污水处理设备动力系统的蓄电池.pdf

本发明公开一种污水处理设备动力系统的蓄电池，该污水处理设备动力系统包括光伏供电装置、市电供电装置、供电转换装置、控制模块及风机，该光伏供电装置包括光伏电池、光伏控制器、蓄电池及逆变电路，光伏控制器具有充电电路、放电电路和控制电路，充电电路接于光伏电池与蓄电池之间，放电电路接于蓄电池与逆变电路之间，控制电路分别连接充电电路、放电电路及蓄电池，逆变电路接至供电转换装置，该蓄电池包括蓄电池本体、电池管理模块、数据总线、辅助供电总线以及辅助充电控制线，其中蓄电池本体的正极和负极分别与电池管理模块相连接。本发明至少能在节能环保、安全性、抗干扰性或可操控性、低噪高效等的某一个方面改善动力系统的性能。

权利要求书1.  一种污水处理设备动力系统的蓄电池，该污水处理设备动力系统包括通过屏蔽电缆连接的光伏供电装置、市电供电装置、供电转换装置、控制模块及风机，该光伏供电装置包括光伏电池、光伏控制器、蓄电池及逆变电路，光伏控制器具有充电电路、放电电路和控制电路，充电电路接于光伏电池与蓄电池之间，放电电路接于蓄电池与逆变电路之间，控制电路分别连接充电电路、放电电路及蓄电池，逆变电路接至供电转换装置，其特征在于，该蓄电池包括蓄电池本体、电池管理模块、数据总线、辅助供电总线以及辅助充电控制线，其中蓄电池本体的正极和负极分别与电池管理模块相连接。2.  如权利要求1所述的污水处理设备动力系统的蓄电池，其特征在于，电池管理模块包括与蓄电池本体的正极和负极分别相连接的检测控制单元以及与蓄电池本体的正极和负极分别相连接的辅助充电单元，检测控制单元与辅助充电单元相连接；数据总线与检测控制单元相连接；辅助供电总线与辅助充电单元相连接；辅助充电控制线与检测控制单元的输出端相连接；检测控制单元实时检测蓄电池本体的运行状态，当蓄电池本体的实时电压小于阈值电压时，由辅助充电单元通过辅助供电总线对蓄电池进行充电。3.  如权利要求2所述的污水处理设备动力系统的蓄电池，其特征在于，控制模块的主回路中，三相电源输入线经主回路断路器、交流接触器接至风机的三相电机的电机线；控制模块的控制回路中，控制回路断路器的输入端接两相电源输入线，控制回路断路器的一输出端接交流接触器线圈的一个接线端，控制回路断路器的另一个输出端经点动按钮接交流接触器线圈的另一个接线端。4.  如权利要求3所述的污水处理设备动力系统的蓄电池，其特征在于，供电转换装置与控制模块之间、控制模块与风机之间均通过屏蔽电缆连接，其中的屏蔽电缆的屏蔽层均接至地。5.  如权利要求4所述的污水处理设备动力系统的蓄电池，其特征在于，屏蔽电 缆的外保护层内设置有多根芯线，其中每根芯线包裹有内保护层。

说明书污水处理设备动力系统的蓄电池
技术领域
本发明涉及污水处理设备，尤其涉及污水处理设备动力系统及其分系统或部件。
背景技术
污水处理设备动力系统中，作为负载设备的风机接通过控制模块接至供电端的供电转换装置，由该控制模块将供电端输出的交流电转换为负载设备所需的交流电或直流电，由此达到对负载设备的控制。
上述动力系统设计上存在不足：采用单一的市电供电，不够环保节能；防雷保护措施不够好，系统安全性差；抗干扰措施不够理想，对负载设备的稳定运行造成较大的影响；控制不够方便，不能很好地满足用户的需求；风机振动噪声大，效率不高；等等。有鉴于此，有必要涉及新的污水处理设备动力系统及其分系统，以便使其性能得以改善。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供污水处理设备动力系统及其分系统或部件，以便至少能在节能环保、安全性、抗干扰性或可操控性、低噪高效等的某一个方面使污水处理设备动力系统的性能得以改善。
为解决以上技术问题，本发明提供一种污水处理设备动力系统的蓄电池，该污水处理设备动力系统包括通过屏蔽电缆连接的光伏供电装置、市电供电装置、供电转换装置、控制模块及风机，该光伏供电装置包括光伏电池、光伏控制器、蓄电池及逆变电路，光伏控制器具有充电电路、放电电路和控制电路，充电电路接于光伏电池与蓄电池之间，放电电路接于蓄电池与逆变电路之间，控制电路分别连接充电电路、放电电路及蓄电池，逆变电路接至供电转换装置，该蓄电池包括蓄电池本体、 电池管理模块、数据总线、辅助供电总线以及辅助充电控制线，其中蓄电池本体的正极和负极分别与电池管理模块相连接。
与现有技术相比，本发明可以有效地改善污水处理设备动力系统的性能，其至少可以取得以下某一个方面的优点：
