标题：太阳能水泵
定义
太阳能水泵（Solar Pumping System），是通过光伏扬水逆变器利用光伏阵列发出的电力来驱动水泵工作的光伏扬水系统，系统主要由光伏阵列、光伏扬水逆变器、水泵组成。
光伏阵列（Solar Array）亦称太阳能电池组件，主要是将太阳的光能转化为电能，给负载水泵电机提供工作电力。
光伏扬水逆变器（Solar Pumping Inverter）或控制器，对太阳能水泵的运行实施控制和调节，用太阳能阵列发出的电能驱动水泵，并根据日照强度的变化，实时地调节输出频率,使输出功率接近太阳电池阵列的最大功率。
水泵（shuǐ bèng，pump），通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力 , 即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。[1]
太阳能水泵工作图解(2张)
概述
水泵是输送液体或使液体增压的机械。它将原动机的机械能或其他部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。衡量水泵性能的技术参数有流量、吸程、扬程、轴功率、水功率、效率等；根据不同的工作原理可分为容积水泵、叶片泵等类型。容积泵是利用其工作室容积的变化来传递能量；叶片泵是利用回转叶片与水的相互作用来传递能量，有离心泵、轴流泵和混流泵等类型。离心泵按照控制原理可分为交流水泵、有刷直流水泵、无刷直流电机式水泵、无刷直流磁力隔离式水泵、三相交流水泵等。[1]
太阳能水泵
太阳能水泵亦称太阳能光伏扬水系统，尤其是缺电无电的边远地区最具吸引力的供水手段，利用随处可取、取之不竭的太阳能实现高经济性和高可靠性的供水。水泵全自动地日出而作，日落而歇，无需人员看管，维护工作量可降至最低，是理想的集经济性、可靠性和环保效益为一体的绿色能源高技术产品。太阳能水泵系统是近若干年来迅速发展起来的光机电一体化系统，它利用太阳电池发出的电力，通过最大功率点跟踪以及变换、控制等装置驱动直流、永磁、无刷、无位置传感器、定转子双塑封电机或高效异步电机或高速开关磁阻电机带动高效水泵，将水从地表深处提至地面供农田灌溉或人畜饮用。从设计到制造涉及电气、机械、电力电子、计算机、控制等多个学科的近代技术，为发展现代农业、节能、环保等提供了极其良好的手段。本系统具有良好的长效经济性，特别是和常见的柴油机抽水相比较，具有压倒的经济性优势。发展这种新型环保节能产品无疑将会对发展产业、发展经济，特别是发展干旱地区的现代农业，带来巨大良好的经济效益和社会效益，它特别符合建设“资源节约型”及“环境友好型”社会的发展战略。此外大量国际订货意向表明，这种高技术产品的国际市场前景令人十分鼓舞。光伏水泵系统作为一个刚刚崭露头角的产业，十分符合我国可持续发展的战略。
太阳能水泵分为两大系列：直流水泵和交流水泵。其中直流水泵电机驱动方式分为直流无刷电机与永磁同步电机两大类。[1]
太阳能电源具有的优势
（1） 可靠：光伏电源很少用到运动部件，工作可靠。
（2） 安全，无噪声，无其他公害。不产生任何的固体，液体和气体有害物质，绝对的 环保。
（3） 安装维护简单，运行成本低，适合无人值守等优点。尤其以其可靠性高而备受关 注。
（4） 兼容性好，光伏发电可以与其他能源配合使用，也可以根据需要使光伏系统很方便的增容。
（5） 标准化程度高，可由组件串并联满足不同用电的需要，通用性强。
（6） 太阳能随处都有，应用范围广。
但是，太阳能系统也有其缺点，比如：能量分散，间歇性大，地域性强。前期成本较高。
产品特点：寿命长、功耗低、噪音小、调速平衡、运行可靠、无干扰等。[1]
