交流微驱动器铺设平行路径
尽管有这样的诱惑，单靠尺寸并不能正确描述交流“微驱动器”——那些在20世纪90年代上半叶兴起的超紧凑变频驱动器(vfd)。在很长一段时间里，似乎每一款新机型都比一个月前发布的那款更小。
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尽管有这样的诱惑，单靠尺寸并不能正确描述交流“微驱动器”——那些在20世纪90年代上半叶兴起的超紧凑变频驱动器(vfd)。在很长一段时间里，似乎每一款新机型都比一个月前发布的那款更小。半导体和电子集成的突破导致了0.75 kW (1 hp)或更高功率的vfd能够很好地安装在小手上。“微驱动器”这个词有字面上的含义。
今天，微驱动器的一个常见定义线是4kw;有些人说这个范围甚至更高。一家制造商在其“微驱动器”产品线中包括37千瓦的单元!为了便于讨论，本文提出了一个任意的驱动器上的4千瓦限制。但微驱动器不仅仅是大小。
最初，交流微驱动器是为原始设备制造商(oem)和其他有特殊需求的用户设计的，他们需要控制小型感应电机的速度，而不需要在狭小的设备空间中进行所有的装饰。与普通的所谓“全功能硬盘”相比，这些微型硬盘更小，功能和选项更少，价格也更低。
如今，一条平行的轨道似乎正在形成。新一代微电脑增加了最新的功能，同时努力保持紧凑的物理形式。小型化和组件集成是技术驱动因素。具有较低热输出的晶体管允许在紧凑的集成电源模块中放置电源、门驱动器和逻辑电路。
一个产品表样品了各种各样的微驱动器可用。
有什么不同?
大多数制造商将微驱动器与相同额定功率的全功能驱动器区分开来。三菱电机自动化公司(MEA, Vernon Hills, Ill.)交流驱动器产品经理Steve Racine表示，除了尺寸更小之外，低成本和更少的功能/选项是主要的区别。拉辛先生解释说，较低的功能(更少的I/O点和操作参数，更简单的用户界面等)不一定会成为障碍。“微驱动器可以使用功能齐全的驱动器服务于绝大多数应用程序，”他补充道。
简单性是罗克韦尔自动化/艾伦-布拉德利(密尔沃基，威斯康辛州)这些产品的另一个特点。“交流微驱动器满足了机器制造商和其他用户对紧凑、易于使用、具有‘刚刚好’功能的驱动器的需求。有限的功能集允许更低的复杂性，有助于降低成本和更简单的启动，”交流驱动器营销经理Stan Ho说。
随着成本的降低，微驱动器已成为电机起动器的替代品。何先生把这作为一个简单应用的例子，在这些应用中，硬盘不需要通信或集成的EMC滤波器。
I/O点的数量直接影响驱动器的大小和成本，而I/O设备的编程方式也影响复杂性。另一个权衡是操作符界面的类型。led型接口只提供加密参数代码。升级到一个更有用的字母数字显示(LCD)是一个增量成本，以获得更大的易用性。液晶显示器类型的操作界面进一步允许远程安装加上存储和下载预编程驱动器参数的能力。何鸿燊说，后一种功能吸引了大量客户的兴趣。A-B的公告1305产品(见表)包括一个LCD操作界面。
GE富士电气(GE Fuji Electric, Salem, Va.)的市场经理David J. Grucza指出微驱动器与普通vfd之间的三个主要区别:体积更小，功能更少，成本更低。较小的单元简化了在控制面板内安装设备的任务，这是原始设备制造商最关心的问题。“微驱动器的功能也比普通逆变器少。例如，普通驱动器将比微型驱动器有更多的通信选项。后者要便宜得多，通常比普通驾驶便宜25%至30%，”格鲁扎说。
通用电气和富士电气的合资企业开发成套产品:微驱动器、每赫兹伏特(V/Hz)逆变器和通量矢量驱动器。自定义和系统驱动器不包括在内。合资企业有两个工作部门:通用富士驱动器美国公司(也在塞勒姆)负责营销、工程和服务职能;GE富士驱动器美国(墨西哥蒙特雷)是制造实体。(另外两家合资企业，富士通用电气亚洲和通用富士欧洲尚未开始运营。)
简单是关键
从Control Techniques Drives (CTD，圣路易斯，密苏里州，艾默生电气公司的一部分)的观点来看，微驱动器市场正在迅速增长。它不仅仅是由产品的规模或效率推动的。正如CTD的标准产品经理Jane Kienstra所言，“微驱动器正变得越来越可靠，更容易使用，也更容易理解——这使得它们更容易被负责操作的人所接受。”
