CN202602526U - 一种高性能太阳能水泵专用变频器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高性能太阳能水泵专用变频器，其包括的32位CPU通过AC逆变模块与水泵电连接，所述32位CPU与太阳能电池板组电连接，该32位CPU还通过信号接口单元分别与太阳能电池板组和所述水泵电连接。所述变频器解决了太阳能发电的离散，不稳定，电池容量，水泵使用分散，电能供给不便问题：直接将电能输入变频器，免除配置蓄电池，省去了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，降低能源损耗，降低***成本，提高了***的可靠性、降低了故障率。该变频器可根据太阳能电池板组收集的电量的大小、水位高低等因素调整水泵电机的输出功率，从而在有效地使用太阳能的同时，提高了水泵电机工作的平稳性，减少了不必要的波动。

Description

一种高性能太阳能水泵专用变频器

技术领域

本实用新型涉及测控领域，尤其涉及一种高性能太阳能水泵专用变频器，该变频器适用于野外的应用，将太阳能和变频器有机的结合，以进行水泵的驱动。

背景技术

照射在地球上的太阳能非常巨大，大约40分钟照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消费。太阳能具有以下特点：①无枯竭危险；②绝对干净(无公害)；③不受资源分布地域的限制；④可在用电处就近发电；⑤能源质量高；⑥使用者从感情上容易接受；⑦获取能源花费的时间短。太阳能发电被誉为是理想的能源。从太阳能获得电力，需通过太阳电池进行光电变换来实现。现在整个太阳能电池，电量存储，转换，输送技术都不要成熟，并得到全世界的关注并搭理发展推广。

变频器是采用磁通矢量控制方式的变频器，低速额定转矩输出，超静音稳定运行，内置PID功能可以方便地实现PID闭环控制，先进的自动转矩补偿，控制方式多样，多达36种的完善保护及报警功能，多种参数在线监视及在线调整，内置RS-485通讯接口，操作灵活，能最大限度地满足用户的多种需求。节能运行可以最大限度地提高电机功率因数和电机效率。

现有太阳能供水***中存在的不足：

1，分散性：到达地球表面的太阳辐射的总量尽管很大，但是能流密度很低。季节变化也较大。因此，在利用太阳能时，想要得到一定的转换功率，往往需要面积相当大的一套收集和转换设备，造价较高。

2，不稳定性：由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以，到达某一地面的太阳辐照度既是间断的，又是极不稳定的，这给太阳能的大规模应用增加了难度。为了使太阳能成为连续、稳定的能源，从而最终成为能够与常规能源相竞争的替代能源。

3，太阳能发电***主要包括：太阳能电池组件(阵列)、控制器、蓄电池、逆变器、用户负载等组成。其中，蓄电池为电源***，它的使用寿命不长，在整个***中占了不小的投资成本。

4，太阳能发电***，将产生的电能需要经过控制器和逆变器，传输线路，最后送到终端的设备，转化为我们真正使用的能源，在整个过程中层层省耗，将降低不少效率，增加不要设备成本。

5，太阳能发电***中要经过，汇流控制器，对所发的电能进行调节和控制，一方面把调整后的能量送往直流负载或交流负载，另一方面把多余的能量蓄电池组储存，控制器要控制蓄电池不被过充、过放电，保护蓄电池。控制器的性能不好时，对蓄电池的使用寿命影响很大，送往电网的有需要经逆变，传输，转换，环节多。最终影响随设备、***可靠性。增加了***连线，增加了故障率，机器稳定性下降。

6，太阳能发电，电池产生的直流电，先进入蓄电池储存，蓄电池的特性影响着***的工作效率和特性，因此蓄电池瓦时容量和储水容量由预定的连续无日照时间决定。

7，在饮用水的水源，和一些农作物的需要灌溉的地方，需要试用水泵，这些使用地区相对落后、偏僻，维护困难，也不需要有大量的工业电力，需要电能，有不能破环自然环境。

8，架设电网那些偏远，有不要太多工业存在，环境受到污染的地方，有三缺点：①路长，投资大。②将设备使用率低下，用量不大，效益极低。③维护难，维护成本高。

9，将发电***，控制***，逆变***，水泵控制***分体组合起来。中间电能的相互传送，检测信号的处理，独立***的数据传送过程中，信号容易受干扰，容易失真，导致驱动电机速度不稳。