产品特点
1.寿命长，无需保养，体积小效率高，功耗低，抗干扰能力强，运行平稳 
2.无碳刷，无污染，电子换向，寿命长。 
3.电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离，解决了电机式直流水泵长期潜水产生的渗漏问题，可以水下安装而完全防水 
4.可根据客户要求调制水泵参数，24V水泵可调制2米扬程，也可7米扬程，体积不变，可宽电压运行。 
5.水泵轴心采用高性能陶瓷轴（降低成本可选不锈钢轴），精度高，耐磨性好，由于水泵采用高精密轴套与陶瓷轴（降低成本可换其他材料）的精密配合，噪音低，功率小一点的噪音甚至可以达到30分贝以下。 
6.水泵系列中的三相无霍尔程序驱动直流水泵可以实现PWM调速，模拟信号（0~5V）调速，电位器VR手动调速，这样就可以调节流量及扬程，可以订做音乐喷泉。 
7.水泵中的三相直流水泵为软启动，无冲击，启动功耗小，电路板与泵体完全分离，泵体里面没有任何电子元器件，泵体采用耐高温材料，水泵可以长期在100度水温中使用。具有叶轮转子卡死保护，反接保护，过载保护，过流保护。 
8.水泵接口丰富，4分螺纹，2分螺纹，进出8mm，10mm，22mm，27mm等，还可根据客户要求定做 
9.如需加大水泵扬程还可将水泵串联，则扬程可加倍。 
10.水陆两用（外用时安装位置低于液面） 
11.可根据用户要求定制水泵及其相关联控制系统。[1]
各种太阳能水泵的特点
1、 有刷直流太阳能水泵 ：
水泵工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随着电机转动的换向器和电刷来完成，只要电机转动碳刷就会产生磨损，电脑水泵运行到一定的时候，碳刷磨损间隙变大，声音也会随之增大，连续运行几百小时之后碳刷就不能起到换向的作用了。 
优点：价格低廉。
2、 无刷直流太阳能水泵（电机式） ：
电机式无刷直流水泵是采用无刷直流电机加上叶轮之后组成的。电机的轴与叶轮连在一起，水泵的定子和转子之间是有间隙的，使用时间长了水会渗透进入电机里增加了电机烧坏的可能。 
优点：无刷直流电机已标准化，有专门的厂家大批生产，成本比较低，效率高。
3、 无刷直流磁力隔离式太阳能水泵：
无刷直流水泵采用了电子组件换向，无需使用碳刷换向，采用高性能耐磨陶瓷轴及陶瓷轴套，轴套通过注塑与磁铁连成整体也就避免了磨损，因此无刷直流磁力式水泵的寿命大大增强了。磁力隔离式水泵的定子部分和转子部分完全隔离，定子和电路板部分采用环氧树脂灌封，100%防水，转子部分采用永磁磁铁，水泵机身采用环保材料，噪音低，体积小，性能稳定。可以通过定子的绕线调节各种所需的参数，可以宽电压运行。 
优点：寿命长，噪音低可达35dB以下，可用于热水循环。电机的定子和电路板部分采用环氧树脂灌封并与转子完全隔离，可以水下安装而且完全防水，水泵的轴心采用高性能陶瓷轴，精度高，抗震性好。
4、三相交流水泵
三相交流水泵由三相交流电机驱动水泵。与直流系统不同，太阳能交流水泵由太阳能阵列（提供电源）、太阳能扬水逆变器（将直流转化为交流，同时控制电机频率）和三相交流电机水泵组成。
系统中三相交流电机水泵可与市面上市电或柴油机带动交流水泵进行替换，兼容性非常好。与此同时，交流水泵突破直流水泵功率限制，功率从150瓦至105千瓦均可应用，适合大面积农田、沙漠治理和灌溉的需求。[1]
工作原理
