太陽能光伏市電互補(bǔ)控制逆變一體機(jī)的設(shè)計

1、太陽能光伏市電互補(bǔ)控制逆變一體機(jī)的設(shè)計本文檔格式為 WORD感謝你的閱讀。摘 要: 本項(xiàng)目設(shè)計的太陽能光伏控制逆變一體機(jī)可以實(shí)現(xiàn)蓄電池的充放電控 制，太陽能發(fā)電、市電雙路自動切換供電，并能根據(jù)負(fù)載的大小切換兩路輸出，保 證供電的連續(xù)性、提高了使用的靈活性，大大節(jié)約了市電的使用。一體機(jī)逆變輸出 為純正弦波，用電器適用范圍廣。關(guān)鍵詞:控制電路 ; 逆變電路 ;市電切換 ; 單片機(jī);蓄電池TM92 A當(dāng)今，電在人們生活中的地位是非常重要的，日常生活中的用電主要靠市電。 但隨著石油、煤炭等不可再生能源的消耗，能源危機(jī)越來越嚴(yán)重，太陽能作為新能 源，其利用越來越受到重視。在無電地區(qū)，電力不足地區(qū)，或者節(jié)

2、能環(huán)保意識強(qiáng)的 地區(qū)，太陽能是首選的能源。獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)以其靈活、便捷的優(yōu)點(diǎn)在很 多場合使用，但是，現(xiàn)有的獨(dú)立太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)在使用中還存在一定的問題 首先，其功能較為單一，只能是太陽能供電，輸出僅為蓄電池逆變輸出，當(dāng)光照不 足時，無法保證電源不間斷 ; 其次，光伏系統(tǒng)需自行連接，用戶容易錯誤安裝或勿 操作; 再次，交流電源輸出波形為方波或修正正弦波，對電器影響巨大，嚴(yán)重的可 造成電器損壞?；诖?，設(shè)計了本一體機(jī)，把太陽能光伏發(fā)電與市電連接在一起， 能根據(jù)蓄電池電壓情況自動切換太陽能發(fā)電和市電，逆變輸出失真度小的正弦波， 大大節(jié)約市電能源及滿足用電器的使用要求。1 太陽能光伏控制逆變

3、一體機(jī)圖 1 是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，主要組成部分是 : 太陽能電池、蓄電池、充放電控制 器、純正弦波逆變電路、太陽能市電切換電路。在本系統(tǒng)中，主控芯片為單片機(jī) ATMEGA16通過單片機(jī)及其外圍電路完成對蓄 電池的充放電的控制、逆變的控制、市電切換的控制。具體功能如下 :(1) 本系統(tǒng)是根據(jù)家庭、通信、電力系統(tǒng)的電源管理模式而設(shè)計的電源系統(tǒng)， 額定輸出功率300W具有太陽能逆變、市電超短時間自動切換功能，為用戶提供 穩(wěn)定不間斷的交流供電。(2) 本系統(tǒng)采用正弦波逆變器，純正弦波輸出 (失真率2%)，適用范圍廣泛。(3) 本系統(tǒng)具有太陽能電池反接、夜間防反充電、蓄電池過充電、蓄電池過放 電、過載、短

4、路等保護(hù)和報警功能。(4) 蓄電池電壓過低，轉(zhuǎn)為市電輸出，逆變優(yōu)先 ; 負(fù)載過載，逆變電源關(guān)斷并切 換市電輸出。(5) 采用LCD中文液晶顯示，讓用戶清楚看到一體機(jī)工作狀態(tài)。(6) 采用現(xiàn)代電子技術(shù)，運(yùn)用高頻電子技術(shù)，采用高頻變換正弦波，使逆變器 的重量與體積與以往的逆變器大大減小，使產(chǎn)品便于小型化，輕便化。2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 在本系統(tǒng)中，硬件電路設(shè)計是關(guān)鍵，主要包括三個部分 :太陽能充放電控制電 路設(shè)計;逆變電路設(shè)計 ;太陽能發(fā)電與市電切換電路設(shè)計。2.1 太陽能充放電控制電路如圖 2 所示，在本系統(tǒng)的充電控制電路中，太陽能電池正極與蓄電池正極直接 相連，它們的負(fù)極作為接通控制端。當(dāng)太陽能

