CN200979308Y - 用于向日追踪装置的控制电路 - Google Patents

用于向日追踪装置的控制电路 Download PDF

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Abstract

本实用新型提供一种可靠性能较高、功耗较低且能够与低功耗的向日追踪装置一起使用的控制电路，包括追踪电路(10)、驱动电路(40)和电机(70)，其特征在于，所述控制电路还包括：小信号切除电路(30)，用于从所述追踪电路(10)接收输入，将所述输入与预设值进行比较，并根据比较的结果输出不同电平的信号；以及联锁电路(20)，接收所述不同电平的信号，并根据所接收的不同电平的信号使所述驱动电路(40)上电或断电。使用本实用新型后，可以节约电功率，并降低整个控制电路的功耗。

Description

用于向日追踪装置的控制电路
技术领域
本实用新型涉及一种用于向日追踪装置的控制电路，尤其涉及一种可用于控制向日追踪装置的高可靠、低能耗的控制电路。
背景技术
近几年来，国外太阳能电站的建设非常普遍；在国内的一些边远地区(例如，新疆、内蒙、黑龙江等)也逐渐开始将太阳能电站作为普通的电力供应系统、或能源补充系统来使用。
为了提高可用于太阳能电站使用的全天有效日照时间，以提高发电量，人们开始研究并试图应用一种能够在有效日照时间内使太阳能电池板追踪太阳，保持阳光与太阳能电池板相对垂直，从而提供有效日照时间的向日追踪装置。在现有的向日追踪装置中，使用控制单元(例如，向日追踪电路)来对向日追踪装置的仰角和方位角进行控制。例如，当向日追踪装置上的太阳能电池板的法线落后表示太阳方位的平面α角(例如2.5°)时，控制单元发出控制信号使向日追踪装置自东向西旋转，直至太阳能电池板法线超前表示太阳方位的平面α角时停止。每次旋转大约1～2分钟。当太阳下山时，控制单元发出控制信号使向日追踪装置自西向东旋转，直至太阳能电池板指向次日太阳升起位置，迎接次日太阳的升起。
图1为用于控制向日追踪装置的一种典型控制电路900。如图1所示，太阳方位角探测器91探测到的信号传送到控制单元92。控制单元92向驱动单元A 93和驱动单元B 94输出控制信号，以分别驱动用于控制太阳追踪装置的方位角和仰角的两个电机95和96。
现有的这种控制电路的电机的额定功率大多在90W以上，其驱动电路的功率也都大于50W，即便是控制单元92采用单片机来实现时，控制单元92本身的功耗也至少要在4W左右，所以整个控制装置能耗较大。
因此，需要一种可靠性能较高、功耗较低且能够与低功耗的向日追踪装置一起使用的控制电路。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，并进而提供一种可靠性能较高、功耗较低且能够与低功耗的向日追踪装置一起使用的控制电路。
为了实现上述目的。根据本实用新型提供了一种用于控制向日追踪装置的控制电路，其特征在于，所述电路包括追踪电路、驱动电路和电机，所述控制电路还可包括：小信号切除电路，用于从所述向日追踪电路接收输入，将所述输入与预设值进行比较，并根据比较的结果输出不同电平的信号；以及联锁电路，接收所述不同电平的信号，并根据所接收的不同电平的信号使所述驱动电路上电或断电。
优选地，在联锁电路和驱动电路之间具有用于控制所述驱动电路上电或断电的第一开关电路。
由于根据本实用新型的控制电路包括小信号切除电路，这样在例如太阳光强不足(如阴天)的情况下，避免了控制电路将太阳方位角探测器周围的其它干扰光源(如灯光、照明弹等)误认为是太阳，而使向日追踪电路接收到错误的方位信号，从而使向日追踪装置误追踪干扰光源。因此，节省了能源。
此外，由于具有第一开关电路，所以只有在需要追踪太阳太阳时，才对驱动电路供电使其工作，从而节约了电功率，并降低了整个控制电路的功耗。
附图说明
图1为现有技术的用于向日追踪装置的控制电路的结构方框图；
