对太阳能跟踪控制电路的探究设计

对太阳能跟踪控制电路的探究设计

刘江

峨山彝族自治县职业高级中学  云南玉溪  653200

1.前言

太阳能作为清洁能源，既是一次能源，又是可再生能源，有着矿物能源不可比拟的优越性而被广为应用。由于地球的自转使每个地表面每天在不同时间所吸收的太阳能是不同的，而与阳光垂直时接收的太阳能量最大，这就需要采用太阳能跟踪系统，目前主要有两种：光电跟踪和定时跟踪。经分析、比较，我们可以采用程序控制和手动控制相结合的控制电路。即采用定时法原理进行程序控制，同时利用手动按钮控制电路定位，以消除由机械结构等因素引起的累计误差。本设计方案的程序控制部分可以通过如下技术措施来实现：一种用于太阳能装置自动跟踪系统的电机控制器，它包括：（1）电源控制电路，用于定时输出所需的电源信号，控制电源信号的通、断；（2）时序信号电路，与所述的电源控制电路的输出端相连，用于提供正、反转控制信号；（3）开关控制电路，与所述的时序信号电路的输出端相连，用于输出控制脉冲及将接收到的正或反转控制信号作为驱动脉冲；（4）驱动电路，与所述的开关控制电路的输出端相连，用于驱动电机正转或反转。本装置设计合理，结构简单，控制灵敏可靠，利用其可以使太阳能装置自动跟踪系统随着太阳东升西落的变化，时时刻刻保持与太阳光垂直，提高太阳能装置接收太阳能的效率。

2. 跟踪电路重要元件原理

2.1交流接触器概述

交流接触器是广泛用作电力的开断和控制电路。它利用主接点来开闭电路，用辅助接点来执行控制指令。主接点一般只有常开接点，而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点，小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。交流接触器的接点，由银钨合金制成，具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。交流接触器主要由四部分组成：(1)电磁系统，包括吸引线圈、动铁芯和静铁芯；(2)触头系统，包括三副主触头、两个常开和两个常闭辅助触头，它和动铁芯是连在一起互相联动的；(3)灭弧装置，一般容量较大的交流接触器都设有灭弧装置，以便迅速切断电弧，免于烧坏主触头；(4)绝缘外壳及附件，各种弹簧、传动机构、短路环、接线柱等。

交流接触器工作原理：当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将动铁芯吸合，由于触头系统是与动铁芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当线圈断电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头断开，切断电源。

交流接触器的选择：（1）持续运行的设备。接触器按67-75%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是67-75A以下的设备。（2）间断运行的设备。接触器按80%算.即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是80A以下的设备。（3）反复短时工作的设备。接触器按116-120%算。即100A的交流接触器，只能控制最大额定电流是116-120A以下的设备。

2.2低压断路器原理

低压断路器原理是：当线路发生短路或严重过载电流时，短路电流超过瞬时脱扣整定电流值，电磁脱扣器产生足够大的吸力，将衔铁吸合并撞击杠杆，使搭钩绕转轴座向上转动与锁扣脱开，锁扣在反力弹簧的作用下将三副主触头分断，切断电源。当线路发生一般性过载时，过载电流虽不能使电磁脱扣器动作，但能使热元件产生一定热量，促使双金属片受热向上弯曲，推动杠杆使搭钩与锁扣脱开，将主触头分断，切断电源。

自动空气开关也称为低压断路器，可用来接通和分断负载电路，也可用来控制不频繁起动的电动机。它功能相当于闸刀开关、过电流继电器、电压继电器、热继电器及漏电保护器等电器部分或全部的功能总和，是低压配电网中一种重要的保护电器。自动空气开关具有多种保护功能(过载、短路、欠电压保护等)、动作值可调、分断能力高、操作方便、安全等优点，所以目前被广泛应用。短路时，静触头周围的芳香族绝缘物气化，起冷却灭弧作用，飞弧距离为零。断路器的灭弧室采用金属栅片结构，触头系统具有斥力限流机构，因此，断路器具有很高的分断能力和限流能力。

