工业用振动棒变频电源的研制

V/f控制，如图2所示。因为振动棒正常工作时是工作在恒压（线电压42V）恒频（200Hz）的条件下，在稳定工作时，不容易进行转速的调节。但是为了减小启动电流，采用了变频调速来实现平滑启动。振动棒电机始终工作在恒转矩区，在输出达到额定频率（200Hz）前，电机输入电压幅值与频率（电机转速）成线性关系。 V/f曲线和正弦波的数据都是以表格的形式存放在EPROM中的，这样可以减少CPU的计算量，减轻C电感器在电路中的作用PU的负担，在程序中直接通过查表就可以得到所需要的数值。

图2 恒定V/f比值控制

3 性能分析

1）效率方案的最大特点就是简单可靠，而且由于中间环节少，因此整机的效率较高。单机在额定运行时效率可达94％，带双负载运行时实测效率要低一些，能够达到92％左右。

2）软启动与双负载运行由于产品的启动时间没有特殊要求，启动过程可以在几秒的范围内完成，为了减小启动电流，采用了用软件来设定启动时间的方法，即在程序设计中，启动频率设定在10Hz，在升速过程中频率是逐步上升到200Hz的，这就相当于一个软启动的过程。实现起来简单而且廉价。同时变频电源可以带双负载运行，因此就要考虑到双电机运行时的工作模式。上面所讲的软启动的方法适用于单电机启动和双电机同时启动。在现场调试时发现，当一台电机已经处于正常工作状态时启动另一台电机，这时的启动电流就比较大（可以参考实验波形），这对主电路的开关器件而言是一个冲击，为了保证负载能继续正常运行，就要加大开关器件的容量。因此，根据不同的使用要求，可以考虑选择不同容量的IPM模块。

3）成本核算作为一个产品，除了可靠性以外，成本也是一个很重要的因素。在这个方案模压电感中，有四个部分对成本的影响最大：控制芯片（8XC196MC的单价为100元）、平波电解电容（470μF/450V的单价为35元）、逆变模块IPM（600V、15A、最高开关频率为5kHz的IPM的价格是200元）和低频隔离变压器（300W的变压器价格为220元）。开关电源的成本很小，实验样机的总体成本在600元左右。当然，实验样机的花费不能代表产品的最终成本，因为随着产品批量的扩大，元器件的平均价格必然会下降，其中下降幅度最大电感生产厂家的将是控制芯片和变压器，因为1000片的单价就可以降到40元左右，批量的变压器单价也可以下降到130元左右。这样整个逆变电源的成本就可以降低到400元左右。

图3是一组单负载运行时的负载电压和电流波形。波形中可以体现出电源的软启动功能。

(a)10Hz时电压及电流波形

(b)20Hz时电压及电流绕行电感波形

(c)200Hz时电电感生产压及电流波形

图3 电压及电流波形

4 结语

完成了振动棒变频电源工业样机一台，经过现场实际测试，达到了设计要求，现已移交生产企业。

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