變頻器知識(shí)點(diǎn) | 伺服和變頻器的區(qū)別
bmller 2021-04-02
伺服驅(qū)動(dòng)器是用來(lái)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)的，伺服電機(jī)可以是步進(jìn)電機(jī)，也可以是交流異步電機(jī)，主要為了實(shí)現(xiàn)快速、精確定位，像那種走走停停、精度要求很高的場(chǎng)合用的很多。
變頻器就是為了將工頻交流電變頻成適合調(diào)節(jié)電機(jī)速度的電流，用以驅(qū)動(dòng)電機(jī)，現(xiàn)在有的變頻器也可以實(shí)現(xiàn)伺服控制了，也就是可以驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)，但伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器還是不一樣的！可伺服和變頻器的區(qū)別究竟是什么，請(qǐng)看小編為您分解。
? 兩者定義
變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換成另一頻率的電能控制裝置，能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能。
變頻器可驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)、普通交流電機(jī)，主要是充當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的角色。
變頻器通常由整流單元、高容量電容、逆變器和控制器四部分組成。
伺服系統(tǒng)是使物體的位置、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動(dòng)控制系統(tǒng)。主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。
伺服系統(tǒng)是用來(lái)精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個(gè)過(guò)程的反饋控制系統(tǒng)。又稱(chēng)隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專(zhuān)指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機(jī)械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)，其作用是使輸出的機(jī)械位移（或轉(zhuǎn)角）準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒(méi)有原則上的區(qū)別。
伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類(lèi)型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動(dòng)伺服系統(tǒng)。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機(jī)、液壓缸）、反饋元件和伺服驅(qū)動(dòng)器。若想讓伺服系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)順利還需要一個(gè)上位機(jī)構(gòu)，PLC、以及專(zhuān)門(mén)的運(yùn)動(dòng)控制卡，工控機(jī)+PCI卡，以便給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令。
? 兩者工作原理
變頻器的調(diào)速原理主要受制于異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n、異步電動(dòng)機(jī)的頻率f、電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)差率s、電動(dòng)機(jī)極對(duì)數(shù)p這四個(gè)因素。轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，當(dāng)頻率f在0-50Hz的范圍內(nèi)變化時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的。主要采用交—直—交方式，先把工頻交流電源通過(guò)整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動(dòng)機(jī)。變頻器的電路一般由整流、中間直流環(huán)節(jié)、逆變和控制4個(gè)部分組成。整流部分為三相橋式不可控整流器，逆變部分為IGBT三相橋式逆變器，且輸出為PWM波形，中間直流環(huán)節(jié)為濾波、直流儲(chǔ)能和緩沖無(wú)功功率。
伺服系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在開(kāi)環(huán)控制的交直流電機(jī)的基礎(chǔ)上將速度和位置信號(hào)通過(guò)旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動(dòng)器做閉環(huán)負(fù)反饋的PID調(diào)節(jié)控制。再加上驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流閉環(huán)，通過(guò)這3個(gè)閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機(jī)的輸出對(duì)設(shè)定值追隨的準(zhǔn)確性和時(shí)間響應(yīng)特性都提高很多。伺服系統(tǒng)是個(gè)動(dòng)態(tài)的隨動(dòng)系統(tǒng)，達(dá)到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動(dòng)態(tài)的平衡。
? 兩者不同點(diǎn)：
交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，在直流電機(jī)的伺服控制的基礎(chǔ)上通過(guò)變頻的PWM方式模仿直流電機(jī)的控制方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的，也就是說(shuō)交流伺服電機(jī)必然有變頻的這一環(huán)節(jié)：變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電，然后通過(guò)可控制門(mén)極的各類(lèi)晶體管（IGBT，IGCT等）通過(guò)載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類(lèi)似于正余弦的脈動(dòng)電，由于頻率可調(diào)，所以交流電機(jī)的速度就可調(diào)了（n=60f/p，n轉(zhuǎn)速，f頻率，p極對(duì)數(shù)）。
? 兩者區(qū)別在于：
1. 過(guò)載能力不同。
伺服驅(qū)動(dòng)器一般具有3倍過(guò)載能力，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩，而變頻器一般允許1.5倍過(guò)載。
2. 控制精度。
