CN205959084U - 一种太阳能混合能源水泵控制器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种太阳能混合能源水泵控制器，由太阳能电池板，市电或者柴发电机或者电池组，水泵控制器和交流水泵，无线远程控制终端及监控系统构成；太阳能电池板输出功率不足时采用自动切换市电互补、自动启动柴油机发电互补、或者采用电池组供电互补；太阳能输出功率足够时自动断开市电、自动关闭柴油机发电、或者断开电池组供电；实现在早晨，晚边，晚上及阴天时水泵都能按额定功率运行来满足客户的用水需求。本实用新型的优点是：全自动化控制，太阳能、市电、柴油发电及电池组的混用，减少用户的用电开支，并实现了太阳能泵水系统与市电/柴油/电池泵水系统的兼容。
Description
技术领域
本实用新型属于太阳能源领域，尤其是一种太阳能混合能源水泵控制器，涉及到太阳能水泵控制器，太阳能水泵逆变器，太阳能泵水系统，GPRS/3G/4G远程控制及监控。
背景技术
目前电力溃乏的扬水项目普遍采用单独太阳能能源驱动水泵来完成，同类控制器在系统运行时存在以下不足：
早上、晚边及阴天由于太阳福照弱导致太能板输出功率低，水泵降功率运行，整个系统无法达到客户的用水需求。
正午太阳光线足够强的两三个小时内能确保水泵额定功率运行；若需要水泵额定功率运行更多时间（如达到8小时以上），则只能增加太阳能光板配置，增加太阳能板配置后虽然早、晚及阴天水泵可按额定功率运行，但是相应的在正午时太阳能输出功率浪费巨大。且加重使用者的太阳能板投资。
晚上泵水系统无法工作。
对于泵水系统应用于农业灌溉和供水时无法达到恒压、恒流量供水。
早期扬水系统采用柴油发电/市电，或者电池组供电，其更新成太阳能泵水系统后市电网络、柴油机、电池组都无法继续使用，造成资源浪费；晚上需要供水时必须更改水泵连接方式，其操作相当困难且容易操作不当带来巨大损失。
无法远程控制及监控整个系统的运行。
很大部分泵水系统都是抽取地下水，其井深最大可达到几百米，安装水井水位传感器时相当困难，且维护成本高。
泵水系统远程供水，其距离达到几公里，安装水塔水位传感器困难，且维护成本高。
无防水、防尘功能，安装时必须加入户外箱，户外箱存在散热效果不佳的问题，控制器产生的热量长时间集聚在户外箱内，容易导致控制器因高温而产生故障。
发明内容
根据上述背景技术描述的问题，本实用新型的目地在于提供一种太阳能混合能源水泵控制器。
本实用新型提供的技术方案是：一种太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：由太阳能电池板，市电或者柴发电机或者电池组，水泵控制器和交流水泵，无线远程控制终端及监控系统构成；太阳能电池板输出功率不足时采用自动切换市电互补、自动启动柴油机发电互补、或者采用电池组供电互补；太阳能输出功率足够时自动断开市电、自动关闭柴油机发电、或者断开电池组供电；实现在早晨，晚边，晚上及阴天时水泵都能按额定功率运行来满足客户的用水需求。
进一步，所述水泵控制器包括柴油机点火控制模块、交流电压检测模块、电压电流检测模块、继电器开关控制模块、太阳能电压电流检测模块、电池组电压检测模块、E2PROM存储单元、RTC时钟单元、水泵出水管压力传感器、水井传感器、水塔传感器、接口单元、无线通信模块、相电压传感器、相电流传感器、输出过流检测模块、散热模块、 IGBT温度检测模块、LED指示灯、 LCD显示模块、按键模块、开关机按键、交流水泵、CPU 和IGBT逆变电路模块，CPU 连接柴油机点火控制模块、交流电压检测模块、电压电流检测模块、继电器开关控制模块、太阳能电压电流检测模块、电池组电压检测模块、E2PROM存储单元、 RTC时钟单元、水泵出水管压力传感器、水井传感器、水塔传感器、接口单元、相电压传感器、相电流传感器、输出过流检测模块、散热模块、IGBT温度检测模块、LED指示灯、LCD显示模块、按键模块、开关机按键和IGBT逆变电路模块，输出过流检测模块连接IGBT逆变电路模块，IGBT逆变电路模块连接交流水泵，无线通信模块无线连接控制终端；所述电压电流检测模块是检测交流整流后或电池直流输出端；继电器开关控制模块是控制交流整流后或电池直流的通断控制。
