平移式喷灌机太阳能驱动自动控制装置的研制-论文.pdf

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1、20l4年8月农机化研究第8期平移式喷灌机太阳能驱动自动控制装置的研制王昌伟，王瑞心，朱德兰，王斌(1．两北农林科技大学中国旱节水农业研究院，陕西杨凌712IO0；2．两安交通大学电气工程学院，西安7l0049)摘要：针对无电力供应地在推广使用平移式喷灌机时传统机组需借助拖批机牵引上作方式的诸多局限性，为有效利用太阳能资源、实现农、ik节能减排、提高机组喷洒均匀度及降低劳动投入，首先在对)匕伏电池特性进行PSIM仿真研究基础L，×寸机组分刚『口J和地头两独立系统进行光伏容造设计；其次，按照喷灌机从取水到供水过程，考虑系统优化，设汁出种水位波动不超过30

2、cm的实用型电极式恒水化自控装，并应用ACS510—01系列变频器达到变频恒压喷灌目的；最后，结合喷灌机j作特点，自主设计r具备尢线及手动操作功能的简单控制电路。经过对整套自控装置长期运行验证，系统工作可靠，能够满足机组操作及阳问灌溉要求关键词：平移式喷灌机；自动控制；太IIII驱动；变频供水；恒水位控制中图分类号：TK513；S214文献标识码：A文章编号：1003—188X(2014)08-0052-07压力调节稳定，且使水泵启动电流小、节能特点}l』{0引言显J，取得了较好的应用效果。喷灌机工作时，必须喷灌是利用管道将有水输送到灌溉地段，并通保持

3、水源供给不问断，但在此期间蓄水池水位波动会过喷头碎裂成细小水滴，均匀地喷洒到田问，对作物造成水泵震动，带来一定程度上的水压波动，因此进行灌溉。，具有省水、省工、省地、保土、保肥、适应从源头减小水压波动有一定的必要性。针对传统性强和町综合利用等优点。作为节水灌溉措施之，喷灌机采用柴电驱动或拖拉机牵引方式工作，造成山喷灌以其绝刘‘优势，住农业灌溉中发挥着重要作用，区推广或野外工作时带来的能源动力供给保障冈难具有广阔的发展前景。图1所示为西北农林科技等问题，采用太阳能光伏驱动¨o。J，对图1所示喷灌大学国家节水灌溉杨凌1程技术研究中心所研发的机设计了一整套自

4、动控制装置，以实现整个灌溉过程一款可升降悬索塔吊式轻小型平移式喷灌机样机，喷中的均匀性、低劳动投入及农业节能减排等f=j标。灌机桁架长24m，最大升降高度2．5IIl，配套JP65—1O0型绞盘车使用；采用直流电机驱动，最大自行走速度15m／rain，设计喷灌强度13．5mm／h，适用于沙壤土及壤土地；配套8支NELSOND3000喷头及2支全圆摇臂式喷枪，喷头设计工作压力8m。该喷灌机开展作业时，首先依靠自身动力快速行走至划分条带末端，启动水泵，在绞盘软管牵引下进行喷洒灌溉。对于移动式喷灌机，一般要求喷洒均匀度不得低于85％。喷头工作压力是影响水量分

5、布的最主要1．唢头2．喷灌仉3．太I51]能板4．速稻因素，因此保证系统工作过程中喷头一L作压力相5支鹰6．进水口7绞髓车8PE软管对恒定就显得至关重要。随着变频恒压供水技术的图1轻小型甲移式喷灌机结lf勾不断发展，尤其足目前使用较广的U／f变频调速方式1总体方案设计(VVVF，VariableVoltageandVariableFrequency)，不仅1．1设计需求分析收稿日期：2013—08—12基金项目：“卜二了”围家科技支撑计划项日(2011BAD29B02)根据喷灌机工作特点，整套装置的设计应满足以作者简介：f：吕仆(1988一)，男，p安

6、人，硕1一研究，(E—nmil)wcw510下要求：①喷灌机喷洒作业期间，水源供应不间断，且@l63coin输水管道内水压保持相对恒定；②能适应野外及无电通讯作者：木德(1969一)，l殳陕西畅凌人，教授，博I．导帅，(E—mail)dlzhu@126uonl力到达地区；③系统自动化程度高，操作简单方便、人·52·2014年8月农机化研究第8期力投入少、运行成本低；④机组控制应同时具备手动、二者组成框图。为降低前期研制成本，初步设定喷灌无线操作功能，手动只在应急及检修时使用，且控制机设计日最大连续工作8h，其中水泵系统日最大连续装置继电保护措施完善。工

7、作7h。1．2总体方案依据设计需求，提出如图2所示的装置原理图。该装置利用太阳能光伏驱动交流泵及各直流电机进行工作。将太阳能光伏阵列转化的电能储存在蓄电池中，采用太阳能控制器对其充放电过程进行管理。喷灌机工作前，由一电源支路首先向蓄水池水位控制电路供电，利用继电器问接控制装设在蓄水池口上的电磁阀工作状态保持水位恒定，满足取水要求；另外图3太阳能光伏驱动系统组成框图一支路通过对蓄电电源进行DC—AC逆变变换作为水2．1．1负载功率估算及系统工作电压确定泵动力源。为减小水泵启动瞬时大电流对供电系统地头光伏驱动系统负载主要包括：配套功率为损害，水泵采用变频启

8、动技术，通过设定水泵转速(频1．5kW交流水泵1台，120W涡轮蜗杆减速伺服电机率)调节系统工