《太阳能光伏器件与组件ch7光伏水泵》由会员分享，可在线阅读，更多相关《太阳能光伏器件与组件ch7光伏水泵（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第7 7章章 光伏水泵光伏水泵Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC光伏水泵系统亦称“太阳能光电水泵系统”，其基本原理 是利用太阳电池将太阳能直接转换为电能，然后驱动各类电 动机带动水泵从深井、江、河、湖、塘等水源提水。它具有 无噪声、全自动(日出而作，日落而停)、高可靠、供水量与 蒸发量适配性好(天大旱，它大干)等许多优点。联合国国际 开发署(UNDP)、世界银行(WB)、亚太经社会(ESCAP)等国 际组织部先后充分肯定了它的先进性与合
2、理性，目前在这些 国际组织的支持下，全世界已有数万台不同规格的光伏水泵 在不同地区和国家运行，特别是在亚、非、拉及中东等发展 中国家，已为许多贫困地区的人民带来相当可观的经济效益 ，加速了这些地区的脱贫步伐。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC由于光伏水泵系统从技术上说是一个比较典型的光、机 、电一体化系统，它涉及太阳能的采集、变换及电力电子、 电机、水机、计算机控制等多个学科的最新技术，因此已被 许多国家列为优先发展的高新技术和进一步发展
3、的方向，中 东、非洲有不少国家更是期望依藉太阳能水泵及省水微灌、 现代化农业等新技术在地下水资源比较充裕的干旱地区把家 园改造为绿洲。光伏水泵与柴油机水泵相比具有相当良好的经济性。光 伏水泵的初期投资偏大是其缺点，但此后由于它的运行费用 低和少维护或免维护等特点，其水的成本上升很缓慢，十年 以后，柴油机水泵的水成本将是光伏水泵水成本的两倍还多 ，两者的盈亏平衡点约在三年左右。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAICEcologically Ec
4、onomically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC目目 录录7.1 光伏水泵结构与原理7.2 光伏水泵电机(自习)7.3 光伏水泵优化设计7.4 光伏水泵速度闭环控制Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC7.1 光伏水泵结构与原理光伏水泵系统由光伏阵列、控制电源、电动机和水泵构成。光伏水泵基本结构Ecologically Econo
5、mically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC1. 基本概念1光伏水泵的种类光伏水泵的种类很多，性能范围十分广泛。(1)按泵的作用原理划分:叶片式泵利用叶轮高速旋转，叶片与液体不断发生 相互作用，使液体增加压能和动能，从而达到传送液体的目 的。叶片式泵又分为离心泵、混流泵和轴流泵三种基本泵型 。叶片泵具有效率高、启动快、运行稳定、性能可靠、容易 调节等优点，大部分光伏水泵为该种类型。Ecologically Economically CreativelyEcologically Eco
6、nomically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC容积式泵利用泵内工作室容积周期性的变化，对液 体产生挤压作用，增加液体压能，从而达到传送液体的目的 。如活塞泵、回转泵。其他类型泵包括只改变液体位能的泵，如水车、螺 旋泵等；利用高速工作流体(液体和气体)能量来输送液体的射 流泵；利用管道中产生水锤压力进行提水的水锤泵等。(2)按电机类型划分: 异步型-采用异步电机的水泵。直流型-采用直流电机，其中直流无刷永磁电机应用广泛 。同步型-采用同步电机，其中永磁同步电机作为主要种类 。Ecologically Economically CreativelyEcol
7、ogically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC(3)按光伏水泵的放置方式划分潜水泵电机与泵体刚性地连接在一起，作为一个整 体放入被抽水之中。分离式水泵电机与泵体分离开来，电机在陆地，泵 体在水中，两者用长轴相连。浮漂式水泵电机与泵体相连，放置于水面。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC2工作参数(1)流量: 分成体积流量和质量流量两种，用符号Q表示。(2)扬程: 俗称水头，定
8、义为泵的叶轮传给单位重量液体 的总能量，可以由泵进、出口断面上的单位总能量差值表示 ，以符号H表示，其单位为米。(3)功率: 分为有效功率P和轴功率Pa两种。有效功率P泵内液体所获得的净功率(kW)，可以根据 流量和扬程计算得到轴功率Pa 传给水泵轴上的功率(kW)。(4)效率sys= array* invert* motor* pump* coupEcologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC光伏水泵效率标志着水泵传递能量的有效程度，亦即 反映了泵