5、電池電壓大于蓄電池的端電壓時，由 單片機(jī)通過驅(qū)動電路光耦 U2 U4控制兩個場效應(yīng)管Q4 Q10導(dǎo)通，充電回路接通，太陽能電池對蓄電池充電。其中 Q4、 Q 1 0這種連接方式能使此電 路有防反充及防反接的功能，選用的型號為 P75N75與一般的防反充二極管電路相 比，此電路工作時壓降低、損耗小、發(fā)熱小，長期工作穩(wěn)定性好。太陽電池端電壓經(jīng)過R12 R13組成的分壓電路后，接入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入 引腳，D7是防止太陽電池反接而損壞單片機(jī)，同樣，蓄電池端電壓經(jīng)過R25 R26組成的分壓電路接入單片機(jī)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳，D12是防止蓄電池反接而損壞單片機(jī)。TL431及其周邊元件構(gòu)成了精密穩(wěn)壓電路，為單

6、片機(jī)提供 +5V工作電源，并提 供了采樣的基準(zhǔn)電壓。二極管 D14從穩(wěn)壓電源端接到蓄電池端的場效應(yīng)管上，當(dāng)蓄 電池反接時，控制回路無工作電源，可防止太陽能電池板及蓄電池反接對電路的損 壞。采用光耦pc817強(qiáng)電與弱電之間的隔離，有效防止大電流對單片機(jī)側(cè)的EMI電磁干擾而引起單片機(jī)的死機(jī)或復(fù)位。2.3 逆變電路設(shè)計由于高頻開關(guān)變換技術(shù)的成熟和廉價化，現(xiàn)在，逆變器的主要電路形式已經(jīng)轉(zhuǎn) 變?yōu)橹?-交- 直- 交功率變換形式。即先將直流電轉(zhuǎn)化為高頻交流電，以利于減小變 壓器的體積 ;經(jīng)過變壓器的電壓轉(zhuǎn)換和隔離，從而獲得到所需要的電壓等級和隔離 要求；由于輸出要求是50Hz正弦交流電，需要將高頻交流電轉(zhuǎn)

7、化為 50Hz交流電， 所以通常的方法是將高頻交流電整流成直流電；再利用50Hz逆變技術(shù)將直流電轉(zhuǎn)換 為所需要的50Hz正弦交流電。直-交-直-交功率變換形式的原理框圖如圖 3。從圖 3 中看到似乎這種解決方案過于復(fù)雜，但是由于每個功能單元的體積與成 本均很低，而且技術(shù)成熟、效率非常高。DC/DC電路由PW控制芯片SG3525大電流MOS管、高頻變壓器、整流濾波電 路等組成。如圖 4 所示。利用SG3525芯片輸出的高頻PWI信號通過兩個三極管構(gòu)成的圖騰式驅(qū)動電路去控制 大電流MOST IRF3205, 2只大電流MOST交替工作，把24V直流電轉(zhuǎn)化成高頻率 大電流方形波交流電。再通過高頻升壓

8、變壓器把高頻率大電流方形波交流電轉(zhuǎn)化為350V的高頻率方形波交流電。最后通過整流濾波使350V的高頻率方形波交流電轉(zhuǎn)化為350V直流電，提供給正弦波逆變電路。圖4中繼電器J1是控制是否進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換的，當(dāng)蓄電池正常對外供電時，單片機(jī)輸出高電平信號，使繼電器 J1得電，觸點(diǎn)J1吸合，進(jìn)行DC-DC轉(zhuǎn)換，給正 弦逆變器提供350V的直流電壓，從而正弦波逆變電路工作；當(dāng)蓄電池電壓低于最低 放電值時，單片機(jī)輸出低電平信號，使繼電器觸點(diǎn) J1斷開，停止DC-DC轉(zhuǎn)換，無 350V直流輸出，從而正弦波逆變電路停止工作。圖 4 電路中高頻變壓器為手工繞制，先繞輸出線圈，采用分層繞制，第一層繞 好，然后裹