其一，更为节能环保。采用薄膜光伏电池，轻质、高效、高比功率且耗材少；控制器可以有效防雷，提高系统安全性能；蓄电池进行充电的同时又可以保证蓄电池的活性，避免了蓄电池发生沉积，从而较大程度的延长了蓄电池的寿命。。
其二，提高安全性。采用二级避雷保护，其中的大部分雷击电流通过控制模块输入端的第一接地元件泄放；而控制模块输出端设置第二接地元件，使得进入负载的残压更小，有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
其三，抗干扰性强。屏蔽电缆采用二点接地，限制了地电流或干扰的大小，可以避免地电流或干扰过大时烧毁屏蔽电缆屏蔽层的危险。屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电磁辐射、静电耦合和电磁感应；同时也设计了电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰。
其四，可操控性更好。逆变电路可以根据人机接口电路的设定信号，通过微处理器电路输出PWM信号来控制功率管，有利于灵活地按预定要求输出电压，从而满足不同用户的需求。
其五，风机性能得以改善。通过改善叶片结构，气流流经叶片后缘时产生的漩涡打碎，从而有效地减少流阻，减少振动和噪声，且有利于提高风机效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号来表示相同的部件。在附 图中：
图1为本发明实施例污水处理设备动力系统的方框图；
图2为本发明实施例光伏供电装置的方框图；
图3是本发明薄膜光伏电池的结构示意图；
图4是本发明光伏控制器的电路原理框图；
图5是本发明蓄电池的电路原理框图；
图6为本发明逆变电路的电路原理框图；
图7为本发明控制模块的电气原理框图；
图8为本发明屏蔽电缆接地原理图；
图9为本发明屏蔽电缆结构示意图；
图10a是本发明风机叶轮结构的左视图；
图10b是本发明风机叶轮结构的前视图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
参见图1，表示本发明污水处理设备动力系统的较优实施例。该动力系统包括通过屏蔽电缆连接的光伏供电装置100、市电供电装置200、供电转换装置300、控制模块400及风机500，光伏供电装置100和市电供电装置200，其中：光伏供电装置100可输出380V交流电，它与市电供电装置200一起连接到供电转换装置300，以便选择不同的供电方式；控制模块400在供电转换装置300输出电流时，可驱动作为交流负载的风机500运转；该控制模块400的两端分别接入第一接地元件600和第二接地元件700，以便将雷电流引入大地，由此提高系统的安全性。
本实施例包括二级防雷保护电路，具体是第一接地元件600为密闭式火花间隙， 接于控制模块400的输入端与接地端之间，可泄放雷电电流可达20KA；第二接地元件700为放电管，接于控制模块400的输出端与接地端之间，对流经控制模块400的小部分雷击电流进一步放电，即对进入风机500的残压再作一次限流，使其低于额定的安全范围。这就可使得大部分雷击电流通过控制模块400输入端的第一接地元件600泄放，而控制模块400输出端设置的第二接地元件700则可使得进入负载的残压更小，从而有利于防止负载遭受雷击，提高其使用安全性，延长其使用寿命。
上述的第一接地元件600、第二接地元件700均可选择氧化锌压敏电阻或其它类型的接地电阻代替，同样具有较好的防雷效果。在雷电电流较大时，氧化锌压敏电阻被击穿，雷电电流迅速经过氧化锌压敏电阻流入接地端，使得进入风机500的残压被钳制在预定范围内。
参见图2，示出本发明光伏供电装置的原理框图。该光伏供电装置100包括薄膜光伏电池110、光伏控制器120、蓄电池130、逆变电路140，光伏电池110优选为薄膜光伏电池，光伏控制器120具有充电电路121、放电电路123和控制电路122，充电电路121接于光伏电池110与蓄电池130之间，放电电路123接于蓄电池130与逆变电路140之间，控制电路122分别连接充电电路121、放电电路123及蓄电池130，逆变电路140接至供电转换装置300。
