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上海陆贡阀业有限公司
阀门知识

光伏发电在电动阀门中的应用

2020-06-03

电动阀门


电动阀门摘要

为了克服电动阀门在沙漠和其它地区供电难的问题,提出了用光伏电池为蓄电池充电,用蓄电池的电能为电动阀门控制系统供电,并用DSP实现全数字软件锁相环(DSPLL)控制直流电机可逆调速的脉冲宽度调节(PWM)。试验证明光伏电池能满足电动阀门的开、关所需要的电能,该方法不仅能实现整个系统的功能,而且其性能稳定可靠,减少系统的谐波进而纹波成分,使整个控制系统能实时地遥控、数据采集和传输、液晶显示电机转矩,使直流电机稳速高精度控制阀门的流量。

电动阀门概述

电动阀门是一种不需要连续供电,但在工作时需要非常高的转动控制精度的执行机构,近年来在石油、化工、水处理等领域得到了广泛应用。为了克服电动阀门在沙漠等野外地区供电难的问题,针对电动阀门的工作环境和工作特点,本文研究了利用光伏电池对蓄电池进行充电,由DSP处理器对电动阀门控制,从而精确控制电动阀门的开度,以达到控制管道中气体或液体流量的目的。由于电动阀门是非连续工作的执行机构,其驱动和控制系统功率一般在几百瓦左右。因此,在设计时可以采用小功率的光伏电池向蓄电池充电,在电动阀门工作时由蓄电池提供电机和控制系统所需的能量。为此,本文设计了一套智能非侵入式外部遥感设定控制型电动阀门执行机构。直流电机调速双闭环控制框图

由于对电动阀门的功能、性能、稳定性和可靠性要求相当高,目前国内用的电动阀门大部分都是依靠进口,并且价格相当昂贵,因此对电动阀门进行研究具有重要的实际意义。本文将重点研究直流电机执行机构控制系统的设计和实现。

直流电机PLL控制系统原理

传统的模拟式电机速度控制系统一般采用测速发电机作为速度传感器,测速发电机输出斜率受环境条件的影响很大。为了提高控制系统的速度稳定性和精确性,本文采用光电编码器输出的数字信号作为电机的角速度,并与设定角速度比较得到光电编码器输出的数字信号的相位差。本文还提出了基于DSP的数字软件锁相环控制方案,以软件实现锁相环的功能,实时调节输出PWM开关脉冲的占空比,精确、快速的调节电机转速。锁相环原理图

直流电机调速双闭环控制框图如图1所示。图1中可以看出,光伏电池对蓄电池进行充电,蓄电池为电动执行机构提供工作时需要的电源。数字软件锁相环实现输出信号实时跟踪输入信号相位的闭环控制系统,数字软件锁相环应用范围十分广泛(从zui初的无线通讯到现在的电力电子与电力传动控制系统)。本文将数字软件锁相环控制思想引入到电机的速度控制系统中,实现瞬态的快速响应,以及稳态的高精度转速控制。

模拟锁相环(PLL)是一个相位误差反馈闭环控制系统,用鉴相器(PD)检测并运算和处理输入信号θ1(t)和压控振荡器(VCO)的反馈信号θ2(t)之间的相位差,得到误差信号Ud(t),如图2所示。

数字锁相环除具有数字电路的优点外,还可用于解决模拟锁相环存在的直流零点漂移、部件饱和等问题,以及进行初始校准。数字锁相环的误差控制信号是离散的数字信号而不是模拟信号,因此数字锁相环中受控信号输出相位的改变是离散的而不是连续的。DSP软件锁相环直流电机控制系统

用DSP控制的光伏发电电动阀门由太阳能电池及其蓄电池充电系统、直流电机和光电编码器组成的数字压控振荡器(DCO)、双极性PWH直流可逆驱动电路、DSP处理器4部分组成,其内部结构如图3所示。图中,DSP实现锁相环的数字鉴相、滤波、PI控制等。

电动阀门结论

用光伏发电为电动阀门提供电能,能够解决长期以来困扰部分地方供电难的问题。本文采用基于DSP软件锁相环技术设计PWM直流电机控制器,实现了电机速度控制的实时性、可靠性及稳定性等,这是模拟控制器难以实现的。试验表明:系统能快速锁相,无静差和较小超调,尤其是获得了良好的低速调速性能。基于DSP实现了电动阀门执行介质系统的红外遥控、远程控制、手动控制、参数整定、以及故障显示与报警等功能。本文研究的方法具有实际的工程应用价值,已用于智能非侵入式外部遥感设定控制电动阀门执行机构中,也适用于交流电机、步进电机及阻性负载中。

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