9、内功率损失的大小，是一项重要的技术经济指标 。(5)转速: 水泵内叶轮每分钟的转数。当光伏阵列注入 的能量改变后，水泵转速将改变，同时水泵工作性能也随 之改变。(6)允许吸上真空高度: 允许吸上真空高度HR是表征水 泵抽水性能的重要参数，由水泵级数和内压力所决定，是 确定水泵安装扬程的主要参数。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC2. 泵的结构与原理光伏水泵从泵的结构上一般可分为离 心泵、混流泵及轴流泵三种叶片式水泵。 叶片式水泵一般功率较
10、小，更适合于光伏 电源。1离心泵(1)工作原理与分类离心泵属于高扬程叶片泵，其扬程范 围目前从十几米至数千米，流量相对较小 。离心泵是利用叶轮旋转时产生离心力的 原理而工作的机构。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC在启动前必须使泵内和进水管中充满液体。当叶轮在泵壳 内高速旋转时，液体质点在离心力作用下被甩向叶轮外缘，并 汇集到泵壳内，使液体获得动能和压能，并沿着出水管输送出 去。离心泵品种规格和结构型式很多，按叶轮进水方式可分为 单面进水
11、悬臂式离心泵(简称单吸泵)及双面进水离心泵(简称双 吸泵)两种。按泵内叶轮数目可分为单级泵和多级泵两种。按泵 轴装置方式可分为卧式及立式两种。按水泵压出室型式又可分 为蜗壳式及导叶式两种。光伏水泵大都采用单吸式、多级型、 导叶式结构。(2)构造离心泵一般由叶轮、吸入室、压出室、泵轴及轴套、轴承 、轴封装置、减漏环、轴向力平衡装置及底座等组成。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC2轴流泵(1)工作原理及分类轴流泵属于低扬程叶片泵，其扬程从一米
12、至十几米，流量 较大，但扬程低。轴流泵是靠叶轮旋转时叶片对水流产生的升 力而工作的。轴流泵按泵轴安装方式可分为立式、卧式及斜式三种。立 式轴流泵应用很广泛，其优点是：占地面积小，叶轮浸没在水 中，启动方便；动力机安装在水泵上部，不易受潮。但泵轴较 长，安装质量要求高。卧式轴流泵又分为普通轴伸式、贯流式( 又称灯泡式、圆筒式)、猎背式和全贯流式(电机泵)等型式。大 型卧式轴流泵进出水流道水流平顺，水头损失小，装置效率较 高。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHO
13、TOVOLTAIC轴流泵按叶片调节方式可分为固定式、半调节式和全调 节式三种。固定式是叶片和轮毂体铸造在一起，叶片安放角 不能进行调节。半调节叶片是装在轮毂体上，用螺母压紧， 停机后用人工板动叶片。全调节轴流泵在运行中或停机后， 根据不同的扬程和流量通过一套调节机构来改变叶片的安放 角，以适应扬程和流量的需要。(2)轴流泵的构造轴流泵由叶轮、导叶、进出水道、泵壳、轴承、密封和 调节机构等零部件组成。轴流泵混流泵Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLT
14、AIC3混流泵混流泵是介于离心泵与轴流泵之间的一种叶片式水泵， 它运转时叶片对水流产生离心力和升力的混合作用，水从叶 轮中斜向流出。其结构型式可分为蜗壳式与导叶式两种。混流泵兼有离心泵和轴流泵的优点，是一种在光伏水泵 中适用性广而有前途的水泵，其优点有：功率变化小，高效 率范围较广，工作范围广；能适应水位的变化，抗气穴性能 好，运行平稳；体积较小，结构简单。混流泵主要零部件亦为叶轮、泵轴及轴承、泵壳、密封 、吸人室和压出室(或进水道及出水道)、底座等，与离心泵 及轴流泵类似。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economicall
15、y CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC3. 光伏水泵系统工作时的结构由光伏阵列、最大 功率功率控制器、控制 器和水泵电机构成。Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC4. 日照及其运行条件光伏水泵的 输出功率也随日 照的变化而变化 。上面曲线为理 论曲线，下面曲 线为实测曲线。太阳日照在一天中分布情况Ecologically Economically CreativelyEcologically Economi
16、cally CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAICEcologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC水泵机组转矩转速特性曲线为异步电机的转矩转速特性曲线 为机组负载转矩转速特性曲线Ecologically Economically CreativelyEcologically Economically CreativelyPHOTOVOLTAICPHOTOVOLTAIC流量与水压关系扬程曲线功率曲线效率曲线水泵性能曲线Ecologically Economically CreativelyEcologically Economica