图2为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于向日追踪装置的控制电路结构方框图；
图3为图2中所示的联锁电路的一个实施例的局部示意图；以及
图4为图2中所示的第一开关电路与其它各部件的相互连接的示意图，其中，为了简化省略了一些元件。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述本实用新型的优选实施方式。
如图2所示为根据本实用新型的一个优选实施方式的用于向日追踪装置的控制电路1000的方框图。控制电路1000包括追踪电路10、联锁电路20、小信号切除电路30、驱动电路40和第一开关电路50。
控制电路1000可以从太阳方位角探测器(图中未示出)接收多路信号，但为了描述简便，在图示的实施方式中以四路信号，即方位角信号Xs-1和Xs-2以及追赶信号Xs-4为例来对控制电路1000进行说明。
追踪电路10包括电流/电压转换单元110、运算单元120和比较单元130。
电流/电压转换单元110从太阳方位角探测器的方位角探测单元(未示出)接收表示太阳方位角的电流信号Xs-1和Xs-2，并把输入的电流信号Xs-1和Xs-2转换为两个电压信号A和B。运算单元120首先对电压信号A和B进行减法和加法操作，并接着对相减和相加的结果进行除法操作后输出信号C。运算单元120执行的操作可用下式表示：
C＝(B-A)/(B+A)
接着，在比较单元130中将信号C与预先设定的值进行比较。1例如，当信号C的电平值大于20％时，比较单元130的第一输出D为低电平，第二输出E为高电平。当信号C的电平值小于-20％时，第一输出D为高电平，第二输出E为低电平。当信号C的电平值在-20％至20％之间时，第一输出D和第二输出E都为低电平。
联锁电路20接收第一输出D和第二输出E，并向驱动电路40输出控制电机90旋转的控制信号。联锁电路20还根据第一输出D和第二输出控制第一开关电路50的开(ON)和断(OFF)，从而控制驱动电路40的上电和断电。
如图3所示为联锁电路20的一个实施例。联锁电路20包括四RS触发器芯片CD4043(即，IC7)、四与门芯片CD4081即，IC8)和其他相关电路。当第二输出E为高电平(第一输出D为低电平)时，联锁电路20向第一开关电路50输出高电平。相反，当第一输出D为高电平(第二输出E为低电平)时，联锁电路20向第一开关电路50输出低电平信号。由于CD4043和CD4081都是属于公知的技术，因此，在本文中对其结构和原理不再赘述。本领域的技术人员应该理解，还可以使用其他的公知芯片(如74HC系列)和元件来实现联锁电路20。
优选地，第一开关电路50包括晶体管T3和继电器K1，如图4所示。晶体管T3的发射极与第二开关电路90相连；晶体管T3的基极与联锁电路20相连；晶体管T3的集电极与继电器K1相连。在第二开关电路90(图4)导通的情况下(即晶体管T3与外部工作电源相连)，当第一开关电路50从联锁电路20接收到高电平信号时，继电器K1导通，驱动电路40上电，同时，驱动电路40与和其相连的脉冲发生电路80导通。这样，驱动电路40从脉冲发生电路80接收驱动脉冲，并根据从联锁电路20接收的控制信号使步进电机70旋转。
当联锁电路20向第一开关电路50的输出为低电平时(即不需要进行追踪太阳时)，晶体管T3为断开状态，这样就切断了提供至驱动电路40的电源和脉冲。因此，只有在需要追踪太阳太阳时，才对驱动电路40供电使其工作，从而节约了电功率，降低了整个控制电路1000的功耗。由于晶体管T3和继电器K1都为公知的技术，因此对其工作原理不再赘述。所有导通电流大于100毫安的NPN晶体管、以及集成电路中的输出灌电流大于100毫安的任何非门电路来代替上述的晶体管T3和继电器K1。
