1.引言
當(dāng)前，在中國大陸市場(chǎng)的變頻器品牌大致有將近70多種，各種變頻器品牌都有其自身的市場(chǎng)和應(yīng)用環(huán)境，而Vacon變頻器從其開始生產(chǎn)以來，就一直以能適應(yīng)各種惡劣環(huán)境和保護(hù)功能齊全而著稱，在許多場(chǎng)合應(yīng)用以來，受到了用戶的廣泛贊譽(yù)。本文將詳細(xì)介紹，Vacon變頻器是如何做到能適應(yīng)各種特殊環(huán)境要求，達(dá)到高性能的要求的。
2. 可信賴的技術(shù)
Vacon變頻器的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)是依據(jù)國際市場(chǎng)的使用標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，基于Vacon設(shè)計(jì)人員的多年專業(yè)技術(shù)及豐富經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)而成，并采用大規(guī)模、集成化生產(chǎn)而成，目前的年生產(chǎn)能力為20萬臺(tái)，產(chǎn)品范圍包括CX和NX系列，功率范圍為0.2KW~3000KW的低壓變頻器。
Vacon 變頻器具有嚴(yán)格的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，其測(cè)試流程如圖1所示：

圖1 Vacon變頻器測(cè)試流程
從圖1，可以看出Vacon變頻器的測(cè)試需要經(jīng)過合作伙伴、元器件供應(yīng)商的產(chǎn)品測(cè)試，在裝配之前還需經(jīng)過裝配和外觀檢測(cè)，裝配完成之后需經(jīng)過高壓測(cè)試、功能檢測(cè)和拷機(jī)等嚴(yán)格操作，并在每一步測(cè)試過程中都將根據(jù)變頻器的序列好，記錄各項(xiàng)測(cè)試數(shù)據(jù)，記錄和跟蹤所有主要器件的測(cè)試數(shù)據(jù)。
為了提高產(chǎn)品的可靠性，Vacon變頻器在設(shè)計(jì)時(shí)就力爭(zhēng)使用最佳和最少的元器件供應(yīng)廠商和合作廠商，減少產(chǎn)品因?yàn)槠骷蛩a(chǎn)生的故障。Vacon變頻器的設(shè)計(jì)壽命為在每天24小時(shí)工作，100%負(fù)載和最大環(huán)境溫度情況下，工作時(shí)間為50000小時(shí)，并且所達(dá)到的平均無故障工作時(shí)間（MTBF）為500000小時(shí)。為了達(dá)到上述的高可靠性工作，Vacon變頻器在散熱片的設(shè)計(jì)、散熱風(fēng)機(jī)的選擇以及直流橋電容等，都具有獨(dú)到的設(shè)計(jì)和產(chǎn)品選擇標(biāo)準(zhǔn)。
同時(shí)為了提高產(chǎn)品的可靠性，提高元器件供應(yīng)廠商和合作廠商產(chǎn)品的可靠性，減少用戶的備件量，降低現(xiàn)場(chǎng)的維修時(shí)間，Vacon產(chǎn)品采用了高度的模塊化結(jié)構(gòu)，使同類型、同型號(hào)、同體積的變頻器都采用相同的控制面板、控制板、功率板，以及相同的電流檢測(cè)板等，也由于采用了高度的模塊化結(jié)構(gòu)以及許多器件的通用性，使合作廠商在生產(chǎn)相同型號(hào)產(chǎn)品時(shí)能完全有時(shí)間和經(jīng)歷提高產(chǎn)品部件的可靠性，降低了變頻器部件的備件量和備貨時(shí)間，加快了變頻器的訂貨和生產(chǎn)周期，同時(shí)也有利于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
Vacon變頻器在達(dá)到完全模塊化生產(chǎn)的同時(shí)，還采用了相同的I/O結(jié)構(gòu)，減輕了設(shè)計(jì)用戶的設(shè)計(jì)量，也方便了用戶的維修。
3. 全內(nèi)置交流電抗器

圖2 Vacon CX系列變頻器原理框圖
Vacon CX變頻器的原理框圖如圖2所示，在變頻器內(nèi)部都內(nèi)置了交流電抗器，該交流電抗器可以從電網(wǎng)電壓到整流橋的瞬間電壓波動(dòng)了，保護(hù)變頻器的整流部分，同時(shí)也抑制了部分由于6相整流所產(chǎn)生的部分諧波電流對(duì)電網(wǎng)的影響，改善了輸入到變頻器的電流波形。
Vacon 變頻器所內(nèi)置采用交流電抗器的電抗因素>4%，使得在6相整流時(shí)的總諧波電流（THD）小于35%，該諧波電流值大大小于其他內(nèi)置交流電抗器或直流電抗器的變頻器廠家，減小了由于諧波電流所產(chǎn)生的諧波電壓，減小了對(duì)同電源系統(tǒng)中的其他系統(tǒng)的影響。另外Vacon所提供的四象限運(yùn)行變頻系統(tǒng)（CXR）的總諧波電流值可小于4%。
4. 先進(jìn)的控制模式
Vacon 變頻器的控制模式為轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定位的模糊矢量控制，其控制框圖如圖3所示：