Kienstra女士还根据所提供的功能将典型的微驱动器与标准VFD分开。她说:“微驱动器包括一些关键功能，但这些功能并不多。”这样做的目的是让事情变得简单，而不是恐吓用户。“有了英文读出键盘和简单的启动程序，大多数电工都能操作它们。”
她用Control Techniques产品的例子说明了这种区别。例如，CTD的Dinverter具有简单的V/Hz操作，而其功能齐全的Unidrive包括开环[无传感器]矢量和其他操作模式，以实现更精确的控制CE1996年3月，第9页)。
根据基恩斯特拉女士的经验，只有全功能驱动器才具有的其他复杂功能有:数字锁、自动调谐(两者都常用于闭环)、高分辨率模拟I/O点、比率控制等。然而，其中一些功能将迁移到下一代微驱动器中。
包装不同
微驱动器，特别是在低功率端，往往安装在另一个外壳。这对原始设备制造商和控制面板制造商很有吸引力，因为在面板上或机器内部安装驱动器的空间有限。ABB工业系统公司(新柏林，威斯康辛)交流驱动产品经理Mark Borski指出，这种“底盘型”微驱动器有不同的包装。“它们不需要像普通变频驱动器那样的‘手指安全’设计。接线和终端连接也可能有所不同。”
“开箱即用”是ABB微驱动器的重点，1997年推出的ACS 100产品(见图)可在没有冷却风扇的情况下，额定运行温度为508c。法兰安装- ACS 100提供的三种安装方式之一，允许散热器位于控制柜外，可能在通风管道中，以实现更有效的冷却。
Bardac Corp.(弗吉尼亚州雷斯顿)总裁克里斯•巴德韦尔-琼斯(Chris bard - jones)评论道:“显然，‘微驱动器’这个词有多种解释。在他看来，微驱动器超越了设备尺寸，包括复杂的控制策略、可配置的软件块和更大的应用灵活性。
自1998年1月1日起，Bardac Corp.从斯普林特电气公司(Sprint Electric Co.)更名，避免了在美国的商标冲突(斯普林特电气在欧洲的名称保持不变)。
Bardac是交流驱动器领域的新手，但在员工专业知识方面并不成熟。作为直流驱动技术的长期支持者，该公司于97年7月推出了一款名为Profiler系列的新交流线。巴德韦尔-琼斯预计，这条最初额定功率为0.75千瓦的线路将很快扩大。Profiler系列的其他版本将专注于特定的细分市场，如oem，风扇和泵，单相和通用驱动应用。他补充说，交流和直流产品的支持和服务将由同一个团队提供。
市场观点
据Automation Research Corp.称，用户社区对技术进步的信心是交流驱动器市场持续增长的背后原因。ARC最近的研究显示，1997年北美交流驱动器市场规模为10.36亿美元，2002年将以每年近10%的速度增长至16.21亿美元。ARC的高级分析师Paul Benoit解释说，这些市场数据(所有驱动器尺寸)包括硬件、软件和服务(如果来自驱动器供应商，也包括主机)。
1997-2002年期间，微型和低端驱动器部分预计增长最大。ARC将这两个市场细分为额定功率分别为4千瓦和5-40千瓦的机组，这是为了方便，而不是硬性定义。特别是微驱动器，北美出货量占1997年美元价值的18.7%;ARC说，市场份额预计将增长到2002年美元的21.1%。
至于技术方面，几乎所有已发货的设备都是脉冲宽度调制型驱动器。以上市场数据按操作方式分列在下表中。伏/赫兹(V/Hz)在预测周期中占主导地位，其次是无传感器矢量和通量矢量。目前，微驱动器的前四大用户分别是食品和饮料(20.9%)、汽车(16.7%)、化工(9.8%)和楼宇自动化(9.6%)行业。价值以1997年出货量的百分比给出。
微硬碟机进化
三菱的拉辛认为，在未来很长一段时间内，领先的制造商将继续提供功率相同的独立微型全功能vfd。这是由于生产的基本成本和规模问题。
无论功率或额定电压如何，变频器的各种功能元件都是常见的。拉辛先生在这里包括了控制电路、用户界面、插件选项、逻辑级功能等。这些项目代表了固定成本和功能。(驱动器的总成本加上与功率和电压相关的可变成本。)添加功能齐全的功能意味着在“基本”功能的基础上增加一些成本，例如为了讨论起见，增加100美元;但这个数字可能很小，也可能不小相对以总驱动价格。