小信号切除电路30从追踪电路10的电流/电压转换单元110接收经过转换的电压信号A和B。加法单元310对接收的电压信号A和B进行加法操作，并将相加的结果输入到比较单元320中与预先设置的值(例如，15％)进行比较，以确定是否超过该设先的值。如超过，比较单元320向联锁电路20输出高电平，否则向联锁电路20输出低电平。如果比较单元320的输出为低电平，则联锁电路20将追踪电路10的输出E屏蔽掉，这样联锁电路20向第一开关电路50的输出为低电平。相应地，不对驱动电路40上电。这样，可以避免当例如在太阳光强不足(如阴天)的情况下，太阳方位角探测器对周围的其它干扰光源(如灯光、照明弹等)敏感而将其误认为是太阳，而使向日追踪电路10接收到错误的方位信号，以使向日追踪装置误追踪干扰光源。此外，当太阳光不够强时，设置在向日追踪装置上的太阳能电池板的发电量较少，此时也没有必要追踪太阳。在这种情况下，小信号切除电路30也将追踪电路10的第二输出E屏蔽掉，而使驱动电路40停止操作。
控制电路1000还可包括追赶电路60。如上所述，小信号切除电路30使得当光强没有达到设定值(例如阴天或太阳被云彩挡住)时，使驱动电路40不工作，即向日追踪装置不实施向日追踪。如果在太阳方位角探测器的探测范围(即“失的角度”)之外光强再次达到追赶设定值(例如，30％)时，表示太阳方位的平面超前太阳能电池板法线之间的角度不超过最大追踪范围(例如在该实施方是为160°)，但已超过失的角度时，追赶电路60强制向日追踪装置正转去追赶太阳。在本文中，“失的角度”指太阳方位角探测器失去目标的角度。例如，阴天无太阳时向日追踪装置不追踪，待太阳出来后，如太阳超前太阳能电池板法线的角度超过此失的角度，则向日追踪装置因太阳方位角探测器失去目标，而不能根据太阳方位角探测器的信号正确追踪太阳。这时，太阳方位角探测器中的追赶探测单元探测到太阳后，通过追赶电路60使电机70正转驱动向日追踪装置去追赶太阳。当追赶到失的角度之内后，控制电路1000恢复正常的向日追踪。优选地，失的角度不小于45°。
具体地说，追赶电路60从太阳方位角探测器的追赶探测单元(未示出)接收表示追赶的电流信号Xs-4。追赶电路60的电流/电压转换单元610将所接收的电流信号Xs-4转换为电压信号后，输入到比较单元620中与预先设定的值(30％)进行比较，以确定是否需要追赶。如果比较的结果是大于预先设定的值，则比较单元620向联锁电路20输出表示“追赶”信号的电平(例如，高电平)。联锁电路20在接收到该高电平信号后向第一开关电路50输出表示“正转”的高电平，以使第一开关电路50导通从而使驱动电路40上电工作，从而使得向日追踪装置追赶太阳。当追赶到失的角度之内后(即，经过转换为电压的信号Xs-4小于预定的值)，控制电路1000停止追赶功能。
此外，控制电路1000还可包括第二开关电路90。第二开关电路90可根据需要包括东侧行程开关、西侧行程开关、反转启动手动开关、反转停止手动开关、开机手动开关和正转手动开关中的一个或多个。
东侧行程开关和西侧行程开关用来限制向日追踪装置的东西旋转极限位置。当太阳接近落山时，向日追踪装置转到西侧极限位置，向日追踪装置的西侧挡板碰上西侧行程开关，西侧行程开关断开使向日追踪装置自西向东反转，直至向日追踪装置的东侧挡板碰上东侧行程开关，东侧行程开关断开使向日追踪装置停止反转，恢复追踪状态，迎接次日太阳的升起。
在这里需要说明的是“反转”表示自西向东的旋转，其运行和停止分别用反转启动手动开关和反转停止手动开关来控制，以保证向日追踪装置转到东侧极限时可以自动停止。“正转”表示自东向西的旋转，用正转手动开关控制，按下即运行，抬起即停止。其中，在所有的启动开关或停止开关中，用于“反转”的开关的优先级最高。例如，即使向日追踪装置正在正转(无论是自动或手动)，当启按下反转手动开关后，向日追踪装置即反转，直至反转停止手动开关按下。而当向日追踪装置反转时，正转手动开关处于无效状态，直至按下反转停止手动开关。当需要维修等特殊情况时，还可以通过反转手动启动开关和反转停止手动开关使向日追踪装置的太阳能电池板处于特定位置，以便于维修操作。
