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伺服與變頻器的異同,詳細解釋!

2019-09-25 武漢邁信電氣技術有限公司

伺服驅動器變頻器作為傳動系統中應用最廣泛的驅動設備,談起兩者的區別,很多人只知道變頻器常用于低端機械設備,而伺服驅動器則多用于高端機械設備,這是一種比較籠統的說法,今天我們來認知一下兩者的異同。

 

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兩者的定義

 

 

變頻器是利用電力半導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,能實現對交流異步電機的軟啟動、變頻調速、提高運轉精度、改變功率因素等功能。變頻器可驅動變頻電機、普通交流電機,主要是充當調節電機轉速的角色。變頻器通常由整流單元、中間電路、逆變器和控制器四部分組成
 
伺服系統是使物體的位置、方位、狀態等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(或給定值)的任意變化的自動控制系統。主要任務是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調控等處理,使驅動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。

 

伺服系統是用來精確地跟隨或復現某個過程的反饋控制系統。又稱隨動系統。在很多情況下,伺服系統專指被控制量(系統的輸出量)是機械位移或位移速度、加速度的反饋控制系統,其作用是使輸出的機械位移(或轉角)準確地跟蹤輸入的位移(或轉角)。伺服系統的結構組成和其他形式的反饋控制系統沒有原則上的區別。

 

 

伺服系統按所用驅動元件的類型可分為機電伺服系統、液壓伺服系統和氣動伺服系統。最基本的伺服系統包括伺服執行元件(電機、液壓缸)、反饋元件和伺服驅動器。若想讓伺服系統運轉順利還需要一個上位機構,PLC、以及專門的運動控制卡,工控機+PCI卡,以便給伺服驅動器發送指令。

 

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兩者的工作原理

 

 

變頻器的調速原理主要受制于異步電動機的轉速n、異步電動機的頻率f、電動機轉差率s、電動機極對數p這四個因素。轉速n與頻率f成正比,只要改變頻率f即可改變電動機的轉速,當頻率f在0-50Hz的范圍內變化時,電動機轉速調節范圍非常寬。
 

 

變頻調速就是通過改變電動機電源頻率實現速度調節的。主要采用交—直—交方式,先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源,然后再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。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,中間直流環節為濾波、直流儲能和緩沖無功功率。

 

伺服系統的工作原理簡單的說就是在開環控制的交直流電機的基礎上將速度和位置信號通過旋轉編碼器、旋轉變壓器等反饋給驅動器做閉環負反饋的PID調節控制。再加上驅動器內部的電流閉環,通過這3個閉環調節,使電機的輸出對設定值追隨的準確性和時間響應特性都提高很多。伺服系統是個動態的隨動系統,達到的穩態平衡也是動態的平衡。

 

▲ 伺服三環

 

 

 

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兩者的共同特點

 

 

       交流伺服的技術本身就是借鑒并應用了變頻的技術,在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現的,也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環節:變頻就是將工頻的50、60Hz的交流電先整流成直流電,然后通過可控制門極的各類晶體管(IGBT,IGCT等)通過載波頻率和PWM調節逆變為頻率可調的波形類似于正余弦的脈動電,由于頻率可調,所以交流電機的速度就可調了(n=60f/p,n轉速,f頻率,p極對數)。

 

 

 

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兩者的區別

 

 

·  過載能力不同

伺服驅動器一般具有3倍過載能力,可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩,而變頻器一般允許1.5倍過載。

 

 

·  控制精度

伺服系統的控制精度遠遠高于變頻,通常伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉編碼器保證。有些伺服系統的控制精度甚至達到1:1000。

 

 

·  應用場合不同

變頻控制與伺服控制是兩個范疇的控制。前者屬于傳動控制領域,后者屬于運動控制領域。一個是滿足一般工業應用要求,對性能指標要求不高的應用場合,追求的是低成本。另一個則是追求高精度、高性能、高響應。

 

·  加減速性能不同

在空載情況下伺服電機從靜止狀態加工到2000r/min,用時不會超20ms。電機的加速時間跟電機軸的慣量以及負載有關系。通常慣量越大加速時間越長。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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