伺服系統(tǒng)的控制精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，通常伺服電機(jī)的控制精度是由電機(jī)軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。有些伺服系統(tǒng)的控制精度甚至達(dá)到1：1000。
3. 應(yīng)用場(chǎng)合不同。
變頻控制與伺服控制是兩個(gè)范疇的控制。前者屬于傳動(dòng)控制領(lǐng)域，后者屬于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。一個(gè)是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求，對(duì)性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，追求的是低成本。另一個(gè)則是追求高精度、高性能、高響應(yīng)。
4. 加減速性能不同。
在空載情況下伺服電機(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加工到2000r/min，用時(shí)不會(huì)超20ms。電機(jī)的加速時(shí)間跟電機(jī)軸的慣量以及負(fù)載有關(guān)系。通常慣量越大加速時(shí)間越長(zhǎng)。
? 國(guó)內(nèi)伺服和變頻器市場(chǎng)情況
盡管我國(guó)的伺服技術(shù)起步較晚，由伺服電機(jī)、反饋裝置與控制器組成的伺服系統(tǒng)才走過(guò)50個(gè)年頭而已。但不可否認(rèn)的是，中國(guó)制造業(yè)開(kāi)始逐漸意識(shí)到伺服系統(tǒng)在提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力方面發(fā)揮的作用越來(lái)越大。伺服系統(tǒng)強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求開(kāi)始漸露頭角。相信不久之后，伺服系統(tǒng)新一輪的增長(zhǎng)史必將續(xù)寫(xiě)另一個(gè)“中國(guó)變頻器”的發(fā)展史。主要分析原因如下：
首先，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)整體形式的向好發(fā)展，很多伺服重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)如機(jī)床、電子專(zhuān)用設(shè)備、醫(yī)療器械、混合動(dòng)力汽車(chē)、新能源等行業(yè)因經(jīng)濟(jì)政治原因，恢復(fù)程度大大超過(guò)人們的預(yù)期水平。此等行業(yè)的發(fā)展直接導(dǎo)致伺服市場(chǎng)的需求旺盛，使得眾多國(guó)產(chǎn)伺服品牌紛紛崛起。而隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)升級(jí)與進(jìn)口替代也推動(dòng)了伺服產(chǎn)品的大量使用，節(jié)能、增產(chǎn)效果日趨明顯。值得一提的是，伺服應(yīng)用技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的初步成熟，暗示了節(jié)能減碳帶給伺服的商機(jī)絕不亞于節(jié)能減排給高壓變頻器帶來(lái)的機(jī)遇。
其次，在高端領(lǐng)域，用戶(hù)在使用過(guò)程中最為看重的極大因素如穩(wěn)定性、響應(yīng)性、精度，都是伺服系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢(shì)所在。在技術(shù)要求越來(lái)越高的今天，誰(shuí)擁有最高的性能，誰(shuí)就能獲得用戶(hù)青睞，價(jià)格已不再是阻礙伺服發(fā)展的決定因素。高端市場(chǎng)無(wú)疑被伺服占據(jù)著高地。而變頻器只是在一些較為低端的簡(jiǎn)單領(lǐng)域發(fā)揮著作用。 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)推出伺服產(chǎn)品的廠商差不多有二十余家。一直以來(lái)，伺服領(lǐng)域的準(zhǔn)入門(mén)檻比低壓變頻器領(lǐng)域高，許多廠商還是基于變頻器技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，像國(guó)產(chǎn)廠商匯川等企業(yè)，就已經(jīng)開(kāi)始初嘗伺服產(chǎn)業(yè)為企業(yè)帶來(lái)的實(shí)際效益。匯川原有的研發(fā)實(shí)力為其在伺服領(lǐng)域立足提供有效支撐，而品牌影響力提升、產(chǎn)能釋放和細(xì)分行業(yè)延伸，使得其在伺服市場(chǎng)的地位將逐年提升，2010年其伺服銷(xiāo)售額就達(dá)1億多人民幣。究其轉(zhuǎn)向伺服產(chǎn)品的最終原因，國(guó)家伺服發(fā)展政策向好可一語(yǔ)道破玄機(jī)。在七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，機(jī)械工業(yè)占了兩個(gè)即高端裝備制造業(yè)和新能源汽車(chē)，且其他五個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)也都需要機(jī)械工業(yè)的支撐。由此看來(lái)，制造業(yè)的發(fā)展也將給伺服發(fā)展帶來(lái)新契機(jī)。
? 伺服和變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)
由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應(yīng)用也不大相同，主要的競(jìng)爭(zhēng)集中在：
技術(shù)含量競(jìng)爭(zhēng)。在相同的領(lǐng)域中，若采購(gòu)方對(duì)機(jī)械的技術(shù)要求較高并較為復(fù)雜，則會(huì)選擇伺服系統(tǒng)。反之則會(huì)選擇變頻器產(chǎn)品。如一些數(shù)控機(jī)床、電子專(zhuān)用設(shè)備等高科技機(jī)械均會(huì)首選伺服產(chǎn)品。
價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。大多數(shù)采購(gòu)方會(huì)顧慮成本，常常把技術(shù)忽略而首選價(jià)格較低的變頻器。眾所周知，伺服系統(tǒng)的價(jià)格差不多是變頻器產(chǎn)品的幾倍。
盡管目前伺服系統(tǒng)的應(yīng)用還未普及，尤其是國(guó)產(chǎn)伺服系統(tǒng)，被應(yīng)用的場(chǎng)合相比國(guó)外伺服產(chǎn)品少之甚少。但隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，人們將逐漸意識(shí)到伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)所在，伺服系統(tǒng)也將獲得采購(gòu)商的認(rèn)可。同樣，國(guó)產(chǎn)伺服技術(shù)也不會(huì)止步不前，不管是基于豐厚的利潤(rùn)回報(bào)還是振興國(guó)家的歷史使命感，相信會(huì)有越來(lái)越多的廠商將投入到伺服系統(tǒng)的研發(fā)領(lǐng)域中。屆時(shí)將迎來(lái)中國(guó)“伺服產(chǎn)業(yè)”的鼎盛時(shí)期。
