōu)異的控制性能,同時還結(jié)合中國的應(yīng)用特點,進一步強化了產(chǎn)品的可靠性和環(huán)境的適應(yīng)性以及客戶化 和行業(yè)化的設(shè)計,能夠更好地滿足各種傳動應(yīng)用的需求。
2017-10-02 15:40:33
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英威騰Goodrive100-PV變頻器在光伏水泵上的應(yīng)用
隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 光伏板的工作效率變得更佳。英威騰最新研發(fā)的光伏水泵方案GD100-PV已悄然上市并在世界各地成功應(yīng)用。 此光伏變頻器從上一代產(chǎn)品中習(xí)得經(jīng)驗并結(jié)合世界各地終端客戶的反饋來進行改善。本文將會介紹GD100-PV系列光伏水泵變頻器。
2017-10-09 17:55:29
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英威騰BPD系列高防護光伏水泵專用變頻器產(chǎn)品使用手冊
BPD系列高防護光伏水泵逆變器,是在Goodrive系列高性能矢量變頻器核心控制算法的基礎(chǔ)上,結(jié)合光伏水泵應(yīng)用控制的要求,開發(fā)出來的一款專門針對戶外光伏供電的水泵逆變器。BPD系列產(chǎn)品效率高、運行穩(wěn)定性好,適用于各種單相和三相220V交流水泵。
2017-10-10 14:54:13
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英威騰Goodrive100-PV系列光伏水泵專用變頻器產(chǎn)品使用手冊
Goodrive100-PV系列變頻器是英威騰新推出的針對光伏水泵應(yīng)用的變頻器,在原有光伏水泵產(chǎn)品GD100-01的基礎(chǔ)上,對產(chǎn)品易用性、產(chǎn)品性能方面進行了優(yōu)化,同時擴展了產(chǎn)品適用的電壓等級及功率范圍,可以應(yīng)用于單相/三相220V、三相380V水泵。
2017-10-10 14:56:23
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英威騰Goodrive300-16系列HVAC專用變頻器產(chǎn)品使用手冊
GD300-16系列HVAC專用變頻器是英威騰基于GD300高性能開環(huán)矢量變頻器平臺、針對HVAC行業(yè)應(yīng)用特性及控制要求研發(fā)的專用變頻器,可廣泛應(yīng)用于供暖和供水場合,如高層樓宇及小區(qū)多層建筑的恒壓供水、城市集中供氣供水、水處理,給水加壓泵站等。
2017-10-10 14:59:06
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英威騰Goodrive300系列EPS專用變頻器產(chǎn)品使用手冊
GD300 EPS專用變頻器是基于英威騰高性能矢量變頻器GD300硬件平臺定制開發(fā)的、具有市電同步功能,廣泛應(yīng)用于EPS電源、岸電電源、消防應(yīng)急電源及地鐵、機場、醫(yī)院、大型商場等市政公共設(shè)施電源系統(tǒng)的專用變頻器。
2017-10-10 15:00:49
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變頻器分類及發(fā)展趨勢
V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分類,可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
2017-12-15 12:42:53
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合理利用變頻器在循環(huán)水泵中
循環(huán)水泵電機功率 185kW 。配置日立 i300 系列2200HF變頻器,考慮到電機的軟啟動時間較長,因此作為長期運行泵,設(shè)計備用泵自投回路及報警回路。選擇變頻器故障報警輸出觸點 AL0、 AL1,作為備用泵自投觸點,由于觸點容量較小。直流耐壓較低 AC250V 、 0 。
2018-09-26 10:16:00
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關(guān)于矢量專用變頻器和通用變頻器的區(qū)別詳解
變頻器主要作用通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設(shè)備,而對于變頻器的種類大家知道嗎?變頻器有矢量專用變頻器和通用變頻器兩種,而對于這兩種的區(qū)別有哪些呢?今天變頻器廠家就詳細的介紹一下:
2018-12-19 15:14:03
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淺析變頻器在風(fēng)機水泵上的應(yīng)用