实用新型内容

本实用新型目的在于克服现有太阳能供水***中存在的不足的，提供一种高性能太阳能水泵专用变频器。

为实现上述目的，所述高性能太阳能水泵专用变频器，其特点是，所述变频器包括32位CPU，所述32位CPU通过AC逆变模块与水泵电连接，所述32位CPU与太阳能电池板组电连接，所述32位CPU还通过信号接口单元分别与太阳能电池板组和所述水泵电连接。

优选的是，具有至少一块太阳能电池板的所述太阳能电池板组通过汇流器与所述32位CPU电连接。

优选的是，所述信号接口单元通过第一检测单元与太阳能电池板组电连接，且所述信号接口单元通过第二检测单元与水泵电连接。

优选的是，所述32位CPU通过485通讯模块与显示模块电连接。

优选的是，所述变频器还包括与所述32位CPU电连接的存储模块。

优选的是，所述变频器还包括数据输入模块，所述数据输入模块由变频器内置的按钮以及数字旋钮组成。

本实用新型的有益效果在于：

(1)所述高性能太阳能水泵专用变频器，解决了太阳能发电的离散，不稳定，电池容量，水泵使用分散，电能供给不便问题：直接将电能输入变频器，免除配置蓄电池，省去了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，降低能源损耗，降低***成本，提高了***的可靠性、降低了故障率；

(2)所述变频器可根据太阳能电池板组收集的电量的大小、水位高低等因素调整水泵电机的输出功率，从而在有效地使用太阳能的同时，提高了水泵电机工作的平稳性，减少了不必要的波动；

(2)所述变频器内部采用高性能32位CPU，运算速度快，使得***有能力结合诸如改良式PID控制等优化算法，进一步优化***。

附图说明

图1示出了本实用新型所述的高性能太阳能水泵专用变频器的原理方框图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明。

图1示出了本实用新型所述的高性能太阳能水泵专用变频器的原理方框图，如图1所示，所述高性能太阳能水泵专用变频器，包括32位CPU1，所述32位CPU1通过AC逆变模块2与水泵8电连接，所述32位CPU1与太阳能电池板组7电连接，所述32位CPU1还通过信号接口单元6分别与太阳能电池板组7和所述水泵8电连接。具有至少一块太阳能电池板的所述太阳能电池板组7通过汇流器与所述32位CPU1电连接。所述信号接口单元6通过第一检测单元71和汇流器与多组太阳能电池板组7电连接，且所述信号接口单元6通过第二检测单元81与水泵8电连接。

具体地，所述32位CPU1与太阳能电池板组7电连接，同时32位CPU1通过AC逆变模块2与水泵8电连接，从而将太阳能电池板组7采集的直流电不通过蓄电池的存储，而是直接通过AC逆变模块2转变为与水泵电机相匹配的交流电。上述过程中，直接将直流电能输入变频器，免除配置蓄电池，省去了蓄电池储能和释放的过程，可以充分利用可再生能源所发出的电力，降低能源损耗，降低***成本，提高了***的可靠性、降低了故障率。

所述变频器中的32位CPU1顺次地通过其具有的信号接口单元6和第二检测单元81与水泵8相连接，可获取水泵8两端进水、出水的水位信号和水压信号；所述变频器中的32位CPU1顺次地通过其具有的信号接口单元6和第一检测单元71与太阳能电池板组7相连接，可获取太阳能电池板组7的电能信号。所述信号接口单元6具有6路开关信号输入接点，可以同时连接运行、停止、充电，放电，水位，太阳能电池板组7的电量等信号。

然后，所述32位CPU1根据上述由信号接口单元6获取的信息计算出驱动水泵8所需的功率，以调节水泵8电机的转速，从而使得太阳能电池板组7收集的电量得以充分使用的同时，使母线电压稳定，不会发生大的波动。

进一步的，所述变频器包括显示模块5，所述32位CPU1通过变频器内置的485通讯模块4与显示模块5电连接，显示模块5为LCD或LED显示模块，从而可以清晰明确的显示水泵电机的频率、转速，太阳能电池板组7输出的电量，以及水压、水位数据等。