进一步，所述无线通信模块实现远程控制及监控功能。
进一步，所述无线通信模块采用GPRS/3G/4G模块进行无线通信。
进一步，所述CPU 自动检测水泵运行电流，无须几百米接线检测水井水位，实现水泵防干抽功能。
进一步，接口单元采用RS232接口；无线通信模块采用GPRS通信模块或3G通信模块或4G通信模块；散热模块采用风扇构成；交流水泵采用单相或三相交流水泵；控制终端是手机短信控制、电脑应用程序控制或手机应用程序。
进一步，所述控制器CPU采用自带六路PWM引脚的ARM-32BIT 144MHz单片机；
进一步，所述输出过流检测模块采用A316J驱动检测IGBT的管压；
进一步，所述水井传感器、水塔传感器采用运放加隔离光耦组成。
各功能模块功能说明：
柴油机点火控制模块：当CPU（控制器）检测到太阳能电池板输出低功率时，CPU控制柴油机点火控制模块的干节点输出电压启动柴油机；太阳能电池板足功率时自动关闭柴油发电机；然后通过交流电压检测模块和电压电流检测模块检测是否启动/关闭成功。
交流电压检测模块：用于判断交流输入有无，当输入为三相交流电时，同时用于断判输入掉相与否。
电压电流检测模块：用于检测整流后的直流电压电流或电池直流输出端电压电流检测，用于计算功率和显示。
继电器开关模块：控制交流整流后或电池直流的通断控制，即用于控制交流电/直流电混合输入。
太阳能电压电流检测模块：自动识别太阳能的电压及电流，用于MPPT算法控制当中，同时用于显示。
电池组电压检测模块：当用电池组混合输入时，用于电池低压保护功能。
E2PROM存储单元：CPU（控制器）相应参数的存储。
RTC时钟单元：系统时钟功能主要用于定时开关机以及故障码产生时间的记录。
水泵出水管压力传感器：泵水系统输水到水塔时长达公里级，可与浮球配合使用，当水塔水满时，浮球自动关闭出水口，水管压力增大，通过压力传感器读取压力值，从而实现防溢出功能。
水井传感器：水井水位检测，当水井水位低于进水口时，控制器自动关闭输出，水泵停止运转，
水塔传感器：水塔水位检测，当水塔水位满时，控制器自动关闭输出，水泵停止运转，
RS232接口：用于配合无线通信模块连接使用，如采用GPRS/3G/4G通信模块使用。
无线通信模块：控制器各项运行参数及设置参数可通过短信或者数据流进行交互，采用数据流时需安装应用软件到电脑或手机终端。
相电压传感器：用于检测输出电压是否达到标准，参与调制算法。
相电流传感器：检测相电流用于显示和判断是否掉相，三相水泵运转是否平衡；且参与调制算法。
输出过流检测模块：输出过流检测模块用于检测水泵堵转时输出电流过大时进行保护，停止输出。
散热模块：CPU控制风扇工作或半导体散热片制冷，用于控制器散热，延长其使用寿命缩短。
IGBT温度检测模块：IGBT安装在散热片上，检测温度达到一定值后开启风扇加速散热。
LED指示灯：指示电源、工作、故障状态。
LCD显示模块：显示内容包括太阳能输入电压、电流、功率；交流或电池或柴油机输入电压、电流、功率；混合能源输入状态，输出电压、电流、频率；故障或警告产生原因及时间；控制器设置参数如工作时间、太阳能低功率保护或者混合输入参数、机器输出最大频率和电压。
按键模块：用于操作菜单，包括退出，上翻，下翻，回车按键
开关机按键：控制器开关/关机总控制开关。
交流水泵：采用单/三相交流水泵进行抽水蓄水。
CPU：检测各个输入模块，控制各个输出模块，完成功能控制。
IGBT逆变电路：CPU输出PWM调制信号控制IGBT内部功率管的开关，从而实现DC逆变成AC。
本实用新型的优点是：全自动化控制，太阳能市电、柴油发电及电池组的混用，减少用户的用电开支，并实现了太阳能泵水系统与市电/柴油/电池泵水系统的兼容。
附图说明
图1为本实用新型原理框图；
图2为本实用新型原理框图简化图；