对于较大的驱动器(100千瓦)，这种差异是“几乎没有意义”，拉辛先生说。“对于制造商来说，销售两条不同的产品线是没有意义的。”所有客户都能获得全功能。然而，对于0.75 kW的机组，100美元的增量可能是总驱动器价格的很大一部分。“在这样的功率水平下，需要一个‘基本’功能的VFD，以经济有效地满足90%用户的需求。因此，就有了‘微’驱动。”
拉辛解释说，可用空间是影响开发成本的另一个因素。更多的功能需要更多的物理体积，但这种增量不会随着功率和电压额定值而发生太大变化。较大的驱动器有多余的空间。在低端驱动器中添加更多功能给设计师带来了真正的挑战。这就是产品选择的需要。一些用户会用额外的功能换取一个不是终极小型化的包;另一些人则把节省空间放在以简单易用为原则的应用程序上。
Allen-Bradley的何先生补充说，“在不增加复杂性的情况下增加功能”是微驱动器进一步发展的关键。他补充说，实现这一目标的方法之一是通过软件功能将工作模式从V/Hz切换到矢量控制。
何先生认为，未来的微型驱动器的功率范围将“远远超过”20千瓦。具有更低损耗的下一代晶体管、智能功率模块和其他组件集成方法将有助于保持设计的紧凑性。
ABB对功能数量的看法不同，“在许多情况下，微驱动器提供了一个完整的功能包，与大型驱动器相同，”Borski先生说。新一代微电脑将增加更多的功能。例如，ABB将于1998年第一季度推出的ACS 140微型驱动器据说包括90个参数，以及增强的智能和微处理器功能。
施耐德集团(Groupe Schneider)旗下的Square D Co.也认为微驱动器的功能将得到扩展。微型驱动器产品经理阿贾伊•库尔(Ajay Koul)表示，目前已有相当数量的微型驱动器上市。他说:“丰富的操作特性和功能集使微驱动器成为各种‘高启动扭矩’和‘精细控制’应用的良好候选。”
今天的微驱动器比五年前的产品提供了更多的功能。在库尔看来，最新的微驱动器已经可以在低速下提供高扭矩控制(3hz时额定扭矩为150%，1hz时扭矩为100%);自动调整驱动器到电机;plc式控制、操作、监控功能;可编程逻辑I/O功能;闭环使用积分PI控制器;和更多。早期型号的配件，比如射频干扰(RFI)滤波器或制动晶体管，现在都是内置选项。
虽然不是市场上最小的微型芯片，但据说Square D的Altivar 18提供了许多高性价比的高级功能。特别是，这款1997年的产品带有内置RFI滤波器和上面提到的低速扭矩性能。
GE富士电气的格鲁扎证实，即将上市的新型微芯片包含了一般逆变器才有的功能。例如，上个月刚刚推出的微型保护II(见图)具有自动调谐功能和无传感器矢量控制。
电机起动作用
西门子能源与自动化驱动产品事业部(Alpharetta, Ga.)的产品经理Rudy Hauser同样认为，由于向更小、更智能、成本更低的形式发展，微驱动器的应用前景更加广阔。
他举了一个大型工业悬空门控制的例子。制造商能够将微驱动器放置在以前由传统电机启动器占据的相同的小控制框中。豪瑟先生说:“通过变速控制，门的升降现在可以被编程，以获得最大的效率和安全。”
GE富士的格鲁扎说:“微驱动器的价格与倒车或双速启动器相当，同时还提供额外的好处，例如无限调速、固有的软启动功能和内置诊断功能。”此外，较新的微驱动器具有典型的启动器外壳(例如NEMA 4)，他补充道。
Square D的库尔同样强调了受控马达的作用开始微驱动器——除了稳态控制。“电机和相关驱动器的最高负荷发生在启动期间，”他说
Bardac和Control Techniques仍然是其他供应商，他们提到电机启动器更换是交流微驱动器的发展趋势。
通信、更广泛的应用……
微驱动器的某些方面已经成熟——例如，电源结构、散热器设计和热管理。新的行动似乎来自其他领域。
从几家驱动器制造商那里听到的一个反复出现的主题是更多的通信和可编程功能将用于微型机。“我们将看到类似plc的功能，这样微驱动器就可以预先编程来做出决定。高速、开放的通信协议接口将成为标准，”西门子的豪瑟先生解释道。