2.3电流继电器原理

根据继电器线圈中电流的大小而接通或断开的继电器称为电流继电器。电磁式电流继电器的结构原理：当通过线圈的电流超过某个数值时，衔铁所受到的吸引力大于对它的反力，它就被铁芯吸和，带动机械装置使常开闭合，若继电器断电，在恢复弹簧作用下使触头回复原位。

2.4单相异步电动机的工作原理

单相异步电动机是靠220V单相交流电源供电的一类电动机，它适用于只有单相电源的小型工业设备或家用电器。在交流电机中，当定子绕组通过交流电流时，建立了电枢磁动势，它对电机能量转换和运行性能都有很大影响。所以单相交流绕组通入单相交流产生脉冲振磁动势，该磁动势可分解为两个幅值相等、转速相反的旋转磁动势和，从而在气隙中建立正传和反转的磁场。这两个旋转磁场切割转子导体，并分别在转子导体中产生感应电动势和感应电流。该电流与磁场相互作用产生正、反电磁转矩。正向电磁转矩企图使转子正转；反向电磁转矩企图使转子反转。这两个转矩叠加起来就是推动电动机转动的合成转矩。

电容分相式起动的工作原理：启动绕组串联一个电容器和一个启动开关，再与运行绕组并联接单相电源。电容器的大小合适时，启动绕组和运行绕组的电流相位差接近90度电角度，这样可使启动时电机中的磁动势接近于圆形这种电动机的机械特性。

3. 跟踪电路设计

3.1元件基本参数        

表1.主要电器参数

3.2电路原理图

手动控制部分：（1）让低压断路器闭合且在线路两端通220V电压。然后看信号灯检查线路是否接通，如果接通信号灯则发出红色的光。否则，我们应迅速对线路进行检查。（2）用手按下按钮SB1，交流继电器KM1和中间接触器KA1通电工作，电路接通。由于电路有电容器C的作用，辅助绕组中的电流超前于主绕组中的电流，使电机正转。（3）用手按下按钮SB2，交流继电器KM2和中间接触器KA2通电工作，电路接通。由于电路有电容器C的作用，辅助绕组中的电流邂逅于主绕组中的电流，使电机反转。

计算机控制部分：（1）计算机控制部分的线路由按钮和交流接触器之间的线路引出，从而实现了计算机对单相异步电机的正反转控制。（2）当计算机输出高电平1时，通过芯片对脉冲信号的处理，使电机正转线路接通工作。（3）当计算机输出高电平0时，通过芯片对脉冲信号的处理，使电机反转线路接通工作。

4. 总结

此太阳能跟踪控制电路由太阳光自动跟踪控制部分和太阳光采光聚光部分构成。自动跟踪控制部份采用液压驱动及电力驱动两种方式，驱动控制部分由空气集热管、空气连通管、控制阀及相关的液压输入、输出管线、液压缸，电动机构成，聚光部分由一个球面采光聚光板及其支撑骨架构成，驱动控制部分、采光聚光部分连接采用一根连杆，采光聚光板下设一条轨道，在太阳光自动跟踪器的控制作用下，采光聚光板沿下设轨道与其作同步运动，采光聚光板采光面始终正面向着太阳，将太阳光反射聚焦到自动控制跟踪器转换装置上，将光能转换成热能或者电能。该装置结构简单、制造成本低、太阳能利用率高，适用范围广。

这个电路的主要部分是实现计算机和按钮对单相异步电机正反转的控制。在电路设计时，我们应从电路的安全性、稳定性、经济性等方面出发，来选择用电器或者是元件的型号。这个太阳能控制电路的一大优点就是既可以用手动调控又可以用微机控制。单相电机只有在微机发出脉冲信号时才工作，因此，它比用传统的发光二极管电路更省电。另外，当微机控制部分出现问题时，我们可以用手动控制。此电路的另外一个优点是电路安全措施极好，基本不可能因为电流过大而烧毁用电器。

参考文献

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