图2中，薄膜光伏电池110本光伏供电装置100的核心部分，其作用是将太阳的辐射能力转换为电能，或送往蓄电池中存储起来，或推动风机500工作。光伏控制器120的作用是控制整个系统的工作状态，并对蓄电池起到过充电保护、过放电保护的作用。蓄电池130的作用是在有光照时将光伏电池所发出的电能储存起来，到需要的时候再释放出来。风机500作为交流负载，可以方便地调速。
参见图3，示出本发明薄膜光伏电池的结构示意图。该薄膜光伏电池110包括第一导电玻璃基底110、沉积吸收层120、缓冲层130、导电银胶140和第二导电玻璃基底150，其中：第一导电玻璃基底110、沉积吸收层120、缓冲层130、导电银 胶140和第二导电玻璃基底150由上至下依次设置；第一导电玻璃基底110和第二导电玻璃基底150上引出电极(图未示出)，一般是第一导电玻璃基底110上面引出正电极，第二导电玻璃基底150上面引出负电极。
图3中，上述各层的规格可为：第一导电玻璃基底110、第二导电玻璃基底150的长度为40mm，宽度为15mm，厚度为3mm；沉积吸收层120为半导体纳米材料制成，长度为30mm，宽度为15mm，厚度为2×10-3mm；缓冲层130为In2S3材料制成，长度为25mm，宽度为15mm，厚度为4×10-3mm；导电银胶140的长度为20mm，宽度为15mm，厚度为2×10-3mm。如此设置，材料消耗少，制造能耗低，且在提高电池的电压等性能方面具有优异效果。
参见图4，示出本发明光伏控制器的电路原理框图。该光伏控制器120包括充电电路121、放电电路123、控制电路122及防雷电路124，充电电路121、放电电路123和蓄电池130并联，防雷电路124和蓄电池130串联。由于增加了防雷电路124，流过蓄电池130的雷击电流大为减小。
本实施例中的防雷电路124具体为防雷电感，添加该防雷电感后流过蓄电池130的雷击电流大为减小；同时，该防雷电感的感抗远大于蓄电池内阻，由此在蓄电池130两端所分残压也大为减小，这样也增强了系统的防雷能力。此外，也可于充电电路121、放电电路123分别串联防雷电感，以进一步改善防雷能力。
参见图5，示出本发明蓄电池的电路原理框图。该蓄电池130包括蓄电池本体131、电池管理模块132、数据总线133、辅助供电总线135以及辅助充电控制线134，其中蓄电池本体131的正极和负极分别与电池管理模块132相连接。进一步说明如下。
图5中，该电池管理模块132包括与蓄电池本体131的正极和负极分别相连接的检测控制单元1321以及与蓄电池本体131的正极和负极分别相连接的辅助充电单元1322，检测控制单元201与辅助充电单元202相连接；数据总线133与检测控制单元 1321相连接；辅助供电总线135与辅助充电单元1322相连接；辅助充电控制线134与检测控制单元1321的输出端相连接；检测控制单元1321，用于实时检测蓄电池本体131的运行状态，当蓄电池本体131的实时电压小于阈值电压时，由辅助充电单元1322通过辅助供电总线135对蓄电池本体131进行充电。
本实施例中，检测控制单元1321可以检测蓄电池本体131的状态，并在辅助充电单元1322的协调作用下对该蓄电池本体131进行充放电操作，从而使得蓄电池整体都保持在理想的电压平衡状态。这样既可以使蓄电池保持活性，又可以达到电压平衡的状态，不至于出现过充或欠充的状态，由此提高了蓄电池的寿命。
参见图6，示出本发明的逆变电路。该逆变电路140包括功率管驱动芯片，该功率管驱动芯片接至微处理器电路(MCU/DSP)，以便根据微处理器电路输出的脉冲宽度调制信号，驱动对应的功率管交替导通和关断。具体的，所述的逆变电路140包括六个功率管Q1～Q6，这六个功率管分成三组，每组功率管控至一相交流输出。
各个功率管的具体连接方式是：功率管Q1、Q2、Q3的源极共同接直流电源的一端，功率管Q4、Q5、Q6的漏极共同接直流电源的另一端，功率管Q1的漏极和功率管Q4的源极连接供电转换装置的U相端子，功率管Q2的漏极和功率管Q5的源极供电转换装的V相端子，功率管Q3的漏极和功率管Q6的源极供电转换装的W相端子；功率管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6的栅极分别接功率管驱动芯片的一个输出端，该功率管驱动芯片的各个输入端分别受微处理器电路的输出脉冲宽度调节信号PWM1、PWM2、PWM3、PWM4、PWM5、PWM6中的一路控制。该六个功率管Q1～Q6的的源极和漏极之间对应接入二极管D1～D6。
