1.引言
當前，在中國大陸市場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)境和保護功能齊全而著稱，在許多場合應(yīng)用以來，受到了用戶的廣泛贊譽。本文將詳細介紹，Vacon變頻器是如何做到能適應(yīng)各種特殊環(huán)境要求，達到高性能的要求的。
2. 可信賴的技術(shù)
Vacon變頻器的設(shè)計和生產(chǎn)是依據(jù)國際市場的使用標準和規(guī)范，基于Vacon設(shè)計人員的多年專業(yè)技術(shù)及豐富經(jīng)驗設(shè)計而成，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，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 變頻器具有嚴格的測試標準，其測試流程如圖1所示：

圖1 Vacon變頻器測試流程
從圖1，可以看出Vacon變頻器的測試需要經(jīng)過合作伙伴、元器件供應(yīng)商的產(chǎn)品測試，在裝配之前還需經(jīng)過裝配和外觀檢測，裝配完成之后需經(jīng)過高壓測試、功能檢測和拷機等嚴格操作，并在每一步測試過程中都將根據(jù)變頻器的序列好，記錄各項測試數(shù)據(jù)，記錄和跟蹤所有主要器件的測試數(shù)據(jù)。
為了提高產(chǎn)品的可靠性，Vacon變頻器在設(shè)計時就力爭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)品因為器件原因所產(chǎn)生的故障。Vacon變頻器的設(shè)計壽命為在每天24小時工作，100%負載和最大環(huán)境溫度情況下，工作時間為50000小時，并且所達到的平均無故障工作時間（MTBF）為500000小時。為了達到上述的高可靠性工作，Vacon變頻器在散熱片的設(shè)計、散熱風機的選擇以及直流橋電容等，都具有獨到的設(shè)計和產(chǎn)品選擇標準。
同時為了提高產(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)場的維修時間，Vacon產(chǎn)品采用了高度的模塊化結(jié)構(gòu)，使同類型、同型號、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)相同型號產(chǎn)品時能完全有時間和經(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間，加快了變頻器的訂貨和生產(chǎn)周期，同時也有利于降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。
Vacon變頻器在達到完全模塊化生產(chǎn)的同時，還采用了相同的I/O結(jié)構(gòu)，減輕了設(shè)計用戶的設(shè)計量，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了，保護變頻器的整流部分，同時也抑制了部分由于6相整流所產(chǎn)生的部分諧波電流對電網(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所提供的四象限運行變頻系統(tǒng)（CXR）的總諧波電流值可小于4%。
4. 先進的控制模式
Vacon 變頻器的控制模式為轉(zhuǎn)子磁場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 變頻器的矢量計算采用了特殊的矢量計算和電機集成控制芯片，采用該控制芯片，大大提高了Vacon變頻器的矢量計算速度，減小了應(yīng)用程序芯片的計算時間，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、高級開環(huán)速度控制、高級開環(huán)頻率控制和高級開環(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的型號考慮。
由于內(nèi)置了Vacon獨有的矢量計算和電機集成控制芯片，在相同的硬件結(jié)構(gòu)情況下，可以達到輸出最高頻率7200Hz，閉環(huán)轉(zhuǎn)矩的響應(yīng)時間為小于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)，在實際使用時可以大大降低電機噪音和損耗。
5．齊全的保護功能
為了適應(yīng)特殊的惡劣環(huán)境，達到高性能的要求，Vacon變頻器具有如下保護功能：過流保護、接地保護、欠壓保護、過壓保護、失速保護、欠載保護、變頻器低溫/過熱保護、電機過熱保護、輸入/輸出相保護等齊全的保護功能。
5.1 過流保護
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，上述時間均為100%電壓輸出時的累計時間。瞬間過流保護的跳閘極限為4ICT。
Vacon變頻器之所以有如此大的過流和跳閘電流極限是因為：Vacon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)計和選型也為變頻器流有較大余量，另外Vacon變頻器的強制散熱以及獨到的散熱回路設(shè)計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
由于Vacon變頻器采用了三相電流檢測（見圖2），因此變頻器能根據(jù)三相輸出電流的檢測值，計算三相輸出電流之和，較快地判斷變頻器的是否接地，達到接地保護的功能。
5.3 欠壓/過壓保護
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Un=380V時)。因為Vacon變頻器時根據(jù)直流橋上的電壓值來判斷欠壓和過壓跳閘極限，因此對于集中型號的變頻器跳閘時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，當這些參數(shù)設(shè)置為1時，當直流橋電壓較低（—15%）時，欠壓控制器工作，輸出頻率減??；當直流橋電壓較高（+10%）時，過壓控制器工作，輸出頻率增加。
變頻器上電時，直流橋電壓高于所設(shè)電源電壓的1.15倍時，充電過程將結(jié)束，變頻器檢測如果沒有其他故障，變頻器將輸出Ready信號，變頻器準備運行。
特殊情況下，Vacon變頻器可以編制特殊的應(yīng)用軟件，以達到在上述直流橋電壓范圍內(nèi)，變頻器仍可驅(qū)動電機運行。
5.4 失速保護
Vacon變頻器的失速保護可保護電機不受短時過載情況的危害，如電機軸受阻失速，且失速保護可比電機熱保護更快。Vacon變頻器的失速保護由兩個參數(shù)確定，及失速電流和失速頻率。當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，變頻器將判斷為失速保護。
5.5 欠載保護
Vacon變頻器為了確保電機在運行時帶有負載，如電機運行時的皮帶斷裂或水池干涸等，都有可能出現(xiàn)電機的欠載問題。Vacon變頻器的欠載保護可以及時報警不正常的工作情況，保護系統(tǒng)的可靠運行。
5.6 變頻器低溫/過熱保護
Vacon變頻器的低溫保護極限為—10OC，NX變頻器的過熱報警溫度為85OC，過熱故障溫度為90OC，CX變頻器的過熱報警溫度為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，因為變頻器無法測得外部環(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，將導致需要關(guān)斷的橋臂不能及時關(guān)斷或需要打開的橋臂提前打開等，這些將導致IGBT的上下橋臂有可能直通，對變頻器的危害極大，因此Vacon變頻器對散熱片的設(shè)計和斬波頻率的設(shè)計等融入他們多年的設(shè)計經(jīng)驗。
5.7 輸入/輸出相保護
Vacon變頻器的輸入/輸出相保護，可以保護功率模塊的任何一個橋臂不會因為其他相的缺相而導致別的相過流，導致變頻器的損壞。
6. 特殊應(yīng)用環(huán)境設(shè)計
Vacon變頻器針對不同的特殊環(huán)境，采取了全金屬外殼、特殊涂層、內(nèi)置制動斬波器、可選IP54防護等，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
功率部分主要時包括變頻器的整流、逆變以及內(nèi)部電源、驅(qū)動等部分。
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對變頻器的干擾，同時也可以屏蔽變頻器內(nèi)部的高次諧波對外部設(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PCB的腐蝕。
6.3 內(nèi)置制動斬波器
Vacon變頻器內(nèi)置了制動斬波器，減小了安裝的尺寸。
Vacon變頻器內(nèi)置的制動斬波器，可以提供100%的制動力矩。
6.4 IP54防護等級
Vacon變頻器所提供的IP54防護等級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 抗振動性
對于起重機，變頻器的抗振動性特別重要。
Vacon變頻器在運行過程中，能抵抗的振動頻率為2~9Hz，最大振幅為3mm，完全滿足IEC721-3-3振動標準。
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，程序最短掃描時間為1ms，采用分時復(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，但是對于許多特殊應(yīng)用的場合，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