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光伏发电系统设计之电机驱动模块

摘要：太阳能是一种清洁可再生能源。目前，对于太阳能的利用有多种方法，而光伏发电是近年来新兴产业。文章主要对光伏发电系统的电机驱动模块加以介绍：通过电气隔离，将控制电路和主电路联系起来，由单片机控制电机的运转，并加以检测保护电路，来保护主电路。
关键词：光伏发电系统 MCU 电机驱动 光耦 电气隔离 DC to DC 检测保护

Motor drive module of PV system design
FANG Miaosen
（Jiangsu University of Science and Technology, Zhenjiang Jiangsu province,212000）

Abstract: Solar energy is a clean and renewable energy. Currently, there are many ways to use solar energy, and photovoltaic power generation in recent years, new industries. This paper mainly on photovoltaic power generation system of the motor drive module to be introduced: The electrical isolation, the control circuit and main circuit linked by the microcontroller to control the motor running, and to test the protection circuit to protect the main circuit.
Key words: PV MCU Motor drive Optocoupler Electrical isolated DC to DC Detection protection

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1 引言
随着现代工业的发展，全球能源危机和大气污染问题日益突出，传统的燃料能源正在一天天减少，对环境造成的危害日益突出，新能源的研发尤为重要，希望可再生能源能够改变人类的能源结构，维持长远的可持续发展，这之中太阳能以其独有的优势而成为人们重视的焦点。在利用太阳能发电的方案中，光伏发电正在逐渐兴起，本文着重介绍一种光伏发电系统中的双轴电机驱动模块，该模块外接12VDC电源，通用型好移植性强，结构简单容易调试维护，适用于小规模光伏发电应用。

2 光伏发电系统组成
光伏发电系统主要由传感器模块，传感器修正反馈模块，控制模块，电机驱动模块，检测保护模块等部分组成。关于传感器模块，可以参考《光伏发电系统设计之传感器模块》的内容。追日传感系统主要由4个硅光电池，俯仰角跟踪电路，方位角跟踪电路和驱动电路组成；传感器修正反馈模块通过传感器与控制器的联系，进行相应的算法进行补偿；控制模块主要是单片机系统；电机驱动模块和检测保护电路，在以下得以阐述。

3电机驱动模块
电机驱动模块由控制电路、电源、电机驱动电路、主电路和检测与保护电路组成。其中，控制电路是单片机系统；电源部分采用了电平转换的DC to DC模块，输出12V的直流电；电机驱动电路采用电力二极管，三极管的器件，并通过继电器进行电气隔离，从而驱动电机；主电路是由电机构成；检测与保护电路是通过二极管三极管等器件，并通过光耦回输到控制器中，进行相应的判断，以起到检测与保护的作用。

3.1 控制电路
控制电路由单片机系统组成：控制电机运转的信号是由89C51的P1口的P1.0~P1.3输出的，信号均为低电平有效。与此同时，由于光伏发电系统的特殊性，须在机械部分加上限位开关以在不利情况下防止电机误动作限位开关的输入信号是由P1.4~P1.7接收的。
3.2 电源
电源部分选用HDW-12A1的DCDC转换器件，如图，实现电平的转换，为驱动电路供电。在外部电源输入的时候，加入了电容滤波，以及一个二极管，防止电源接反引起事故。
3.3 电机驱动电路
电机驱动电路如图所示，是由4路结构相同的驱动电路组成，每个电机由其中的两路控制。J1的1到4脚是连接单片机的P1.0~P1.3，平时P1.0~P1.3是处于OC门状态，三极管不会导通，当单片机在某个管脚上发送低电平时，相应的三极管导通，因此继电器线圈得电，可以控制其接触器的触电做出相应的动作，接通主回路。通过控制P1.0~P1.3的逻辑状态，可以实现双轴电机的相应动作该驱动电路中在线圈上并连了一个续流二极管，以防止线圈失电而产生放电火花或电磁干扰，影响整个系统的稳定性。
3.4 主电路
主电路就是由继电器的接触器电机和滤波电容构成的，结构比较简单，如图所示。

3.5 检测与保护电路
检测与保护电路是由结构相同的两路电路组成，分别连接两路电机，串联在主回路中，通过采样电阻R10，R11接地。当电机有过流现象时，相应的三极管会导通，通过光耦OP01将信号输送给控制器，进行相应的保护措施。

4. 电机驱动模块的应用
双轴电机驱动模块可以安装在光伏发电系统中，作为伺服电机，根据控制电路中发来的信号进行相应的动作，让整个机构对太阳进行跟踪，以更有效地将太阳能转化为热能，机械能，电能和化学能。该驱动模块同样可以应用在其他场合比如一些机械臂的控制，其中，光能热能化利用最为广泛，开发最为普遍。本装置也可应用在家庭，为家庭提供绿色能源，或是应用在大型光伏电厂。现在，太阳能光能的应用也正在慢慢兴起，即太阳能照明系统。该系统通过追日传感器和电机驱动模块对太阳进行跟踪，再由光纤引入太阳光，对相应场所进行照明，比如地下室太阳能光能照明系统。因此，这种照明是一种环保节能的照明方式，可以有效减少化石燃料的使用，减少温室气体的排放，保护地球环境。该驱动模块同样可以应用在其他场合比如一些机械臂的控制，工厂加料系统等。
4 结语
太阳能是已知的最原始的能源，清洁可再生，分布广泛。而在光伏发电系统中，电机驱动系统是和机械装置联系最紧密的一部分，故该模块的设计显得尤为重要。本文提出电机驱动模块具有结构简单，性能稳定，并且能达到较高的稳定性，可以和控制系统联合对太阳进行跟踪，结构合理紧凑，实用性强。可以在多种场合下得到有效利用。