圖3 Vacon變頻器的模糊矢量控制框圖
Vacon 變頻器的矢量計(jì)算采用了特殊的矢量計(jì)算和電機(jī)集成控制芯片，采用該控制芯片，大大提高了Vacon變頻器的矢量計(jì)算速度，減小了應(yīng)用程序芯片的計(jì)算時(shí)間，使得Vacon變頻器在相同結(jié)構(gòu)的情況下，通過下載不同的應(yīng)用軟件和不同系統(tǒng)軟件，具有頻率控制、開環(huán)速度、開環(huán)轉(zhuǎn)矩控制、閉環(huán)速度控制、閉環(huán)轉(zhuǎn)矩控制、高級(jí)開環(huán)速度控制、高級(jí)開環(huán)頻率控制和高級(jí)開環(huán)轉(zhuǎn)矩等多種控制方式，使得Vacon變頻器完完全全成為可編程的矢量變頻器，減少了用戶在變頻器選型時(shí)的型號(hào)考慮。
由于內(nèi)置了Vacon獨(dú)有的矢量計(jì)算和電機(jī)集成控制芯片，在相同的硬件結(jié)構(gòu)情況下，可以達(dá)到輸出最高頻率7200Hz，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)時(shí)間為小于10ms（NXP小于3ms），閉環(huán)速度精度為0.01%~0.03%，閉環(huán)可控轉(zhuǎn)矩為200%，開環(huán)時(shí)的速度精度為0.5%，開環(huán)低頻可控轉(zhuǎn)矩為125%。
另外由于采用了電機(jī)集成控制芯片，Vacon變頻器所提供的斬波頻率為1~16KHz連續(xù)可調(diào)，在實(shí)際使用時(shí)可以大大降低電機(jī)噪音和損耗。
5．齊全的保護(hù)功能
為了適應(yīng)特殊的惡劣環(huán)境，達(dá)到高性能的要求，Vacon變頻器具有如下保護(hù)功能：過流保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓保護(hù)、過壓保護(hù)、失速保護(hù)、欠載保護(hù)、變頻器低溫/過熱保護(hù)、電機(jī)過熱保護(hù)、輸入/輸出相保護(hù)等齊全的保護(hù)功能。
5.1 過流保護(hù)
Vacon變頻器過載最大電流為1.5ICT，每10分鐘1分鐘，或2.5ICT，每20秒2秒，上述時(shí)間均為100%電壓輸出時(shí)的累計(jì)時(shí)間。瞬間過流保護(hù)的跳閘極限為4ICT。
Vacon變頻器之所以有如此大的過流和跳閘電流極限是因?yàn)椋篤acon變頻器所采用的功率器件都為德國西門康公司的功率模塊，在變頻器的功率模塊設(shè)計(jì)和選型也為變頻器流有較大余量，另外Vacon變頻器的強(qiáng)制散熱以及獨(dú)到的散熱回路設(shè)計(jì)也是有較大過載能力和跳閘極限的有力保證。
5.2 接地保護(hù)
由于Vacon變頻器采用了三相電流檢測(cè)（見圖2），因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流的檢測(cè)值，計(jì)算三相輸出電流之和，較快地判斷變頻器的是否接地，達(dá)到接地保護(hù)的功能。
5.3 欠壓/過壓保護(hù)
Vacon變頻器所提供的欠壓跳閘極限為0.65Un，過壓跳閘極限為1.47Un(當(dāng)Un=380V時(shí))。因?yàn)閂acon變頻器時(shí)根據(jù)直流橋上的電壓值來判斷欠壓和過壓跳閘極限，因此對(duì)于集中型號(hào)的變頻器跳閘時(shí)的電壓值如下表所示：