控制电路1000正常工作时，如有特殊原因(如突然阴天，或需要维修系统等)需要进入“关机”状态时，可以先按下反转手动开关，然后再搬动东侧行程开关，则控制电路即关机。
以上虽然例举了多个手动操作开关，但是本领域的普通技术人员应该理解，可以根据实际的需要而选择使用这些开关中的一个或多个。
此外，根据本实用新型的控制电路1000还可以包括输出转矩扩展单元(未示出)。输出转矩扩展单元从驱动电路40接收控制输入，并根据接收到的控制输入驱动与之相连的电机70的操作。输出转矩扩展单元的作用是在某种特定条件下(如非标设计)需要增加系统的输出转矩时使用，以改变配制的电机以增加输出力矩。在这里需要注意的是，当与输出转矩扩展单元相连的电机改变时，可能需要同时对控制电路的供电电压做相应调整。
根据本实用新型的控制电路1000还可包括钟控单元(未示出)。钟控单元与第二开关电路90相连，并包括时钟反转接点和时钟开机接点，分别用于按照设定的时间为控制电路发出“反转”信号和“开机”信号。
钟控单元可设置开机时间和关机时间。控制电路1000在夜间处于关机状态。当时钟到达开机时间时，钟控单元向控制电路1000发出开机信号；而当太阳追踪装置由于某种原因，而没有在黄昏返回东侧(迎接次日太阳升起的位置)时，或钟控单元设置的时钟到达关机时间时，钟控单元通过反转接点向控制电路1000发出反转信号，使向日追踪装置返回东侧实现自动关机。钟控单元由自带的2节1号电池供电。钟控单元早上的开机信号和晚上的关机信号，分别由两个不同的通道输出。
以上虽然根据本实用新型的优选实施方式进行了描述，但是本领域的技术人员应该理解，根据以上公开的内容及其教导，可以对本实用新型作出各种修改，这些修改均应视为落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种用于控制向日追踪装置的控制电路，其特征在于，包括追踪电路(10)、驱动电路(40)和电机(70)，所述控制电路还包括：
小信号切除电路(30)，用于从所述追踪电路(10)接收输入，将所述输入与预设值进行比较，并根据比较的结果输出不同电平的信号；以及
联锁电路(20)，接收所述不同电平的信号，并根据所接收的不同电平的信号使所述驱动电路(40)上电或断电。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中，在所述联锁电路(10)和所述驱动电路(40)之间具有用于控制所述驱动电路(40)上电或断电的第一开关电路(50)。
3.如权利要求2所述的控制电路，其中，所述第一开关电路(50)包括晶体管和继电器。
4.如权利要求3所述的控制电路，其中，所述晶体管的基极与所述联锁电路相连，所述晶体管的集电极与所述继电器相连，所述晶体管的发射极通过第二开关电路(90)与外部工作电源相连。
5.如权利要求4所述的控制电路，其中，所述驱动电路(40)通过所述继电器与脉冲发生电路(80)相连。
6.如权利要求1所述的控制电路，其中，所述第二开关电路(90)包括东侧行程开关、西侧行程开关、反转启动手动开关、反转停止手动开关、开机手动开关和正转手动开关中的一个或多个。
7.如权利要求2-6任一项所述的控制电路，其中，所述控制电路还包括追赶电路(60)，所述追赶电路从外部太阳方位角探测器接收信号，并将所接收的信号与预先设定的值进行比较，以向所述联锁电路(20)输出比较结果，所述联锁电路(20)根据所接收到的比较结果，导通或断开所述第一开关电路(50)。
8.如权利要求7所述的控制电路，其中，所述驱动电路(40)和所述电机(70)之间连接有扩展单元。
9.如权利要求7所述的控制电路，其中，所述第二开关电路(90)还连接有用于控制所述向日追踪装置的开关机时间的钟控单元。
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