9、上絕緣膠帶一層。然后繼續(xù)繞第 2層，以此繞到 190匝，繞好后，裹 3 層絕緣膠帶，開始繞初級，初級是12匝X 2，帶中心抽頭，采用雙線并繞，保證高 頻下雙線內(nèi)阻平衡，同時，產(chǎn)生正負(fù)磁場一致。輸入側(cè)采用7根0.45mm導(dǎo)線合并為一根，目的是防止大電流高頻情況下，線自身會產(chǎn)生趨膚效應(yīng)而發(fā)熱。變壓器磁 體采用EE40中間氣隙為0.1mm,0.25mm范圍調(diào)整，防止磁飽和。 DC/AC電路由 高電壓MOS管、專用的EG8010-SPW純正弦逆變器控制芯片及驅(qū)動電路、LC濾波電路等組成。如圖5所示。專用的EG8010-SPW純正弦逆變器控制芯片產(chǎn)生用于 SPW調(diào)制控制的調(diào)制波并由IR2110S驅(qū)動MO

10、S? IRF840工作，使350V直流電通 過MOST調(diào)制出220V/50HZ純正弦波，完成整體的逆變工作。最后在輸出的 220V/50HZ正弦交流電中取電壓、電流反饋回 EG8010-SPW純正弦逆變器控制芯片 對輸出電壓比較，起到過壓保護(hù)和輸出電壓穩(wěn)定控制。EG8010 是一款數(shù)字化的、功能很完善的自帶死區(qū)控制的純正弦波逆變發(fā)生器 芯片，應(yīng)用于DC-DC-AC兩級功率變換架構(gòu)或DC-AC單級工頻變壓器升壓變換架 構(gòu)，外接 12MHZ 晶體振蕩器，能實(shí)現(xiàn)高精度、失真和 諧波都很小的純正弦波 50Hz或60Hz逆變器專用芯片。該芯片采用 CMOS工藝，內(nèi)部集成SPWM正弦發(fā)生器、 死區(qū)時間控制

11、電路、幅度因子乘法器、軟啟動電路、保護(hù)電路等功能。主 要應(yīng)用于 : 單相純正弦波逆變器、光伏發(fā)電逆變器、風(fēng)力發(fā)電逆變器等領(lǐng)域。2.3 太陽能、市電切換電路圖6中，R50 D21、C38 R52及IC2構(gòu)成了正弦波輸出檢測電路，當(dāng)逆變電路 正常工作有輸出的時候，光耦I(lǐng)C2導(dǎo)通，LOST_A口高電平信號送到單片機(jī)，單片 機(jī)控制 J2 繼電器得電，開關(guān) J2 吸合，繼電器 J3 得電，開關(guān) J3 打到逆變器輸出 端，此時逆變器向負(fù)載供電。否則，當(dāng)逆變器電路沒有輸出的時候， J2 繼電器失 電，開關(guān) J2 斷開，此時由市電供電。電流互感器L3及外圍電路從端口 CURRENTS出的電壓接到單片機(jī) A/D

12、 口， 當(dāng)輸出負(fù)載端出現(xiàn)過載時，單片機(jī)接收到的電壓大于3V,貝U控制繼電器J2失電，開關(guān) J2 斷開，繼電器 J3 失電，開關(guān) J3 打到市電端，此時市電向負(fù)載供電。單片 機(jī)循環(huán)測試電流互感器輸出的電壓，當(dāng)輸出負(fù)載沒出現(xiàn)過載時，貝接通逆變器向負(fù) 載供電。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計如圖7為本系統(tǒng)的程序流程，軟件采用 C語言設(shè)計，C語言具有應(yīng)用廣泛、數(shù) 據(jù)處理能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在軟件控制上主要是實(shí)現(xiàn)以下幾個功能 : 對系統(tǒng)的初始化，包括 AD轉(zhuǎn)換器的設(shè)置，LCD液晶屏的設(shè)置，PA0 PA1 PA4設(shè)為輸入口，PA7-PA5 PC 口全部、PB 口全部設(shè)為輸出，PD3設(shè)為輸入，其它 PD 口設(shè)為輸出。(2) 對蓄

