BLDC光伏水泵系统的dsPIC控制研究

【摘要】： 在逐渐迈进低碳经济的今天,作为绿色可再生能源重要组成部分的太阳能越来越受到青睐,太阳能光伏发电技术得到了迅猛的发展,其中光伏水泵系统也成为了热点研究方向,其应用范围逐步扩大,有着潜在的巨大市场和良好的经济社会效益。 本文研究设计的BLDC光伏水泵系统是广东联合泵业公司委托开发项目,不仅要求本系统完成光伏水泵系统基本的提水功能,还要进一步提高光伏水泵系统的技术水平,在高效率、宽扬程、高可靠性和易操作性等方面有所提高,并有效控制成本,使本光伏水泵系统易于推广应用。现在该系统已经实现了批量试生产。 本文通过对系统各主要和关键技术的分析,提出系统的总体设计方案,并完成系统控制器硬件电路和软件设计,同时完成了试验样机的制作,和实验平台的搭建,并对其进行了实验研究,验证了方案的可行性。具体工作如下: 1.通过对光伏水泵系统的分析,设计出以dsPIC30F4011为控制核心、IPM为电子换相主电路的BLDC光伏水泵系统控制器的整体结构。 2.通过对光伏水泵系统中机泵系统的研究,并重点分析光伏水泵特性和无位置传感器直流无刷电机中的关键技术:转子位置检测技术、电机起动至同步运行技术和电子换相中的数字锁相与滤波技术,利用dsPIC通过软件实现对机泵系统的数字控制。 3.分析光伏水泵系统的最大功率跟踪控制方式,并重点对扰动观测法及其改进方法进行研究,且进行了仿真分析。 4.基于系统实用性的考虑,设计了完善的保护系统、丰富的板载电源和人性化的显示操作系统。 5.设计制作了系统的试验样机,搭建了系统实验平台,并进行了实验研究,对实验结果进行了分析。 【关键词】：光伏水泵系统 直流无刷电机 最大功率点跟踪 dsPIC控制 智能功率模块
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：TK514;TH38
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 致谢12-13
• 第一章 概述13-17
• 1.1 太阳能光伏利用的发展现状与趋势13-14
• 1.2 光伏水泵系统的组成14-15
• 1.3 光伏水泵系统的研究意义15-16
• 1.4 本课题的任务16-17
• 第二章 光伏阵列特性与光伏水泵系统最大功率点跟踪17-24
• 2.1 光伏电池原理与特性17-19
• 2.1.1 光伏电池原理17-18
• 2.1.2 光伏电池特性18-19
• 2.2 恒定电压法CVT 光伏水泵系统最大功率跟踪19
• 2.3 MPPT 在光伏水泵中的原理及实现方法19-22
• 2.3.1 扰动观测法19-20
• 2.3.2 扰动观测法的失序20-21
• 2.3.3 扰动观测法的改进方法-最优梯度法21-22
• 2.4 MPPT 仿真结果和分析22-23
• 2.5 本章小结23-24
• 第三章 光伏水泵机泵系统及其控制研究24-38
• 3.1 光伏水泵系统用水泵研究24-28
• 3.1.1 光伏水泵的工作参数24-25
• 3.1.2 光伏水泵流量和扬程与电机功率匹配25-26
• 3.1.3 光伏水泵工况点及其调节26-27
• 3.1.4 本光伏水泵系统用3DS 系列水泵27-28
• 3.2 光伏水泵系统用永磁直流无刷电机28-30
• 3.2.1 永磁直流无刷电机工作原理28-29
• 3.2.2 永磁直流无刷电机转矩控制原理29-30
• 3.3 无位置传感器直流无刷电机的转子位置检测30-34
• 3.3.1 常用的无位置传感器转子位置检测方法30
• 3.3.2 虚拟中点法直流无刷电机的无传感器位置检测30-33
• 3.3.3 本设计中高压电机虚拟中点法的工程实现33-34
• 3.4 电机起动至同步运行研究34-36
• 3.4.1 三段式起动至同步运行方法34-35
• 3.4.2 自寻最佳点切换法35-36
• 3.5 电机电子换相中的数字锁相与滤波36-37
• 3.5.1 电机电子换相技术概述36
• 3.5.2 电机电子换相的数字滤波和预估方法36-37
• 3.6 本章小结37-38
• 第四章 系统硬件设计38-49
• 4.1 系统硬件总体结构设计38
• 4.2 电子换相主电路设计38-41
• 4.2.1 智能功率模块（IPM）构成的电子换相主电路38-39
• 4.2.2 PS21564 主要外围参数设定39-41
• 4.3 数字信号控制器为核心的控制电路41-42
• 4.3.1 dsPIC30F4011 介绍41
• 4.3.2 dsPIC30F4011 控制核心外围电路设计41-42
• 4.4 BLDC 电动机反电动势检测电路设计42-43
• 4.5 板载开关电源设计43-45
• 4.5.1 本系统板载电源结构43-44
• 4.5.2 绿色节能芯片LD7575 构成的开关电源44-45
• 4.6 系统检测电路设计45-47
• 4.6.1 光伏阵列电压采样电路45-46
• 4.6.2 光伏阵列电流采样电路46
• 4.6.3 温度检测电路46-47
• 4.6.4 水井和水塔水位检测电路47
• 4.7 显示操作系统设计47-48
• 4.8 本章小结48-49
• 第五章 系统软件设计49-57
• 5.1 系统主程序流程49-50
• 5.2 系统子程序流程50-56
• 5.2.1 PWM 中断子程序50
• 5.2.2 反电势过零捕捉中断子程序50-51
• 5.2.3 定时器中断子程序51-52
• 5.2.4 PI 调节稳压跟踪子程序52-53
• 5.2.5 CVT 软启动子程序53-54
• 5.2.6 MPPT 最大功率跟踪子程序54-55
• 5.2.7 光伏水泵保护子程序55-56
• 5.3 本章小结56-57
• 第六章 实验结果与展望57-60
• 6.1 实验结果与分析57-59
• 6.2 进一步工作展望59-60
• 参考文献60-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63-64

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