除了简化安装，西门子的Micro Master驱动器还提供内置控制逻辑、通信(RS-485, Profibus-DP)和继电器保护功能。Micro Master系列(引线照片)有两个版本:6SE92用于V/Hz控制和6SE32用于无传感器矢量控制(见产品表)。
他指出，近期的其他趋势还包括将微驱动器直接连接到plc和HMI包;低成本，智能操作界面;以及更多特定于应用的功能，如绕线器和运动控制。Hauser先生说:“总的来说，我们需要努力实现‘适而不忘’的安装，使先进的微驱动器像标准继电器一样易于使用。”
至于PLC类型控制的集成，Square D的Koul先生补充说，“一半的PLC已经在驱动器中;在几年内，传统的plc将不再需要。这是一个垂直功能整合的例子。”
展望未来，Bardac的巴德韦尔-琼斯指出，组件的进一步小型化和新一代集成电源模块将缩小驱动器封装尺寸，同时降低成本。通常情况下，这就形成了一个循环:更低价格的微驱动器被指定用于更多的应用，随后销量增长，生产成本继续降低。
是否所有的低功率vfd都会融合到一个微驱动器类别中?随着零件集成、半导体封装和持续的成本降低，更多的模糊肯定会出现。但oem和相关用户的特殊应用需求仍然存在。为了满足他们，一些交流微驱动器制造商将在相当长的一段时间内继续追求并行的产品开发路径。
欲了解更多信息，请访问www.controleng。com/info。
交流微驱动器出货量按操作模式(百万美元)*
| 1997 | 占总数的% | 2002 | 占总数的% | CAGR % | |
| *北美出货量来源:Automation Research Corp. CAGR -复合年增长率 |
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| 伏特/赫兹 | 168.1 | 86.8 | 296.4 | 86.7 | 12.0 |
| 无传感器矢量 | 16.4 | 8.5 | 29.1 | 8.5 | 12.1 |
| 通量向量 | 9.2 | 4.8 | 16.4 | 4.8 | 12.3 |
| 总计 | 193.7 | One hundred. | 341.9 | One hundred. | 12.0 |
交流微驱动器代表产品
| 公司 | 产品名称 | 评级千瓦 | V | 速度范围Hz(防雷比) | 最小单位(WxDxH) mm | 工匠们 | 特性 |
| 机箱类型NEMA 1，除非特别说明:(x) -机箱(y) -机箱& NEMA 1 (z) -受保护机箱 (a) -无传感器矢量控制(b) -低速高扭矩* - 1- & 3相** -单相 (e) -智能EEPROM芯片卡和阅读器克隆，下载设置参数输入电压:115 V是1-ph;460v是3-ph (g) - 230v (1-ph)至2.2 kW (h) - 230v (1-ph)至1.5 kW (j) - 230v (3-ph)从3至7.5 kW (n) - 230v (3-ph)从0.37 kW至3.7 kW (k) - 460v从0.75 kW (m) - 115v到0.75 kW (q) - 460v从0.37 kW (s) - 150%扭矩60秒。 |
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| ABB | ACS 100 | 0.37 - -2.2 | 230v * | 0 - 250 | 80 × 138 × 146 | 214 | Nat冷却(50℃);Downld，复制参数;(z) |
| 美国宝德公司电 | 系列10 | 0.37 - -1.5 | 115/230/460 | 0 - 400 | 105 x 123 x 159 | 215 | LCD操作界面;直流inj。制动;(k);(m) |
| Bardac | 剖析器系列 | 0.18 - -0.75 | 200 - 250 | 0 - 180 | 57 x 103 x 90 | 216 | 50℃温度额定值;更高的速度选项;(y) |