进一步的，所述变频器还包括存储模块3，所述存储模块3与上述32位CPU1电连接。所述存储模块3为高可靠性数据保存模块，用于保存信号接口单元6采集到的信息以及相应的驱动功率等。

所述高性能太阳能水泵专用变频器的具体实施方案包括：

1)所述32位CPU1采用RENESAS公司高性能的32位电机控制专用CPU-70125芯片；AD处理模块采用32位CPU1内置的10位AD处理器。第二检测单元81中，驱动测速模块采用32位CPU1内置的定时器；高速脉冲测速模块采用32位CPU1内置的另一定时器；经过32位CPU1，得到设定的频率信号输出，32位CPU1将目标频率或转速信号送入AC逆变模块2；AC逆变模块2直接驱动水泵电机按照计算的转速运行；

2)6路开关信号输入接点由普通的光偶隔离电路组成；信号接口单元6可以接收外部的运行、停止、快进、快退、补充厚度的按钮信号；信号接口单元6接收的外部按钮信号，送入32位CPU1，由该32位CPU1统一进行水泵8电机的进、退、厚度增减处理；

3)所述高性能太阳能水泵专用变频器还包括数据输入模块，所述数据输入模块由变频器内置的按钮以及数字旋钮组成，以实现频率、电压、电流等信息的录入；

4)所述存储模块3由专用的SPI存储器24LC256组成；可以保存***当前设置的电压、电流、频率、太阳能电池板组7的相关信息，以使数据即时且长期的保存；

5)所述显示模块5有两种实现方式，LCD显示方式和LED显示模块：LCD显示则采用普通的128*64点阵型LCD，可以显示中文数据，便于近距离操作使用；LED显示则采用普通的4个8共阴型数码管显示，亮度高，便于远距离观察；LCD或LED显示方式均可以正常显示电压、电流、频率、电压量等信息；

6)所述485通讯模块4由通用型MAXIN公司485IC组成；该485通讯模块4与显示模块5电连接。具体地，其可外部连接宽屏LCD文本屏，用户可以通过外部宽屏LCD文本屏进行电压、电流、频率、电池电压、电量等信息的显示与相关操作。

另外，太阳能电池板组专用模块的具体实施方案包括：

1)所述第一检测单元71中，温度补偿采用了外置/远端温度传感器，对于太阳能电池板组7电压等信息的检测，较内置温度传感器控制精度更高；

2)采用大口径、大间隔接线端子，增强了绝缘性能及安装可靠性；

3)高效的串联式PWM充电方式，延长了蓄电池寿命，提高了***性能；

4)采用温度补偿，自动调整充放电参数，提高蓄电池使用寿命；

5)控制器具有过温、过充、过放、过载、短路自动保护功能，任意组合的光电池及蓄电池反接自动保护功能。

综上所述仅为本实用新型较佳的实施例，并非用来限定本实用新型的实施范围。即凡依本实用新型申请专利范围的内容所作的等效变化及修饰，皆应属于本实用新型的技术范畴。

Claims (6)

1.一种高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：所述变频器包括32位CPU，所述32位CPU通过AC逆变模块与水泵电连接，所述32位CPU与太阳能电池板组电连接，所述32位CPU还通过信号接口单元分别与太阳能电池板组和所述水泵电连接。

2.根据权利要求1所述的高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：具有至少一块太阳能电池板的所述太阳能电池板组通过汇流器与所述32位CPU电连接。

3.根据权利要求1所述的高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：所述信号接口单元通过第一检测单元与太阳能电池板组电连接，且所述信号接口单元通过第二检测单元与水泵电连接。

4.根据权利要求1至3中任意一项所述的高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：所述32位CPU通过485通讯模块与显示模块电连接。

5.根据权利要求1至3中任意一项所述的高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：所述变频器还包括与所述32位CPU电连接的存储模块。

6.根据权利要求1至3中任意一项所述的高性能太阳能水泵专用变频器，其特征在于：所述变频器还包括数据输入模块，所述数据输入模块由变频器内置的按钮以及数字旋钮组成。