图中：1、柴油机点火控制模块；2、交流电压检测模块； 3、电压电流检测模块；4、继电器开关控制模块；5、太阳能电压电流检测模块；6、电池组电压检测模块；7、E2PROM存储单元；8、RTC时钟单元；9、水泵出水管压力传感器；10、水井传感器；11、水塔传感器；12、接口单元；13、无线通信模块；14、相电压传感器；15、相电流传感器；16、输出过流检测模块；17、散热模块；18、IGBT温度检测模块；19、LED指示灯；20、LCD显示模块；21、按键模块；22、开关机按键；23、交流水泵；24、CPU；25、IGBT逆变电路模块；26、控制终端。
具体实施方式
参照附图1-2，进一步详细说明本实用新型的实现方式。
一种太阳能混合能源水泵控制器，由太阳能电池板，市电或者柴发电机或者电池组，水泵控制器和交流水泵，无线远程控制终端及监控系统构成；太阳能电池板输出功率不足时采用自动切换市电互补、自动启动柴油机发电互补、或者采用电池组供电互补；太阳能输出功率足够时自动断开市电、自动关闭柴油机发电、或者断开电池组供电；实现在早晨，晚边，晚上及阴天时水泵都能按额定功率运行来满足客户的用水需求。
所述水泵控制器包括柴油机点火控制模块1、交流电压检测模块2、电压电流检测模块3、继电器开关控制模块4、太阳能电压电流检测模块5、电池组电压检测模块6、E2PROM存储单元7、RTC时钟单元8、水泵出水管压力传感器9、水井传感器10、水塔传感器11、接口单元12、无线通信模块13、相电压传感器14、相电流传感器15、输出过流检测模块16、散热模块17、 IGBT温度检测模块18、LED指示灯19、 LCD显示模块20、按键模块21、开关机按键22、交流水泵23、CPU 24和IGBT逆变电路模块25，CPU 24连接柴油机点火控制模块1、交流电压检测模块2、电压电流检测模块3、继电器开关控制模块4、太阳能电压电流检测模块5、电池组电压检测模块6、E2PROM存储单元7、 RTC时钟单元8、水泵出水管压力传感器9、水井传感器10、水塔传感器11、接口单元12、相电压传感器14、相电流传感器15、输出过流检测模块16、散热模块17、IGBT温度检测模块18、LED指示灯19、LCD显示模块20、按键模块21、开关机按键22和IGBT逆变电路模块25，输出过流检测模块16连接IGBT逆变电路模块25，IGBT逆变电路模块25连接交流水泵23，无线通信模块13无线连接控制终端26；所述电压电流检测模块3是检测交流整流后或电池直流输出端；继电器开关控制模块4是控制交流整流后或电池直流的通断控制。
所述无线通信模块13实现远程控制及监控功能。
所述无线通信模块13采用GPRS/3G/4G模块进行无线通信。
所述CPU 24自动检测水泵运行电流，无须几百米接线检测水井水位，实现水泵防干抽功能。
接口单元12采用RS232接口；无线通信模块13采用GPRS通信模块或3G通信模块或4G通信模块；散热模块17采用风扇构成；交流水泵23采用单相或三相交流水泵；控制终端26是手机短信控制、电脑应用程序控制或手机应用程序；
控制器CPU24采用自带六路PWM引脚的ARM-32BIT 144MHz单片机；
输出过流检测模块16采用A316J驱动检测IGBT的管压；
IGBT温度检测模块18为IGBT模块内部自带；
电压检测模块3、5、6、14采用高精度电阻分压组成；
电流检测模块3、5、15采用电流传感器组成；
水井传感器10、水塔传感器11采用运放加隔离光耦组成；
继电器开关模块4由12V继电器组成；
交流水泵23根据流量要求选择适合的单/三相型号；
IGBT逆变电路模块25根据水泵的不同功率选择不同型号；
水泵出水管压力传感器模块9根据不同水泵选择相应的压力值型号；
RTC时钟单元模块8采用DS1302芯片；
E2PROM存储单元7采用24C04芯片；
压力传感器跟浮球配合可实现远距离水塔水位检测，实现水塔防溢出功能。
定时开关机功能；
采用LCD显示模块及LED指示灯，可实时显示控制器运行的各项参数及运行状态。