由于Vacon變頻器內(nèi)部具有欠壓控制器和過壓控制器，當(dāng)這些參數(shù)設(shè)置為1時(shí)，當(dāng)直流橋電壓較低（—15%）時(shí)，欠壓控制器工作，輸出頻率減小；當(dāng)直流橋電壓較高（+10%）時(shí)，過壓控制器工作，輸出頻率增加。
變頻器上電時(shí)，直流橋電壓高于所設(shè)電源電壓的1.15倍時(shí)，充電過程將結(jié)束，變頻器檢測(cè)如果沒有其他故障，變頻器將輸出Ready信號(hào)，變頻器準(zhǔn)備運(yùn)行。
特殊情況下，Vacon變頻器可以編制特殊的應(yīng)用軟件，以達(dá)到在上述直流橋電壓范圍內(nèi)，變頻器仍可驅(qū)動(dòng)電機(jī)運(yùn)行。
5.4 失速保護(hù)
Vacon變頻器的失速保護(hù)可保護(hù)電機(jī)不受短時(shí)過載情況的危害，如電機(jī)軸受阻失速，且失速保護(hù)可比電機(jī)熱保護(hù)更快。Vacon變頻器的失速保護(hù)由兩個(gè)參數(shù)確定，及失速電流和失速頻率。當(dāng)變頻器的輸出電流大于失速電流且輸出頻率小于失速頻率時(shí)，變頻器將判斷為失速保護(hù)。
5.5 欠載保護(hù)
Vacon變頻器為了確保電機(jī)在運(yùn)行時(shí)帶有負(fù)載，如電機(jī)運(yùn)行時(shí)的皮帶斷裂或水池干涸等，都有可能出現(xiàn)電機(jī)的欠載問題。Vacon變頻器的欠載保護(hù)可以及時(shí)報(bào)警不正常的工作情況，保護(hù)系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。
5.6 變頻器低溫/過熱保護(hù)
Vacon變頻器的低溫保護(hù)極限為—10OC，NX變頻器的過熱報(bào)警溫度為85OC，過熱故障溫度為90OC，CX變頻器的過熱報(bào)警溫度為70OC，過熱故障溫度為75OC。
變頻器的低溫和過熱溫度都是指變頻器的散熱片溫度，因?yàn)樽冾l器無法測(cè)得外部環(huán)境溫度，而IGBT的上下橋臂的開關(guān)特性與溫度有極大的關(guān)系，如果超過上述溫度，將導(dǎo)致需要關(guān)斷的橋臂不能及時(shí)關(guān)斷或需要打開的橋臂提前打開等，這些將導(dǎo)致IGBT的上下橋臂有可能直通，對(duì)變頻器的危害極大，因此Vacon變頻器對(duì)散熱片的設(shè)計(jì)和斬波頻率的設(shè)計(jì)等融入他們多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。
5.7 輸入/輸出相保護(hù)
Vacon變頻器的輸入/輸出相保護(hù)，可以保護(hù)功率模塊的任何一個(gè)橋臂不會(huì)因?yàn)槠渌嗟娜毕喽鴮?dǎo)致別的相過流，導(dǎo)致變頻器的損壞。
6. 特殊應(yīng)用環(huán)境設(shè)計(jì)
Vacon變頻器針對(duì)不同的特殊環(huán)境，采取了全金屬外殼、特殊涂層、內(nèi)置制動(dòng)斬波器、可選IP54防護(hù)等，滿足了各種惡劣環(huán)境以及特殊環(huán)境的適應(yīng)要求。
6.1 全金屬功率部分外殼
功率部分主要時(shí)包括變頻器的整流、逆變以及內(nèi)部電源、驅(qū)動(dòng)等部分。
Vacon變頻器的功率部分采用全金屬的外殼結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以屏蔽外部諧波及外部磁場(chǎng)對(duì)變頻器的干擾，同時(shí)也可以屏蔽變頻器內(nèi)部的高次諧波對(duì)外部設(shè)備的干擾。
6.2 特殊涂層
Vacon變頻器的所有PCB板，都可以根據(jù)外部環(huán)境的要求，加噴不同的涂層，防止外部腐蝕性氣體對(duì)PCB的腐蝕。
6.3 內(nèi)置制動(dòng)斬波器
Vacon變頻器內(nèi)置了制動(dòng)斬波器，減小了安裝的尺寸。
Vacon變頻器內(nèi)置的制動(dòng)斬波器，可以提供100%的制動(dòng)力矩。
6.4 IP54防護(hù)等級(jí)
Vacon變頻器所提供的IP54防護(hù)等級(jí)可以用于外部灰塵較大，以及有水濺的許多惡劣環(huán)境，且其尺寸較小。
6.5 抗振動(dòng)性
對(duì)于起重機(jī)，變頻器的抗振動(dòng)性特別重要。
Vacon變頻器在運(yùn)行過程中，能抵抗的振動(dòng)頻率為2~9Hz，最大振幅為3mm，完全滿足IEC721-3-3振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
8. 可編程變頻器
Vacon 變頻器除了上述的特性以外，還具有滿足IEC61131-3的編程軟件，該編程軟件具有與變頻器硬件接口的接口文件，并且提高大至2M空間的用戶程序空間，程序最短掃描時(shí)間為1ms，采用分時(shí)復(fù)用的操作系統(tǒng)方式，完全具備根據(jù)用戶要求，提供更高性能和更快響應(yīng)的特殊程序。


9.結(jié)論
變頻器的應(yīng)用越來越廣泛，但是對(duì)于許多特殊應(yīng)用的場(chǎng)合，惡劣的環(huán)境，系統(tǒng)響應(yīng)快的地方必須要求高性能的變頻器，并且用戶對(duì)于變頻器的可靠要求也越來越高，Vacon將一如既往從用戶的具體要求出發(fā)，針對(duì)特殊的應(yīng)用環(huán)境和特殊的使用要求，為用戶提供高性能、價(jià)