13、電池的充放電控制。單片機(jī)一直對蓄電池電壓檢測值進(jìn)行采樣，當(dāng)蓄 電池電壓大于 28.5V 時，停止充電 ; 當(dāng)?shù)陀?28.5V 時，貝接通充電電路 ; 當(dāng)蓄電池電 壓低于 21.5V 時，切斷蓄電池對逆變電路的輸出，否貝將影響蓄電池使用壽命。(3) 太陽能 市電切換控制。蓄電池電壓正常工作值為 21.5V,28.5V ，蓄電池在正常工作電壓范圍內(nèi)，逆變器工作，單片機(jī)檢測到逆變器有220V的交流輸出，則 繼電器 J3 接通逆變器輸出端 ;當(dāng)出現(xiàn)蓄電池處于欠壓狀態(tài)逆變器不工作和負(fù)載電流 超過逆變器提供的最大電流兩種情況時，繼電器 J3 切換到市電供電。(4) 控制LCD顯示器的顯示。顯示器采用 LC

14、D12232中文顯示，顯示內(nèi)容包括蓄 電池的電壓值及充滿、正常和欠壓的狀態(tài)，是市電或是太陽能逆變輸出供電的狀 態(tài)，負(fù)載電流是否過流的狀態(tài)。LCD的顯示能清楚指示一體機(jī)的工作狀態(tài)4 系統(tǒng)測試 系統(tǒng)測試主要是在負(fù)載連續(xù)工作的情況下對蓄電池電壓和電路過流保護(hù)狀態(tài)的 檢查，在一體機(jī)連接好太陽能電池板后，在自然條件下進(jìn)行測試。當(dāng)蓄電池電壓大于28.5V時，充電回路斷開，LCD顯示蓄電池池電壓及充滿狀 態(tài)；當(dāng)蓄電池電壓在21.5,V28.5V內(nèi)時，蓄電池充電回路接通，LCD顯示蓄電池電 壓及正常狀態(tài)。在這兩種情況下，正弦波逆變電路接通，輸出220V50HZ正弦波電壓，輸出繼電器J3接通逆變器，由逆變器供電

15、。當(dāng)蓄電池電壓低于最低放電電壓 21.5V時，LCD顯示蓄電池電壓并提示欠壓狀態(tài)，輸出繼電器 J3切換為市電輸出， 逆變電路停止工作。當(dāng)負(fù)載功率超過 300W時，切換到市電供電，逆變器停止工 作。LCD顯示過載狀態(tài)。當(dāng)負(fù)載功率低于 300W時，逆變器恢復(fù)工作，切換到逆變 器供電。本一體機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)太陽能、市電雙路自動切換供電，保證供電的連續(xù) 性，并能根據(jù)負(fù)載的大小切換兩路輸出，節(jié)約了電能及提高了使用的靈活性。一體機(jī)逆變輸出為純正弦波，滿足 了用電器的使用要求。參考文獻(xiàn)1 楊金煥，于化叢，葛亮 . 太陽能光伏發(fā)電實(shí)用技術(shù) M. 北京: 電子工業(yè)出版 社， 2010.2 張興，曹仁貴 .太陽

16、能光伏并網(wǎng)發(fā)電及其逆變控制 M. 北京:機(jī)械工業(yè)出版 社， 2011.3 徐遠(yuǎn)根，劉敏，喬恩明 . 現(xiàn)代電力電子元器件識別、檢測及應(yīng)用 M. 北京: 北京電力出版社， 2010.4 趙雅俊，鐘曉強(qiáng)，張岳立，詹忠凱 . 基于單片機(jī)的太陽能路燈市電互補(bǔ)逆變 光伏控制器設(shè)計 J. 電子技術(shù)設(shè)計與應(yīng)用， 2011，11.閱讀相關(guān)文檔 : 新世紀(jì)的化工機(jī)械技術(shù)展望 仿生膠對枸杞紅癭蚊的防控技術(shù)研 究 化工機(jī)械設(shè)備故障與事故管理研究 影響石腦油溴值測定因素的幾點(diǎn)探析 關(guān)于 武漢湖泊富營養(yǎng)化的思考 從地質(zhì)的觀點(diǎn)分析小莊礦井瓦斯賦存規(guī)律 20%辛硫磷 ?三 唑磷乳油高效液相色譜分析方法研究 新時期黨的廉政建設(shè)實(shí)現(xiàn)路徑 沙塵暴對人體 健康的影響及防治