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应用于光伏水泵系统中的无位置传感器无刷直流电机的控制
摘要：介绍了应用于光伏水泵系统中的直流无刷电机及其控制方法，利用定子绕组反电势信号，用Motorola公司的MC68HC908JK3ECP单片机实现了对直流无刷电机的控制。实验证明，过零点识别电路简单有效，三段式起动适用于光伏水泵系统。关键词：光伏水泵系统；直流无刷电机；反电势；过零点识别电路；三段式起动
引言
近年来，随着电力电子器件及控制理论的迅速发展，永磁直流无刷电机以其高效性，良好的调速性，易于维护性而得到了广泛的应用。传统的永磁直流无刷电机往往采用位置传感器来确定转子的位置，这不仅增大了电机的安装体积，增加了成本，而且降低了电机的可靠性。目前，无传感器直流无刷电机一般采用三段式起动方式，起动转矩在开始起动时比较小，并且有脉动，对于有起动转矩要求的系统存在着局限性，而在中小型太阳能光伏水泵系统中，负载转矩是随着转速的增加而增加的，不计摩擦力，在静止时负载转矩为零，所以，直流无刷电机可以应用于光伏水泵系统，并且整个系统是直流的，无须逆变，那么，在光伏水泵系统中应用直流无刷电机，对于提高系统效率,简化系统装置就具有重大的意义。
1 光伏水泵系统简介
光伏水泵系统由光伏阵列，控制器，电机，水泵4部分组成。光伏阵列由许多太阳电池串并联构成，直接把太阳能转化为直流电能。目前所用的太阳电池都为硅太阳电池，包括单晶硅、多晶硅及非晶硅太阳电池。由于光伏阵列的输出伏－安特性曲线具有强烈的非线性，而且和太阳辐照度、环境温度、阴、晴、雨、雾等气象条件有密切关系,所以，如果要使光伏水泵系统工作在比较理想的工况，就需要用控制器去调节、控制整个系统。电机是用来驱动水泵的，由于电机的功率因数及电压等级在很大程度上受到太阳电池阵列的电压等级和功率等级的制约，因此，对水泵扬程、流量的要求被反映到电机上，往往在兼顾阵列结构的条件下专门进行设计。对于要求流量小、扬程高的用户，宜选用容积式水泵；对于需要流量较大，但扬程却较低的用户，一般宜采用自吸式水泵。
2 单片机M68HC908JK3ECP介绍
这是Motorola公司的8位单片机家族中的成员之一，同样具有高性能，低成本的优点。它内嵌4k闪速存储器FLASH，128字节RAM；具有10个通道的8位精度ADC模块，15个I/O端口；时钟模块具有输入捕捉，输出比较及脉宽调制等功能，能满足系统要求。
3 无传感器直流无刷电机控制原理
无刷电机的定子为三相对称绕组，采用两相通电方式时控制电路按照一定的顺序向定子的两相通入直流电流，产生定子磁势Fa；转子为永磁材料，产生磁势Ff，通过两者的相互作用，可以产生电磁转矩T=FaFf|sinθ|，显然，当θ=60°～120°时，平均电磁转矩最大。故检测转子磁势位置时，当定转子磁势夹角为60°时，三相绕组中的某两相导通，转过60°时，其中一相的功率管关断，另一相中的功率管导通。
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