开机时，微处理器根据设定的风机转速产生相应的6路脉冲宽度调制信号，即驱动信号PWM1～PWM6；通过功率管驱动芯片驱动逆变器140的6个 功率管(MOSFET或IGBT)Q1～Q6；这些功率管的交替导通和关断，产生三相调制波形，输出电压可调、频率可变的三相交流电，输入至供电转换装置300。
参见图7，示出本发明控制模块的电气原理框图。该控制模块400的主回路中，三相电源输入线L1、L2、L3经主回路断路器QF1、交流接触器KM接至风机500的三相电机的电机线U1、V1、W1；控制回路中，控制回路断路器QF2的输入端接三相电源输入线L2、L3，控制回路断路器QF2的一输出端接交流接触器KM线圈的一个接线端，控制回路断路器QF2的另一个输出端经点动按钮SB(1-3)接交流接触器KM线圈的另一个接线端。按下点动按钮SB，交流接触器KM线圈得电吸合，交流接触器KM的三相主触点闭合，电机得电运转，拖动设备工作。按住点动按钮SB的时间即为电机点动运转时间。松开点动按钮SB，交流接触器KM线圈断电释放，交流接触器KM的三相主触点断开，电机失电停止运转，拖动设备停止。
本实施例中为了使雷电电流安全流过，各电路元件之间均通过屏蔽电缆连接，其接线端用螺钉固定，以下进一步说明。
参见图8，表示屏蔽电缆800的接地方式。该屏蔽电缆800由电缆芯线及电缆屏蔽层构成，该电缆屏蔽层包裹住电缆芯线以降低电磁干扰。
图8示出屏蔽电缆800在供电转换装置300和控制模块400之间的接线方式，该屏蔽电缆800靠近供电转换装置300的一端电缆屏蔽层通过第一接地元件600接地，屏蔽电缆800靠近控制模块400的另一端电缆屏蔽层直接接地。
在实际电力系统中，屏蔽电缆800的长度一般大于20m，因此可使第一接地元件600接于距供电端4m～6m的位置。该第一接地元件600可为接地电阻，具体类型可为氧化锌压敏电阻等(当然也可为其它元件)。该接地电阻的阻值与屏蔽电缆800的电缆屏蔽层的等效电阻相等，也可以依据实际情况另行选取。
风机500和控制模块400之间的接地可参照上述方式，即：屏蔽电缆800靠近控 制模块400的一端电缆屏蔽层通过第二接地元件700接地，屏蔽电缆800靠近风机500的另一端电缆屏蔽层直接接地。
此实施例中，控制模块400和供电转换装置300之间，风机500和控制模块400之间的屏蔽电缆800采用了二点接地方案，因而仍然保持了传统二点接地方案的良好抗干扰效果；由于屏蔽电缆800靠近供电转换装置300的一端电缆屏蔽层通过接地元件接地，有利于对接地电流或干扰限流，由此避免了地电流或干扰过大时烧毁屏蔽层的危险，同时也可以达到较好地电磁兼容效果，而且不会引起负面天线效应。
参见图9，表示屏蔽电缆的具体结构。该屏蔽电缆800的外保护层801内设置有多根芯线805，其中每根芯线包裹有内保护层803；特别地，外保护层内801层设置有电缆屏蔽层802，内保护层803的内侧设置有芯线屏蔽层804。
由于屏蔽电缆800的芯线及电缆自身均设置屏蔽层，可以抑制芯线之间的干扰及外界的干扰，具体而言：屏蔽电缆的芯线均设计了芯线屏蔽层，有利于抑制芯线之间产生的电磁辐射、静电耦合和电磁感应；电缆自身设置电缆屏蔽层，有利于抑制外部的电磁干扰；这两方面因素，较好地消除了动力系统屏蔽电缆所产生的干扰，有利于保证数据的准确性。
优选地，电缆屏蔽层802和芯线屏蔽层804的两端分别接地，以便有效降低干扰源。较优地，是使电缆屏蔽层802和芯线屏蔽层804靠近供电转换装置300的一端通过第一接地元件600接地，电缆屏蔽层802和或芯线屏蔽层804靠近风机500的一端直接接地。
参见图10a～图10b，示出本发明风机叶轮结构。该风机叶轮包括左、右端板522(图中仅示出一端)和多片叶片521，其中：左、右端板522分别固定在一转轴(图未示出)上；所有叶片521，它们分别沿转轴的轴向分布且夹设在左、右端板522之间。特别地，叶片521垂直于转轴的横截面缘纵向弯成曲线状(优选为弯成圆弧状)，且叶片521厚度自叶片根部到叶片尾部逐渐缩 小，有利于保持较好的气动特性和较好的结构强度。该风机叶轮改善了叶片结构，具体是在叶片后缘外侧表面和/或叶片的前缘外侧上设置叶片小凹坑或叶片锯齿，使得气流流经叶片后缘时产生的漩涡打碎，从而有效地减少流阻，减少振动和噪声，提高风机效率。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。