一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵论文和设计-张小明

全文摘要

本实用新型提供了一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵，其中，用于灌溉的智能配电装置采用功率变换模块代替隔离开关，功率变换模块由开关管构成，采用自动控制的方式实现开关管的通断，具有控制操作简单方便、精确、高频率使用的特点，节约了人力，不用安排专门的操作人员控制开关管的通断，提高了农田灌溉的工作效率，且可以通过改变触发角调节输入电压，根据输入电压的大小调节农田灌溉泵的出水量，控制方式简单灵活，得到了广泛应用。

主设计要求

1.一种用于灌溉的智能配电装置，其特征在于，包括控制模块及用于设置在灌溉泵供电线路上的功率变换模块，所述功率变换模块用于实现供电线路上的电压调节，所述功率变换模块包括开关管，所述开关管的控制端与所述控制模块连接。

设计方案

2.根据权利要求1所述的用于灌溉的智能配电装置，其特征在于，所述开关管包括反向并联的两个三极管，各三极管的控制端与所述控制模块连接。

3.根据权利要求2所述的用于灌溉的智能配电装置，其特征在于，智能配电装置还包括隔离驱动模块，所述控制模块通过所述隔离驱动模块与各三极管的控制端连接；所述隔离驱动模块包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器及IR2110驱动芯片，所述第一光耦隔离器、第二光耦隔离器分别与所述IR2110驱动芯片的高信号端、低信号端连接。

4.根据权利要求2或3所述的用于灌溉的智能配电装置，其特征在于，智能配电装置还包括保护模块，所述保护模块的输入端与所述功率变换模块连接，所述保护模块的输出端与所述控制模块连接；所述保护模块包括第一放大器及第三光耦隔离器，所述第一放大器与所述第三光耦隔离器连接，所述第一放大器的第一输入端口用于接收功率变换模块发送的故障反馈电压，所述第一放大器的第二输入端口用于提供参考电压。

5.根据权利要求4所述的用于灌溉的智能配电装置，其特征在于，还包括电流电压检测模块，所述电流电压检测模块与所述三极管的输出端及所述控制模块连接；所述电流电压检测模块包括第二放大器及第三放大器，电流电压信号经过第二放大器、第三放大器放大后输出到所述控制模块。

6.一种灌溉泵，包括用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵本体，其特征在于，所述智能配电装置包括控制模块及用于设置在灌溉泵供电线路上的功率变换模块，所述功率变换模块用于实现供电线路上的电压调节，所述功率变换模块包括开关管，所述开关管的控制端与所述控制模块连接。

7.根据权利要求6所述的灌溉泵，其特征在于，所述开关管包括反向并联的两个三极管，所述三极管的控制端与所述控制模块连接。

8.根据权利要求7所述的灌溉泵，其特征在于，还包括隔离驱动模块，所述控制模块通过所述隔离驱动模块与各三极管的控制端连接；所述隔离驱动模块包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器及IR2110驱动芯片，所述第一光耦隔离器、第二光耦隔离器分别与所述IR2110驱动芯片的高信号端、低信号端连接。

9.根据权利要求7或8所述的灌溉泵，其特征在于，还包括保护模块，所述保护模块的输入端与所述功率变换模块连接，所述保护模块的输出端与所述控制模块连接；所述保护模块包括第一放大器及第三光耦隔离器，所述第一放大器与所述第三光耦隔离器连接，所述第一放大器的第一输入端口用于接收功率变换模块发送的故障反馈电压，所述第一放大器的第二输入端口用于提供参考电压。

10.根据权利要求9所述的灌溉泵，其特征在于，还包括电流电压检测模块，所述电流电压检测模块与所述三极管的输出端及所述控制模块连接；所述电流电压检测模块包括第二放大器及第三放大器，电流电压信号经过第二放大器、第三放大器放大后输出到所述控制模块。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于农田灌溉技术领域，特别涉及一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵。

