(三墾力達電氣（江陰）有限公司)李魁民、王宇、李艷、顧寧、錢(qián)夕鋒

一、 前言
    由于電力電子器件、微計算機芯片的快速更新，為變頻器產(chǎn)品的發(fā)展提供了良好的基礎，變頻器的用途越來(lái)越廣泛，變頻器的體積越來(lái)越小、功能越來(lái)越強、價(jià)格越來(lái)越為用戶(hù)所接受。尤其是小容量的變頻器，在性能可靠、功能滿(mǎn)足要求的前提下，外型的小型化、低價(jià)格顯得越來(lái)越重要。

    三墾最新迷你型變頻器SAMCO-e是針對用戶(hù)這一需求而開(kāi)發(fā)、研制的高性能、多功能、靜音式、迷你型變頻器，它具有自動(dòng)節能功能、標準的RS-485通訊功能、V/f分離功能等多種功能；結構設計合理、主電路采用上進(jìn)下出的電源配線(xiàn)方式、控制基板采用防濕處理技術(shù)，可適應惡劣的環(huán)境、操作方便，較好地實(shí)現了變頻器的小型化特點(diǎn)。

二、 SAMCO-e系列迷你型變頻器的主要功能
    SAMCO-e系列迷你型變頻器是在三墾變頻器SAMCO-Vm05的基礎上開(kāi)發(fā)設計的，他對SAMCO-Vm05的功能進(jìn)行了嚴格的篩選，保留了主要的實(shí)用功能，對小容量變頻器用不到的一些功能進(jìn)行了刪減，并增加了操作面板電位器調節功能、內置制動(dòng)單元等功能，使之更具通用性與實(shí)用性。

1、標準內置PID控制功能
    SAMCO-e系列迷你型變頻器中標準內置PID控制功能，并提供了兩種模擬量信號的給定或反饋通道：VRF（0―5V或0―10V電壓給定或反饋信號）、IRF（4―20mA標準電流給定或反饋信號），使閉環(huán)控制非常方便。PID結構框圖如下圖所示，采樣周期為10ms。

圖1、SAMCO-e的PID控制器結構圖

    圖中：P為比例增益，可通過(guò)Cd122功能碼設定；I為積分增益，可通過(guò)Cd123功能碼設定；D為微分增益，可通過(guò)Cd124設定；Ts為采樣周期10ms；Tf為反饋濾波時(shí)間，可通過(guò)Cd125設定。

   PID控制的傳遞函數如下：G（S）=Fo/Fe=P+1/（S?Ts）+S?Ts?D

2、V/f分離控制功能
    在某些應用場(chǎng)合或對于某些特殊電機（如直線(xiàn)電機或力矩電機）的應用，傳統的V/f=常數的控制方式已不能達到控制要求。SAMCO-e系列迷你型變頻器在V/f控制的基礎上采用V/f分離技術(shù)，可以實(shí)現V/f比例分離控制及V/f完全分離控制，從而拓寬了通用變頻器在特種場(chǎng)合或特種電機上的應用領(lǐng)域。

（1） V/f比例分離控制：V/f比例分離是在通常的V/f圖形中通過(guò)變頻器的外部控制端子VRF輸入的模擬電壓指令VVRF（0―10V），將對應當前頻率的電壓指令Vin進(jìn)行增益，從而給變頻器發(fā)出輸出電壓指令，保持頻率指令與電壓指令的新的比例關(guān)系，VRF的控制公式如下式所示：Vout=Vin+(VVRF-5V)/5V?Vin

    式中：Vin為通常V/f控制時(shí)的輸出電壓指令；Vout為調節后的輸出電壓指令；VVRF為VRF端子輸入的模擬電壓值（0V―10V）。

（2） V/f完全分離控制：即頻率指令與輸出電壓指令完全獨立，不論在什么輸出頻率下，輸出電壓完全根據基準電壓值通過(guò)外部控制端子VRF的模擬輸入值VVRF（0―10V）進(jìn)行控制。VRF端子輸入的控制電壓與變頻器輸出電壓的關(guān)系如下：Vout=Vbase☓VVRF/10V

    式中：Vout為變頻器的輸出電壓指令；Vbase為基準電壓值；VVRF為VRF端子輸入的模擬電壓值。

    此技術(shù)實(shí)現了在變頻器輸出頻率固定的基礎上，輸出電壓的連續可調節。這對于力矩電機的控制是很有效的。

3、自動(dòng)節能功能
    采用變頻器實(shí)現節能控制是變頻器的主要應用之一，尤其是在風(fēng)機、水泵類(lèi)負載的控制及應用上，運行頻率的下降將取得非常良好的節能效果，這已被用戶(hù)廣泛地接受。

    SAMCO-e的節能控制技術(shù)，不是指以上通過(guò)降低頻率運行而實(shí)現的節能，它是通過(guò)在V/f控制模式下對負載情況的檢測，合理地自動(dòng)調節變頻器的輸出電壓，從而進(jìn)一步地提高電機的運行效率，達到節能的目的。自動(dòng)節能控制時(shí)的輸出電壓控制如下圖所示：

圖2、自動(dòng)節能控制輸出電壓自動(dòng)調節過(guò)程

    采用自動(dòng)節能控制功能，在電機負載率較小時(shí)可以取得良好的節能效果。

4、標準RS485通訊功能
    SAMCO-e系列變頻器中內置了RS485通訊接口，通過(guò)一臺計算機可以實(shí)現對32臺變頻器的控制?？刂苾热菘梢允亲冾l器的運轉、停止、頻率設定、監視運轉狀態(tài)、讀取功能代碼及設定代碼等。