變頻器如今的應(yīng)用范圍很廣泛,已在石油、化工、輕工、造紙、橡膠、電力、冶金等眾多行業(yè)廣泛的應(yīng)用。變頻器的調(diào)速節(jié)能為企業(yè)生產(chǎn)提高了工藝水平、節(jié)能了資源。在節(jié)能和保護環(huán)境起到了重大作用,是企業(yè)技術(shù)改造更新產(chǎn)品發(fā)揮著重要作用。下面介紹一下變頻器在風(fēng)機水泵上的應(yīng)用:
2019-01-24 14:14:49
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變頻器如何連接潛水泵
潛水泵也屬于電機的一種與普通異步電機的連接方式是一樣的,如果僅僅是控制出水量或者水的揚程采用普通的調(diào)頻的方式即可,如果是時恒壓供水則需要選擇變頻器的PID控制功能了額外需要一個水壓傳感器進行反饋
2019-11-24 10:52:01
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未來變頻器行業(yè)發(fā)展方向是什么
在研發(fā)制造變頻器的時候根據(jù)某一類機器的特性,研發(fā)制造有針對性的變頻器,才能保證物盡其用。這不僅有效地控制負載的電動機,還可以降低制造成本。例如:風(fēng)機、水泵用變頻器,起重機械專用變頻器,電梯控制專用變頻器,張力控制專用變頻器和空調(diào)專用變頻器等。
2020-07-09 16:55:02
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水泵變頻器的作用及工作原理
水泵變頻器是通過改變電機工作電源的頻率和幅度的方式來控制交流電動機的電力傳動元件,水泵用變頻器的作用是改善三相交流電動機的起動方式和達到平滑控制水泵電動機轉(zhuǎn)速的目的。
2021-01-05 14:57:17
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水泵變頻器怎么調(diào)壓力
水泵變頻器調(diào)壓力步驟: 1、打開PID閉環(huán)控制;2、接壓力閉環(huán);3、設(shè)置壓力反饋,設(shè)置給定壓力;
2021-01-05 15:08:53
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變頻器專用輸出濾波器的作用
變頻器專用輸出濾波器,又名“變頻器專用出線濾波器”,安裝于變頻器與電動機之間,主要用來抑制變頻器在逆變過程中產(chǎn)生的諧波,保護電動機及其周圍的敏感用電設(shè)備,解決變頻器逆變諧波導(dǎo)致的諧波干擾問題,以及變頻器逆變諧波導(dǎo)致的電動機過熱、絕緣老化加速、絕緣頻繁損壞(繞組點狀擊穿)、振動、嘯叫等系列問題。
2021-12-15 14:43:02
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變頻器專用輸出電抗器的介紹
變頻器專用輸出電抗器,又名“變頻器專用出線電抗器”,通常安裝于變頻器輸出側(cè),也就是串聯(lián)在變頻器與電動機之間的連接導(dǎo)線上。MLAD-VR-SC變頻器專用輸出電抗器,可以有效抑制變頻器逆變產(chǎn)生的諧波
2021-12-16 17:58:11
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變頻器專用出線電抗器的功能、作用及分類
MLAD-VR-SC變頻器專用出線電抗器通常串聯(lián)于變頻器與電動機之間,靠近變頻器的一側(cè)。MLAD-VR-SC變頻器專用出線電抗器主要是其自身的感抗來阻抗變頻器出線端的電流的變化,同時,能夠有效抑制
2022-03-23 08:53:49
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變頻器專用進線電抗器的作用、特點及選擇
MLAD-VR-SR變頻器專用進線電抗器又稱“變頻器專用進線感抗器”或“變頻器專用進線電感器”等,主要是用來抑制變頻器整流產(chǎn)生的以及電網(wǎng)中的高次諧波,解決高次諧波干擾用電設(shè)備及變頻器的問題,同時,還具有抑制電源側(cè)Du/Dt或Dv/Dt,提高變頻系統(tǒng)功率因數(shù)的功用。
2022-03-28 17:48:32
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變頻器專用電抗器的類型及使用場景
與變頻器配套使用的專用電抗器有兩種,一種是交流電抗器,一種是直流電抗器。與變頻器配套使用的交流電抗器,根據(jù)其安裝位置的不同,又可以分為兩種,變頻器專用輸入電抗器、變頻器專用輸出電抗器。
2022-06-29 11:00:50
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變頻器專用電抗器的分類及功能
變頻器專用電抗器與變頻器專用濾波器一樣,都是屬于變頻器諧波抑制的常用器件。關(guān)于變頻器專用電抗器的作用,或者是說功能、效果等等,也是大家非常關(guān)心的問題之一。綠波杰能自2005年開始專注變頻器專用