背景技术

随着农业电气化时代的到来，农田水利设施得到了很大的提升，但是相对来说还有很多设施比较落后，不能适应现代农业发展要求。农田灌溉一般需要设置配电装置，这种配电装置的电源入线需要经过隔离开关，然后再经断路器分配电能。公告号为“CN205159845U”，名称为“一种水利灌溉用综合配电箱”的中国实用新型专利文件，该专利的配电箱的配电部包括隔离开关、空气断路器等，进一步实现了农田灌溉的配电需求，虽然该配电箱结构简单，容易实现配电功能，但是实用性差。当线路发生故障时，虽然隔离开关能够起到熔断保护作用，但不能自动合闸，只能等待相关人员检修排障后重新合闸，影响工作效率，而且机械式合闸操作不方便，容易产生电火花，降低器件使用寿命，工作不可靠。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵，用于解决现有技术中农田灌溉的配电装置工作效率低及不可靠的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于灌溉的智能配电装置，包括控制模块及用于设置在灌溉泵供电线路上的功率变换模块，所述功率变换模块用于实现供电线路上的电压调节，所述功率变换模块包括开关管，所述开关管的控制端与所述控制模块连接。

本实用新型的用于灌溉的智能配电装置采用功率变换模块代替隔离开关，功率变换模块由开关管构成，采用自动控制的方式实现开关管的通断，具有控制操作简单方便、精确、高频率使用的特点，节约了人力，不用安排专门的操作人员控制开关管的通断，提高了农田灌溉的工作效率，且可以通过改变触发角调节输入电压，根据输入电压的大小调节农田灌溉泵的出水量，控制方式简单灵活，得到了广泛应用。

进一步地，所述开关管包括反向并联的两个三极管，各三极管的控制端与所述控制模块连接。

为了使各三极管能够导通，智能配电装置还包括隔离驱动模块，所述控制模块通过所述隔离驱动模块与各三极管的控制端连接；所述隔离驱动模块包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器及IR2110驱动芯片，所述第一光耦隔离器、第二光耦隔离器分别与所述IR2110驱动芯片的高信号端、低信号端连接。同时光耦隔离器能够对干扰信号起到隔离的作用，保证驱动信号不会受到干扰，提高三极管的导通效率，降低了误动作的可能性。

为了在发生故障时对智能配电装置进行保护，智能配电装置还包括保护模块，所述保护模块的输入端与所述功率变换模块连接，所述保护模块的输出端与所述控制模块连接；所述保护模块包括第一放大器及第三光耦隔离器，所述第一放大器与所述第三光耦隔离器连接，所述第一放大器的第一输入端口用于接收功率变换模块发送的故障反馈电压，所述第一放大器的第二输入端口用于提供参考电压。

为了在配电过程中检测电压、电流是否满足要求，还包括电流电压检测模块，所述电流电压检测模块与所述三极管的输出端及所述控制模块连接；所述电流电压检测模块包括第二放大器及第三放大器，电流电压信号经过第二放大器、第三放大器放大后输出到所述控制模块。

本实用新型还提供了一种灌溉泵，包括用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵本体，所述智能配电装置包括控制模块及用于设置在灌溉泵供电线路上的功率变换模块，所述功率变换模块用于实现供电线路上的电压调节，所述功率变换模块包括开关管，所述开关管的控制端与所述控制模块连接。

进一步地，所述开关管包括反向并联的两个三极管，各三极管的控制端与所述控制模块连接。

为了使各三极管能够导通，还包括隔离驱动模块，所述控制模块通过所述隔离驱动模块与各三极管的控制端连接；所述隔离驱动模块包括第一光耦隔离器、第二光耦隔离器及IR2110驱动芯片，所述第一光耦隔离器、第二光耦隔离器分别与所述IR2110驱动芯片的高信号端、低信号端连接。同时光耦隔离器能够对干扰信号起到隔离的作用，保证驱动信号不会受到干扰，提高三极管的导通效率，降低了误动作的可能性。