5、其它控制功能
（1） 操作面板標準配置調節頻率用電位器，可通過(guò)操作面板上的電位器直接進(jìn)行頻率設定。
（2） 標準配置連接直流電抗器用端子。
（3） 內置制動(dòng)單元，在發(fā)生電機能量反饋的場(chǎng)合使用更方便。
（4） 具有6路外部輸入多功能控制端子及1路模擬量輸出控制端子，可以通過(guò)設定代碼選擇各種控制功能。
（5） 數據復制功能：采用SAMCO-Vm05的操作面板可以對SAMCO-e系列變頻器進(jìn)行參數設定，同時(shí)可以將設定值存貯在此塊操作面板中，將這塊操作面板安裝在其它SAMCO-e系列變頻器上通過(guò)設定一個(gè)代碼即可將所有已設定的數據復制給其它變頻器，從而極大地減小了相同參數設定的工作量。
（6） 變更數據查詢(xún)功能：目前變頻器的功能代碼越來(lái)越多，要在幾百個(gè)代碼中確認已設定的代碼值成為一件非常煩瑣的事，SAMCO-e系列變頻器具有變更數據查詢(xún)功能，只要設定一個(gè)代碼就可以查詢(xún)出所有與出廠(chǎng)值不同的代碼及數值。
（7） 多種保護功能：SAMCO-e系列具有過(guò)電流、過(guò)載、欠壓、過(guò)壓、輸入輸出缺相等多種保護功能，從而使變頻器更可靠。

三、 SAMCO-e系列的結構及硬件設計
    SAMCO-e系列變頻器主要由操作面板、控制電路、驅動(dòng)電路、和主電路構成，外殼及安裝結構采用抗油性塑料結構。在器件的選型及安全距離上采用CE標準的要求進(jìn)行設計。

1、SAMCO-e系列的結構設計
    作為迷你型變頻器，結構設計是非常重要的。SAMCO-e采用了3維CAD設計軟件（CATIA）對塑料外殼及安裝結構的3維立體結構進(jìn)行同時(shí)立體設計，盡量的減少多余的不必要空間及安裝螺絲的數量，從而有效地使變頻器的體積小型化并有效地減少了生產(chǎn)時(shí)的工時(shí)。

    變頻器的散熱采用外部強制風(fēng)冷的設計方法，根據IPM的溫度特性，對鋁散熱器進(jìn)行散熱仿真，從而進(jìn)行了散熱器的結構優(yōu)化，采用散熱片片距與片高高比例的方法，使之在充分滿(mǎn)足散熱條件的前提下體積及重量縮小化。

    采用CATIA進(jìn)行結構設計的略圖如下圖所示：

                                     圖3、SAMCO-e的結構略圖
   
2、SAMCO-e的主電路設計
   SAMCO-e的主電路原理框圖如圖4所示：

      圖4、SAMCO-e的主電路框圖

    主功率器件采用內含整流、制動(dòng)單元及逆變橋的小型功率模塊。在外部主電路接線(xiàn)的設計上采用上進(jìn)、下出的方式。所有機種均標準配置有X1、X端子，用于連接改善功率因素用選購件直流電抗器DCL。由于內置制動(dòng)單元，因此在需要使用制動(dòng)電阻的場(chǎng)合，只要將制動(dòng)電阻直接連接至P、PR端子即可。

3、SAMCO-e的控制電路設計
    SAMCO-e的控制電路原理框圖如圖5所示。它由微處理器CPU、存貯器、通訊控制器件、驅動(dòng)電路接口、外部輸入輸出接口電路等組成。

                             圖5、SAMCO-e的控制電路框圖

    SAMCO-e采用32位80PIN的小型封裝RISC芯片作為CPU，主時(shí)鐘采用7.1MHZ晶振。此RISC具有強大的功能，可直接產(chǎn)生PWM控制波形而無(wú)需專(zhuān)用的LSI，從而實(shí)現了控制電路的精減化及小型化。

4、操作面板的電路設計
    操作面板電路原理框圖如圖6所示。它由調節頻率用電位器、按鈕開(kāi)關(guān)電路、四個(gè)7段LED顯示電路及二個(gè)8位的移位寄存器組成。

                            圖6、操作面板電路原理框圖

    操作面板中不含CPU，其數據、指令的發(fā)送及讀取均是通過(guò)主控板的CPU來(lái)完成的。操作面板與主控板的連接采用8PIN的RJ45接口，操作回路的控制采用時(shí)鐘同步式串行通訊方式實(shí)現。

    操作面板上的電位器可直接進(jìn)行頻率控制的設定。同時(shí)也可以將操作面板通過(guò)延長(cháng)線(xiàn)引出或采用SAMCO-Vm05系列變頻器的操作面板進(jìn)行參數設定及控制。

四、 小結
    SAMCO-e系列變頻器是在SAMCO-Vm05高性能通用型變頻器基礎上由日本三墾電氣株式會(huì )社最新開(kāi)發(fā)研制的新一代迷你型變頻器，其在功能上繼承了SAMCO-Vm05的實(shí)用性，在結構及電路設計上采用三維立體設計技術(shù)及新型小型電力電子器件及CPU，從而使結構緊湊、電路簡(jiǎn)捷、可靠性高，較好地實(shí)現了變頻器的外型小型化。

參考文獻：
[1]《高性能迷你型變頻器SAMCO-e使用說(shuō)明書(shū)》，三墾力達電氣（江陰）有限公司。
[2]Soga Yasunori, Seiichiro Sato etc. “Small General Purpose Inverter SAMCO-e” ，日本三墾電氣株式會(huì )社技報，2003。