| 控制 | Dinverter一 | 0.25 - -0.75 | 230 | 0 - 400 | 74 x 192 x 140 | 217 | 高速版本高达960赫兹。 |
| 技术 | Dinverter B | 0.75 - -3.7 | 230/460 | ” | 90 x 200 x 292 | 230v至2.2 kW;高达960赫兹;rs - 485标准。 | |
| Eurotherm驱动器 | 601系列 | 0.37 - -2.2 | 115/230 * * | 到240年 | 72 x 175 x 183 | 218 | 整体RFI滤波器;所有单位一个尺寸;(e) |
| 通用富士 | 微型保护程序II | 0.18 - -3.7 | 230年,380/460 | 0 - 120 | 104 x 79 x 150 | 219 | NEMA 4 & 1 encl;CE标志;(一);(g)。 |
| 制备过程 | 0.09 - -3.7 | 230 | ” | 79 x 84 x 120 | CE标志;(h) | ||
| LG工业系统 | SV-iG | 0.75 - -3.7 | 230/460 | -400 - 0.5 (40:1) | 140 x 130 x 160 | 220 | 空间矢量PWM控制;(b) |
| MagneTek驱动器 | 205加仑日 | 0.09 - -2.2 | 115/230/460 | 0 - 400 (40:1) | 108 × 130 × 128 | 221 | (m);(问);(年代);(z);230 V (3-ph)至1.5 kW |
| Motortronics | CSD系列 | 0.37 - -3.7 | 230/460 | 0 - 400 | 107 x 135 x 162 | 222 | 内置过程定时器;小键盘std带整体式锅 |
| 三菱 | A024 / A044 | 0.12 - -3.7 | 230/460 | -400 - 0.5 (20:1) | 104 x 66 x 150 | 223 | 先进的功能通过opt参数单元;(b);(y) |
| 罗克韦尔/奥特曼。 | 公告160 | 0.37 - -2.2 | 230/460 | 0 - 240 (20:1) | 72 x 140 x 140 | 224 | App指定模块;通讯适配器;(x)。 |
| 艾伦-布拉德利 | 1305 | 0.37 - -3.7 | ” | 0 - 400 (20:1) | 120 x 122 x 195 | LCD操作界面;通讯模块;(b) | |
| SEW-Eurodrive | Movitrac MC 31C-0 | 0.56 - -1.5 | 230/380 - 500 | 0 - 240 | 105 x 189 x 188 | 225 | Opt Profibus接口;(一) |
| 西门子 | Micro Master 6SE92 | 0.12 - -7.5 | 208 - 500 | (30:1的) | 73 x 140 x 147 | 226 | 50℃温度额定值;rs - 485;现场总线;(y) |
| 6 se32 | ” | ” | (100:1) | ” | (一);以上其他特点 | ||
| 广场D | Altivar 18 | -15 - 0.37 | 230/460 | -320 - 0.5 | 112 x 121 x 182 | 227 | 整体RFI滤波器;(一);(b);(g);(j);(k) |
| 结核病伍德 | E-trac XFC系列 | 0.37 - -3.7 | 115/230/460 | (10:1) | 104 x 122 x 160 | 228 | 在230/460 V时，同一组功率相等;(k);(m);(n) |
| PMC PowerMod Ctrl | ” | ” | ” | 97 x 53 x 132 | oem逆变器模块包;(k);(m);(n) | ||
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