2022-06-30 09:05:54
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變頻器專用進線電抗器的概念、作用及優(yōu)缺點
如果電源的容量比較大的情況下,在操作變頻器的電源開關(guān)時,會因過電壓或過電流造成比較嚴重的合閘涌流,危害變頻器的安全,此時,您需要MLAD-VR-SR變頻器專用進線電抗器來幫您;如果電源的容量比較
2022-07-15 11:40:59
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CT112系列光伏水泵變頻器介紹
隨著光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)展, 光伏板的工作效率變得更佳。最新研發(fā)的光伏水泵方案CT112已悄然上市并在世界各地成功應(yīng)用。此光伏變頻器從上一代產(chǎn)品中習(xí)得經(jīng)驗并結(jié)合世界各地終端客戶的反饋來進行改善。本文將會介紹CT112系列光伏水泵變頻器。
2022-11-10 10:48:11
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光伏水泵變頻器應(yīng)用案例分析
庫馬克作為首批研發(fā)和生產(chǎn)銷售光伏水泵低壓變頻器的廠家之一。ES350/ES580低壓變頻器系列功率范圍0.4-560kW,直流輸入電壓范圍更寬,組件配置更加靈活方便。
2023-04-23 10:56:59
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四象限變頻器專用電抗器的作用
我們將可以讓電機在四象限上進行工作的變頻器成為四象限變頻器,由于具有節(jié)能和產(chǎn)生諧波的優(yōu)勢所以應(yīng)用廣泛。由于四象限變頻器較為特殊,因此用的也是專用電抗器,今天就跟著薩頓斯一起來了解一下四象限變頻器專用電抗器的作用。
2023-06-08 09:19:28
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光伏變頻器的使用方法有哪些
光伏變頻器的使用方法有哪些 光伏水泵變頻器、光伏水泵控制系統(tǒng)及控制方法 【專利摘要】本申請?zhí)峁┝艘环N光伏水泵變頻器、光伏水泵控制系統(tǒng)及控制方法,光伏水泵變頻器包括:整流部分、逆變部分、變頻器控制模塊
2023-06-12 16:36:30
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變頻器的分類和發(fā)展趨勢
V/f控制變頻器、轉(zhuǎn)差頻率控制變頻器和矢量控制變頻器等;按照用途分類,可以分為通用變頻器、高性能專用變頻器、高頻變頻器、單相變頻器和三相變頻器等。
2023-08-09 09:23:42
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工控機連接Profinet轉(zhuǎn)Modbus RTU網(wǎng)關(guān)與水泵變頻器Modbus通訊配置案例
Profinet轉(zhuǎn)Modbus RTU網(wǎng)關(guān)是一個具有高性能的通信設(shè)備,它能夠?qū)⒐た貦C上的Profinet協(xié)議轉(zhuǎn)換成水泵變頻器可識別的Modbus RTU協(xié)議,實現(xiàn)二者之間的通信。通過這種方式,工控機可以直接控制水泵變頻器的運行狀態(tài),改變其工作頻率,從而實現(xiàn)對水泵的精確控制。
2023-10-19 17:21:17
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工控機連接Profinet轉(zhuǎn)Modbus RTU網(wǎng)關(guān)與水泵變頻器Modbus通訊
Profinet轉(zhuǎn)Modbus RTU網(wǎng)關(guān)是一個具有高性能的通信設(shè)備,它能夠?qū)⒐た貦C上的Profinet協(xié)議轉(zhuǎn)換成水泵變頻器可識別的Modbus RTU協(xié)議,實現(xiàn)二者之間的通信。通過這種方式,工控機可以直接控制水泵變頻器的運行狀態(tài),改變其工作頻率,從而實現(xiàn)對水泵的精確控制。
2023-11-21 15:41:11
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矢量專用變頻器和通用變頻器的區(qū)別
矢量專用變頻器和通用變頻器的區(qū)別 矢量專用變頻器和通用變頻器是用于驅(qū)動電機的兩種不同類型的變頻器。雖然它們都可以控制電機的電壓和頻率,但在其功能、性能和適用范圍方面存在著一些差異。 一、定義和概述
2024-02-04 11:35:47
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