为了在发生故障时对智能配电装置进行保护，还包括保护模块，所述保护模块的输入端与所述功率变换模块连接，所述保护模块的输出端与所述控制模块连接；所述保护模块包括第一放大器及第三光耦隔离器，所述第一放大器与所述第三光耦隔离器连接，所述第一放大器的第一输入端口用于接收功率变换模块发送的故障反馈电压，所述第一放大器的第二输入端口用于提供参考电压。

为了在配电过程中检测电流、电压是否满足要求，还包括电流电压检测模块，所述电流电压检测模块与所述三极管的输出端及所述控制模块连接；所述电流电压检测模块包括第二放大器及第三放大器，电流电压信号经过第二放大器、第三放大器放大后输出到所述控制模块。

本实用新型的灌溉泵包括用于灌溉的智能配电装置，该智能配电装置采用功率变换模块代替隔离开关，所述功率变换模块由开关管构成，采用自动控制的方式实现开关管的通断，具有控制操作简单方便、精确、高频率使用的特点，节约了人力，不用安排专门的操作人员控制开关管的通断，提高了农田灌溉的工作效率，且可以通过改变触发角调节输入电压，根据输入电压的大小调节农田灌溉泵的出水量，控制方式简单灵活，得到了广泛应用。

附图说明

图1为本实用新型的用于灌溉的智能配电装置的结构框图；

图2为本实用新型的用于灌溉的智能配电装置的主电路图；

图3为本实用新型的用于灌溉的智能配电装置的保护模块的电路图；

图4为本实用新型的用于灌溉的智能配电装置的隔离驱动模块的电路图；

图5为本实用新型的用于灌溉的智能配电装置的电流电压检测模块的电路图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步的说明：

本实用新型提供了一种灌溉泵，包括用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵本体，该智能配电装置包括控制模块及用于设置在灌溉泵供电线路上的功率变换模块，功率变换模块用于实现供电线路上的电压调节，功率变换模块包括开关管，开关管的控制端与控制模块连接。

如图1所示，本实用新型的用于灌溉的智能配电装置还包括智能调压模块、隔离驱动模块、保护模块、无功补偿模块、电流电压检测模块等。功率变换模块与低压进线连接，低压进线输出的是交流电压，本实施例中的开关管包括反向并联的两个三极管，各三极管均为IGBT管，如图2所示，在低压进线的每相电源线上均设置有反向并联的两个三极管，第一相电源上设置有反向并联的三极管Q1和三极管Q2，第二相电源上设置有反向并联的三极管Q3和三极管Q6，第三相电源上设置有反向并联的三极管Q5和三极管Q4，各三极管的控制端与控制模块连接；各三极管的输出端与剩余电流动作断路器K连接，剩余电流动作断路器K与多路低压出线连接，多路低压出线与三相灌溉泵连接，三相灌溉泵连接自旋式灌溉喷头，利用喷头喷水实现灌溉。

本实施例的控制模块采用现有技术中的智能配变终端或一体化智能配电控制器。控制模块通过隔离驱动模块与各三极管的控制端连接，保护模块的输入端与功率变换模块连接，保护模块的输出端与控制模块连接；电流电压检测模块一端与多路低压出线连接，电流电压检测模块另一端与控制模块连接；考虑到农村灌溉泵使用量大的特点，对于线路无功需求也多，所以在配电终端就近加装无功补偿模块，无功补偿模块与控制模块连接，由控制模块控制无功补偿模块的工作，无功补偿模块的工作原理是控制模块根据用电负荷变化情况实时监控输入线路中无功功率的大小状态，自动控制电容器投切以调控线路中无功功率的大小达到提高线路功率因数、保持线路电压稳定等的目的。此外，还设置有温度调控模块，温度调控模块与控制模块连接，灌溉泵的智能配电装置中的元器件对温度有一定限制，过高或过低都会影响其性能，所以控制模块检测智能配电装置中温度变化情况，超过或低于所设定温度限制通过温度调控模块启动风扇或者加热器达到调温的目的。

