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(三墾力達電氣（江陰）有限公司)李魁民、王宇、李艷、顧寧、錢夕鋒

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

    三墾最新迷你型變頻器SAMCO-e是針對用戶這一需求而開發、研制的高性能、多功能、靜音式、迷你型變頻器，它具有自動節能功能、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、主電路采用上進下出的電源配線方式、控制基板采用防濕處理技術，可適應惡劣的環境、操作方便，較好地實現了變頻器的小型化特點。

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的基礎上開發設計的，他對SAMCO-Vm05的功能進行了嚴格的篩選，保留了主要的實用功能，對小容量變頻器用不到的一些功能進行了刪減，并增加了操作面板電位器調節功能、內置制動單元等功能，使之更具通用性與實用性。

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Cd122功能碼設定；I為積分增益，可通過Cd123功能碼設定；D為微分增益，可通過Cd124設定；Ts為采樣周期10ms；Tf為反饋濾波時間，可通過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
    在某些應用場合或對于某些特殊電機（如直線電機或力矩電機）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，可以實現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合或特種電機上的應用領域。

（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進行增益，從而給變頻器發出輸出電壓指令，保持頻率指令與電壓指令的新的比例關系，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外部控制端子VRF的模擬輸入值VVRF（0―10V）進行控制。VRF端子輸入的控制電壓與變頻器輸出電壓的關系如下：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。

    此技術實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、自動節能功能
    采用變頻器實現節能控制是變頻器的主要應用之一，尤其是在風機、水泵類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，這已被用戶廣泛地接受。

    SAMCO-e的節能控制技術，不是指以上通過降低頻率運行而實現的節能，它是通過在V/f控制模式下對負載情況的檢測，合理地自動調節變頻器的輸出電壓，從而進一步地提高電機的運行效率，達到節能的目的。自動節能控制時的輸出電壓控制如下圖所示：

圖2、自動節能控制輸出電壓自動調節過程

    采用自動節能控制功能，在電機負載率較小時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，通過一臺計算機可以實現對32臺變頻器的控制。控制內容可以是變頻器的運轉、停止、頻率設定、監視運轉狀態、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，可通過操作面板上的電位器直接進行頻率設定。
（2） 標準配置連接直流電抗器用端子。
（3） 內置制動單元，在發生電機能量反饋的場合使用更方便。
（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系列變頻器進行參數設定，同時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系列變頻器上通過設定一個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） 變更數據查詢功能：目前變頻器的功能代碼越來越多，要在幾百個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功能，只要設定一個代碼就可以查詢出所有與出廠值不同的代碼及數值。
（7） 多種保護功能：SAMCO-e系列具有過電流、過載、欠壓、過壓、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維立體結構進行同時立體設計，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時的工時。

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

    采用CATIA進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、制動單元及逆變橋的小型功率模塊。在外部主電路接線的設計上采用上進、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。由于內置制動單元，因此在需要使用制動電阻的場合，只要將制動電阻直接連接至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，主時鐘采用7.1MHZ晶振。此RISC具有強大的功能，可直接產生PWM控制波形而無需專用的LSI，從而實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、按鈕開關電路、四個7段LED顯示電路及二個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、指令的發送及讀取均是通過主控板的CPU來完成的。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鐘同步式串行通訊方式實現。

    操作面板上的電位器可直接進行頻率控制的設定。同時也可以將操作面板通過延長線引出或采用SAMCO-Vm05系列變頻器的操作面板進行參數設定及控制。

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社最新開發研制的新一代迷你型變頻器，其在功能上繼承了SAMCO-Vm05的實用性，在結構及電路設計上采用三維立體設計技術及新型小型電力電子器件及CPU，從而使結構緊湊、電路簡捷、可靠性高，較好地實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使用說明書》，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社技報，2003。