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中級(jí)會(huì)員 | 第12年

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伺服驅(qū)動(dòng)器和變頻器如何區(qū)分

時(shí)間:2021/6/30閱讀:1142
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變頻器:
   簡(jiǎn)單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度,這時(shí)可以開(kāi)環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定,這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式?,F(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立,將交流電機(jī)的定子磁場(chǎng)UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的兩個(gè)電流的分量,現(xiàn)在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的變頻器都是采用這樣方式控制力矩,UVW每相的輸出要加摩爾效應(yīng)的電流檢測(cè)裝置,采樣反饋后構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的PID調(diào)節(jié);ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù),具體請(qǐng)查閱有關(guān)資料。這樣可以既控制電機(jī)的速度也可控制電機(jī)的力矩,而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制,編碼器反饋也可加可不加,加的時(shí)候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。

伺服:
   驅(qū)動(dòng)器方面:伺服驅(qū)動(dòng)器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下,在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán),速度環(huán)和位置環(huán)(變頻器沒(méi)有該環(huán))都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算,在功能上也比傳統(tǒng)的伺服強(qiáng)大很多,主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行精確的位置控制。通過(guò)上位控制器發(fā)送的脈沖序列來(lái)控制速度和位置(當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過(guò)總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動(dòng)器里),驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的算法和更快更精確的計(jì)算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更*于變頻器。
電機(jī)方面:伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)(一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類變頻電機(jī)),也就是說(shuō)當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時(shí),伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作變化,響應(yīng)特性和抗過(guò)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī),電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說(shuō)不是變頻輸出不了變化那么快的電源信號(hào),而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了,所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時(shí)為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過(guò)載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的,有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)!

交流電機(jī)
交流電機(jī)一般分為同步和異步電機(jī)
1、交流同步電機(jī):就是轉(zhuǎn)子是由永磁材料構(gòu)成,所以轉(zhuǎn)動(dòng)后,隨著電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化,轉(zhuǎn)子也做響應(yīng)頻率的速度變化,而且轉(zhuǎn)子速度=定子速度,所以稱"同步"。
2、交流異步電機(jī):轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈和材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)后,定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),磁場(chǎng)切割定子的感應(yīng)線圈,轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流,進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng),感應(yīng)磁場(chǎng)追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化,但轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變化永遠(yuǎn)小于定子的變化,一旦等于就沒(méi)有變化的磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子的感應(yīng)線圈,轉(zhuǎn)子線圈中也就沒(méi)有了感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)消失,轉(zhuǎn)子失速又與定子產(chǎn)生速度差又重新獲得感應(yīng)電流...所以在交流異步電機(jī)里有個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是轉(zhuǎn)差率就是轉(zhuǎn)子與定子的速度差的比率。
3、對(duì)應(yīng)交流同步和異步電機(jī)變頻器就有相映的同步變頻器和異步變頻器,伺服電機(jī)也有交流同步伺服和交流異步伺服,當(dāng)然變頻器里交流異步變頻常見(jiàn),伺服則交流同步伺服常見(jiàn)。

伺服與變頻的一個(gè)重要區(qū)別:
變頻可以無(wú)編碼器,伺服則必須有編碼器,作電子換向用,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)可控制門極的各類晶體管(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/2p,n轉(zhuǎn)速,f頻率,p極對(duì)數(shù)).

伺服驅(qū)動(dòng)器與變頻器的較量:
目前,在工業(yè)應(yīng)用上來(lái)說(shuō),速度控制和力矩控制的場(chǎng)合要求不是很高的一般用變頻器,在有嚴(yán)格位置控制要求的場(chǎng)合中智能用交流伺服驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn),還有就是伺服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻,有些對(duì)速度的精度和響應(yīng)要求高的場(chǎng)合也有用交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制,也就是說(shuō),能用變頻控制的運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合幾乎都能用交流伺服驅(qū)動(dòng)器取代。
交流伺服驅(qū)動(dòng)器作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化與運(yùn)動(dòng)控制的支撐性技術(shù)之一,由于其高速控制精準(zhǔn)、調(diào)速范圍廣、動(dòng)態(tài)特性和效率高,廣泛應(yīng)用于機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、橡塑設(shè)備、電子半導(dǎo)體、風(fēng)電/太陽(yáng)能等新能源以及機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。
但是,交流伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)展了變頻技術(shù),交流伺服驅(qū)動(dòng)器借鑒并應(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)。與變頻器一樣,也是將工頻交流電先整流成直流電,然后通過(guò)可控制門極的各類晶體管(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)的交流電,波形類似于正余弦的脈動(dòng)電。
交流伺服驅(qū)動(dòng)器是否能取代變頻器?最終能否取代有2個(gè)關(guān)鍵因素,一個(gè)是價(jià)格,一個(gè)是功率。如果未來(lái)的某一天伺服在價(jià)格上“屈尊”下來(lái),變頻是不是會(huì)越發(fā)“落寞”?如果變頻在技術(shù)上的革新突破,是否將出現(xiàn)不再有高低之分,而成為真正的一家人?科技發(fā)展像閃光一樣快快得總是超出我們極限的想象,期待著一個(gè)科技飛速進(jìn)步的未來(lái)。

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