自动识别太阳能电压，无须设置相应参数，自动跟踪太阳能输出功率并调节水泵频率（转速），实现MPPT功能；
系统各项保护措施如：直流输入过/欠压，直流输入反接，机器过温，水泵过流，水泵堵转，水泵掉相，水泵三相不平衡，水泵短路，市电/柴油发电机交流输入欠/过压，交流输入掉相等保护机制；
外壳设计采用IP65防水防尘等级，户外安装无需户外柜，散热良好，降低故障率。
Claims (9)
1.一种太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：水泵控制器包括柴油机点火控制模块（1）、交流电压检测模块（2）、电压电流检测模块（3）、继电器开关控制模块（4）、太阳能电压电流检测模块（5）、电池组电压检测模块（6）、E2PROM存储单元（7）、RTC时钟单元（8）、水泵出水管压力传感器（9）、水井传感器（10）、水塔传感器（11）、接口单元（12）、无线通信模块（13）、相电压传感器（14）、相电流传感器（15）、输出过流检测模块（16）、散热模块（17）、IGBT温度检测模块（18）、LED指示灯（19）、 LCD显示模块（20）、按键模块（21）、开关机按键（22）、交流水泵（23）、CPU （24）和IGBT逆变电路模块（25），CPU （24）连接柴油机点火控制模块（1）、交流电压检测模块（2）、电压电流检测模块（3）、继电器开关控制模块（4）、太阳能电压电流检测模块（5）、电池组电压检测模块（6）、E2PROM存储单元（7）、 RTC时钟单元（8）、水泵出水管压力传感器（9）、水井传感器（10）、水塔传感器（11）、接口单元（12）、相电压传感器（14）、相电流传感器（15）、输出过流检测模块（16）、散热模块（17）、IGBT温度检测模块（18）、LED指示灯（19）、LCD显示模块（20）、按键模块（21）、开关机按键（22）和IGBT逆变电路模块（25），输出过流检测模块（16）连接IGBT逆变电路模块（25），IGBT逆变电路模块（25）连接交流水泵（23），无线通信模块（13）无线连接控制终端（26）；所述电压电流检测模块（3）是检测交流整流后或电池直流输出端；继电器开关控制模块（4）是控制交流整流后或电池直流的通断控制。
2.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述无线通信模块（13）采用GPRS/3G/4G模块进行无线通信，实现远程控制及监控功能。
3.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述CPU （24）自动检测水泵运行电流，无须几百米接线检测水井水位，实现水泵防干抽功能。
4.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述接口单元（12）采用RS232接口；无线通信模块（13）采用GPRS通信模块或3G通信模块或4G通信模块。
5.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述散热模块（17）采用风扇或半导体制冷片构成。
6.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述交流水泵（23）采用单相或三相交流水泵。
7.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述控制终端（26）是手机短信控制、电脑应用程序控制或手机应用程序。
8.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述输出过流检测模块（16）采用A316J驱动检测IGBT的管压。
9.根据权利要求1所述太阳能混合能源水泵控制器，其特征是：所述水井传感器（10）、水塔传感器（11）采用运放加隔离光耦组成。
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