无刷直流磁力驱动泵的磁铁与叶轮注塑成一体组成电机的转子，转子中间有直接注塑成型的轴套，通过高性能陶瓷轴固定在壳体中，电机的定子与电路板部分采用环氧树脂胶灌封于泵体中，定子与转子之间有一层薄壁隔离，无需配以传统的机械轴封，因而是完全密封。电机的扭力是通过矽钢片（定子）上的线圈通电后产生磁场带动永磁磁铁（转子）工作运转。　对磁体进行n (n为偶数) 级充磁使磁体部分相互组成完整藕合的磁力系统。当定子线圈产生的磁极与磁铁的磁极处于异极相对，即两个磁极间的位移角Φ=0，此时磁系统的磁能最低；当磁极转动到同极相对，即两个磁极间的位移角Φ=2π/n，此时磁系统的磁能最大。去掉外力后，由于磁系统的磁极相互排斥，磁力将使磁体恢复到磁能最低的状态。于是磁体产生运动，带动磁转子旋转。 
无刷直流水泵通过电子换向，无需使用碳刷，磁体转子和定子矽钢片都有多级磁场，当磁体转子相对定子旋转一个角度后会自动改变磁极方向，使转子始终保持同级排斥，从而使无刷直流磁力隔离泵有较高的转速和效率。 
磁力隔离泵的定子与转子完全隔离，完全避免了传统的电机式无刷直流水泵存在的液体泄漏问题。而且可以完全潜水使用并且完全防水，有效的提高了泵的使用寿命及性能。[1]
太阳能水泵
交流太阳能水泵：在有阳光的时候，太阳能板会产生直流电能，这是通过专用的逆变器将太阳能产生的直流电转变成可供交流电机使用的交流电。同时逆变器承担对交流电机的控制器作用。[1]
直流太阳能水泵：直接可以利用太阳能板产生的直流电，由于水泵本身是一个感性负载，需要一个稍大的启动电流，而且有要保证在阳光变弱的情况下也可以运行就必须加一个太阳能控制器，就可以在阳光稍弱的情况下提供大的瞬间启动电流。直流水泵效率高，转速高，扬程高，体积小而且更加安全。[1]
组成及其特点
无刷直流水泵（磁力隔离泵）由泵体（隔离件），电机定子，轴，轴承和转子水叶（磁体和叶轮）几部分组成：[1]
磁体（钕铁硼永磁体）由稀土永磁材料制成的永磁体工作温度范围广(-45－400℃)，矫顽力高，磁场方向具有很好的各向异性，在同极相接近时也不会发生退磁现象，是一种很好的磁场源。[1]
隔离件在采用金属隔离套时，隔离套处于一个正弦交变的磁场中，在垂直于磁力线方向的截面上感应出涡电流并转化成热量。涡流的表达式为：其中Pe－涡流；K—常数；n—泵的额定转速；T－磁传动力矩；F－隔套内的压力；D－隔套内径； 一材料的电阻率； —材料的抗拉强度。当泵设计好后，n、T是工况给定的，要降低涡流只能从F、D等方面考虑。选用高电阻率、高强度的非金属材料制作隔离套，在降低涡流方面效果十分明显。
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轴由于无刷直流磁力隔离泵是通过通电线圈带动转子旋转来工作的，旋转为了保持转子转动的平稳及噪音，采用高性能陶瓷轴与轴套配合，可以达到很高的精度，有效的减少了旋转阻力及噪音。
[1]
滑动轴承磁力泵滑动轴承的材料有工程塑料塑钢（POM）或陶瓷。由于塑钢（POM）及陶瓷具有很好的耐热、耐腐蚀、耐摩擦性能，所以磁力泵的滑动轴承多采用工程陶瓷制作。由于工程陶瓷很脆且膨胀系数小，所以轴承间隙不得过小，以免发生抱轴事故。 
由于磁力泵的滑动轴承以所输送的介质进行润滑，所以应根据不同的介质及使用工况，选用不同的材质制作轴承。[1]
使用注意事项
1．防止颗粒进入
(1)不允许有铁磁杂质、颗粒进入磁力传动器和轴承摩擦副； 
(2)输送易结晶或沉淀的介质后要及时冲洗(停泵后向泵腔内灌注清水，运转1min后排放干净)，以保障滑动轴承的使用寿命； 
(3)输送含有固体颗粒的介质时，应在泵流管入口处过滤。
2．防止退磁 （直流水泵）
应在规定温度条件下运行，严禁介质温度超标。可在磁力泵隔离套外表面装设铂电阻温度传感器检测环隙区域的温升，以便温度超限时报警或停机。
3．防止干摩擦
尽量减少空转时间。[1]