引言

近年來，隨著電力電子器件及控制理論的迅速發展，永磁直流無刷電機以其高效性，良好的調速性，易于維護性而得到了廣泛的應用。傳統的永磁直流無刷電機往往采用位置傳感器來確定轉子的位置，這不僅增大了電機的安裝體積，增加了成本，而且降低了電機的可靠性。目前，無傳感器直流無刷電機一般采用三段式起動方式，起動轉矩在開始起動時比較小，并且有脈動，對于有起動轉矩要求的系統存在著局限性，而在中小型太陽能光伏水泵系統中，負載轉矩是隨著轉速的增加而增加的，不計摩擦力，在靜止時負載轉矩為零，所以，直流無刷電機可以應用于光伏水泵系統，并且整個系統是直流的，無須逆變，那么，在光伏水泵系統中應用直流無刷電機，對于提高系統效率,簡化系統裝置就具有重大的意義。

1光伏水泵系統簡介

光伏水泵系統由光伏陣列，控制器，電機，水泵4部分組成。光伏陣列由許多太陽電池串并聯構成，直接把太陽能轉化為直流電能。目前所用的太陽電池都為硅太陽電池，包括單晶硅、多晶硅及非晶硅太陽電池。由于光伏陣列的輸出伏－安特性曲線具有強烈的非線性，而且和太陽輻照度、環境溫度、陰、晴、雨、霧等氣象條件有密切關系,所以，如果要使光伏水泵系統工作在比較理想的工況，就需要用控制器去調節、控制整個系統。電機是用來驅動水泵的，由于電機的功率因數及電壓等級在很大程度上受到太陽電池陣列的電壓等級和功率等級的制約，因此，對水泵揚程、流量的要求被反映到電機上，往往在兼顧陣列結構的條件下專門進行設計。對于要求流量小、揚程高的用戶，宜選用容積式水泵；對于需要流量較大，但揚程卻較低的用戶，一般宜采用自吸式水泵。


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2單片機M68HC908JK3ECP介紹

這是Motorola公司的8位單片機家族中的成員之一，同樣具有高性能，低成本的優點。它內嵌4k閃速存儲器FLASH，128字節RAM；具有10個通道的8位精度ADC模塊，15個I/O端口；時鐘模塊具有輸入捕捉，輸出比較及脈寬調制等功能，能滿足系統要求。

3無傳感器直流無刷電機控制原理

無刷電機的定子為三相對稱繞組，采用兩相通電方式時控制電路按照一定的順序向定子的兩相通入直流電流，產生定子磁勢Fa；轉子為永磁材料，產生磁勢Ff，通過兩者的相互作用，可以產生電磁轉矩T=FaFf|sinθ|，顯然，當θ=60°～120°時，平均電磁轉矩最大。故檢測轉子磁勢位置時，當定轉子磁勢夾角為60°時，三相繞組中的某兩相導通，轉過60°時，其中一相的功率管關斷，另一相中的功率管導通。這樣，保證定轉子磁勢夾角為60°～120°，達到轉矩最大的目的。由于每次轉過60°只關斷一個功率管，故每個功率管導通角度為120°，這種方式為120°導通方式。

主電路采用三相全控橋，如圖1所示。圖2為三相6拍工作方式下典型的相電壓反電勢波形圖。由圖2我們可以清楚地看到，在該相懸空狀態（過零點前后30°區域）下，繞組感應反電勢按正弦規律變化，平頂部分為繞組通電激勵時逆變換相主電路電壓鉗位引起的。換相點發生在過零點后30°，使用反電勢法來實現電子換相，就是在過零點檢測電路檢測到過零點后30°進行換相。三相6拍工作方式下，導通次序為S1，S2－S2，S3－S3，S4－S4，S5－S5，S6－S6，S1－S1，S2。基于反電勢的電子換相方法有多種，如“1/2母線電壓比較法”、“端電壓比較法”等，但這些測量方法都存在抗干擾能力弱的問題，特別是在PWM調制情況下，測量時必須采取專門措施避開或抑制干擾，增加了控制電路的復雜性，并且可能產生換相滯后。采用“虛擬中點法”可以解決以上問題，并且在PWM調制情況下，其開關噪聲不會影響相繞組的過零測量，檢測電路也較簡單。

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在靜止或低速狀態下反電勢值為0或很小，無法用反電勢法來判定轉子的位置，通常采用三段式起動方式來解決這個問題，即先按他控式同步電機的運行狀態從靜止開始加速，當達到一定的轉速時再切換到反電勢法控制狀態，包括轉子定位，步進起動和自由切換三個階段。轉子定位時首先導通兩個功率管，一般來說先導通S6及S1，一定時間后就完成轉子的初始定位。步進起動時從初始位置開始，按前面的導通次序依次導通各功率管，但導通時間按一定規律遞減，以達到提速的目的。步進起動結束后進行自由切換，保證換相的正確性