功率变换模块代替现有技术中的隔离开关，不但能够反挥开关的作用，还可以连续调压实现智能灌溉、线路故障自动重合闸，本实施例图2所示的电路图，还能够实现调压的目的，智能调压模块(手动按钮调压或者设定电压范围自动调节)输出控制指令到控制模块，控制模块控制输出脉冲频率达到调压的目的，即控制三极管IGBT的触发角时刻调节输出电压大小，α角的移相范围可在0～150°范围内连续可控，输出电压大小决定着出水喷头水流大小及扬程远近，在灌溉过程中，随着时间的推进，输出电压由大到小连续变化来实现整个灌溉，也可以通过调节电压旋钮人工控制喷头水流及扬程。

如图4所示，是本实施例的隔离驱动模块的结构图，各三极管IGBT的导通脉冲由处理器专用端口输出，由于输出信号不能满足功率管导通所需电压，所以需要通过驱动器件放大信号驱动三极管的通断，本实施例采用IR2110驱动芯片来实现驱动，为了避免同一相的IGBT管同时刻导通，输出电压需要包括高低压两个信号。另外为了避免外界信号对智能配电装置的干扰，减小智能配电装置误动作的可能性，在脉冲信号输入与输出端口中间加入了6N137光耦隔离器，经驱动芯片输出信号到功率管，第一光耦隔离器6N137、第二光耦隔离器6N137分别与IR2110驱动芯片的高信号端、低信号端连接。IR2110驱动芯片是专用功率管驱动芯片，通过其内部的逻辑输入、电平平移、输出保护组成结构实现对信号处理，处理后输出AH′驱动信号和AL′驱动信号，P1起到连接器的作用，AH′驱动信号和AL′驱动信号经过P1输出后分别驱动同一相上的两个IGBT管。

如图3所示，是本实施例的保护模块的结构图，为了避免外界信号对智能配电装置的干扰，减小智能配电装置误动作的可能性，在中断信号输入与输出端口中间加入了6N137光耦隔离器，可以很好地消除干扰，输入端是参考电压与故障反馈电压比较，经放大电路处理后输入到光耦隔离器6N137中，然后输出到控制模块的输入端口，一旦检测到智能配电装置故障信号，控制模块立刻输出信号切断电源。为了提高生产效率，电源断开之后隔开一定时间，三极管重新合闸，如果故障自行切除恢复供电，多次合闸不能进行，远程反馈不能合闸的故障信号给控制室工作人员，控制室工作人员进行处理。图中，第一放大器与第三光耦隔离器6N137连接，第一放大器的第一输入端口用于接收功率变换模块发送的故障反馈电压，第一放大器的第二输入端口用于提供参考电压。

如图5所示，是本实施例的电流电压检测模块的结构图，电流电压检测模块包括电压传感器和电流传感器，电压传感器和电流传感器检测输出配电侧各分支的电压电流，电压传感器和电流传感器可以嵌入到剩余电流断路器中，通过自带通讯接口与控制模块保持数据通信。通过电流传感器输出的电流信号很小不能直接输入到控制模块，要经过信号采样放大才能满足输入要求，所以选用运算放大器放大输出信号，LM324芯片是低成本的四路运算放大器，具有真正的差分输入。在单电源应用中，其与标准运算放大器类型相比具有明显优势。图中，电流电压检测模块包括第二放大器及第三放大器，电流电压信号经过第二放大器B、第三放大器A放大后输出到控制模块。

以上给出了具体的实施方式，但本实用新型不局限于以上所描述的实施方式。本实用新型的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本实用新型的保护范围内。

设计图

一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵论文和设计

一种用于灌溉的智能配电装置及灌溉泵论文和设计-张小明

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主设计要求

设计方案

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