SDVF系列小功率通用变频器

贺明智  黄念慈

(四川大学电气信息学院， 成都 610065)

摘  要：本文介绍了一种采用专用SPWM控制芯片(ASIC)及智能功率模块(IPM)构成的性价比很高的小功率通用变频器及其应用。

关键字： 通用变频器

1  概  述

电能中有约50%用于驱动电机。几十年来，由于电力电子技术突飞猛进的发展，交流变频调速已上升为电气传动的主流，正越来越多地取代传统的直流调速传动。且从性价比的角度来看，交流变频调速装置已经优于直流调速装置。

异步电机的变频调速不仅可以实现平滑调节，还有着许多其它交流调速系统不可比拟的优点：交流变频调速在频率范围、动态响应、调速精度、低频转矩、转差补偿、通讯功能、智能控制、功率因数、工作效率、使用方便等方面是其它的交流调速方式难以达到的，它以体积小、重量轻、通用性强、保护功能完善、可靠性好、操作简便等优点，深受钢铁、冶金、矿山、石油、石化 、化工、医药、纺织、机械、电力、轻工、造纸、印刷、卷烟、自来水等行业的欢迎，社会效益非常显著。

变频调速虽然在各个方面有其优势，但其早期昂贵的造价和可靠性问题使许多用户望而却步。降低造价和提高可靠性一直是交流变频调速的重要课题。

本文针对一般小功率交流异步电动机变频调速的要求，充分利用最新微电子技术成果的高集成度的专用SPWM控制芯片和智能功率模块开发了一种新型通用变频器。整机结构简洁，材料成本最低约为350元，具有比较完善的功能，满足了空调、洗衣机等家电及小型纺织、塑料加工等工业的自动化生产线对变频器低成本、高可靠性、高性能的要求，并已经在广东、江苏等多家生产和得到应用。

2  系统介绍

我们开发的SDVF系列小功率通用变频器系统构成框图如下：

图1  SDVF系列变频器的结构框图

SA866是专用于交流异步电机的SPWM控制的一款集成电路。它除了能产生合乎要求的SPWM脉冲外，还集成了完备的过流、过压、欠压保护功能，并可在紧急情况如短路、过载时快速关断SPWM脉冲，保护逆变器和电机。它的最大特点是可以独立运行，无需微处理器指挥。它的输出频率以及加速减速快慢都可由外接电位器在线连续调节。所有需定义的参数如载波频率、死区时间、最小脉宽、调制波形、V/F 曲线等均存储在外接的廉价EEPROM中，上电时自动读入SA866中。SA866有6种工作模式，它可以变频变幅，也可以定频变幅；可以独立运行，也可以与微处理器配合使用，基本做到了低价格、多功能，在许多变频领域中可采用。

主回路功率开关选用先进的集成三相逆变桥IPM模块，在该模块中集成有6支接成三相桥的功率开关管，同时集成有相应的驱动、保护等功能，并具有短路、过流等故障检测和保护功能，当故障出现时，该模块切断输出的同时发出信号供外部控制电路检测。具体情况请见图2上的说明。

SDVF型系列通用变频器的技术参数如下:

          输入单相220V   50HZ   8A

          输出三相220V   5----55HZ   VVVF方式

          驱动电机  500W至2.2KW

          稳定转速连续可调，也可最多分为9档进行级进控制

              正反转功能

          加减速时间可调

      过流、过压保护

3  应  用

SDVF型系列通用变频器可以应用在许多小功率电机的变频调速的手动或自动控制场合。已先后在广东和江苏等地的空调制冷机、压缩机、纺织生产线和塑料制品生产线上得到应用。下面简要地介绍一下具体应用情况。

3.1  温度控制

利用外接热敏电阻可以很方便地构成根据温度变化而自动调节电机速度的控制系统，如空调、压缩机等等一系列设备。据有关数据显示，对水泵制冷机、引风机采用变频控制，节电明显，一般在30~60%，优于其它调速方式，使用时其外部接线图如图2。

图2  SDVF1型变频器在温度控制中的应用

3.2  手动多档调速

该种用法适合于最普通的手动操作的场合，用户可根据负载要求,设定多档速度手动操作调节 。对于风机、水泵等拖动系统(这类负载约占工业电力拖动总量一半)过去大多依赖挡板和阀门来调节流量，浪费掉大量能量。如果换成调速系统，可省下挡板和阀门上消耗的能量，每台可省20%以上的功率，这是相当可观的。使用SDVF通用变频调速器时其外部接线图如下：

图3  SDVF1型变频器在手动控制系统中的应用

3.3  自动控制生产线上联机运行

为了适应与主控计算机联接的应用场合，我们开发了SDVF2型小功率通用变频器，把接口光藕集成到变频器内，不仅可用在简单的手动操作的场合,也适合于由主控计算机进行指挥的自动控制系统的生产系统中，通过外部逻辑给光藕输入信号，即可实现生产线上联机操作，其过程简单可靠。具体外部图如下图。

图4  SDVF2型变频器联机操作示意图

4  结  论

本文从变频器发展的现状出发，考虑到市场的实际需要，充分利用微电子技术的最新成果，开发出了采用ASIC芯片和IPM模块构成的功能比较完备的小功率通用变频器。该变频器的最大的优点在于其高性价比和灵活的适应性，是对调速精度要求不高的小功率电机驱动以及此类生产线的理想选择。

作者简介：

贺明智  男，1979年生，研究生，研究方向为电力电子技术。

黄念慈  男，1945年生，教授，研究方向为电力电子技术。

参考文献：

[1] 毛明，黄念慈，赵莉华.新型PWM产生器SA866及其在通用变频器上的应用.中国电工技术学会电力电子学会第七次全国学术会议论文集：182-184

[2] 陈伯时.电力拖动自动控制系统(第二版).机械工业出版社