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工控小常识:变频器与伺服驱动器

一、它的共同点是:


伺服的基本概念是精确、精密、快速定位。变频是伺服控制必不可少的内部环节,变频也存在于伺服驱动器中(需要无级调速)。但是伺服控制电流回路、速度回路或位置回路,这是非常不同的。此外,伺服电机的结构与普通电机不同,应满足快速响应和精确定位的要求。目前市场上流通的交流伺服电机大部分是永磁同步交流伺服,但这类电机受工艺限制,很难实现大功率,十KW以上的同步伺服非常昂贵,所以在现场应用允许的情况下往往采用交流异步伺服,很多驱动器都是高端变频器带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是满足精确、精密、快速定位的要求,只要满足了,伺服变频就没有争议。


交流伺服技术本身是指并应用变频技术,它是在DC电机伺服控制的基础上,通过变频的PWM方式模仿DC电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必须有变频环节:变频是先将50、60HZ的交流功率整流成DC功率,再经过各种晶体管(IGBT、IGCT等)。)通过载波频率和PWM调节转换成频率可调的波形,类似于正余弦脉动电。因为频率可调,所以交流电机的转速可以调节(n=60f/p,n转速,f频率,p极对数)。


二、谈变频器:


一个简单的变频器只能调节交流电机的转速,然后根据控制方式和变频器,可以是开环也可以是闭环,这就是传统的V/F控制方式。目前,很多变频器通过建立数学模型,将交流电机定子磁场UVW3转化为两个电流分量,可以控制电机转速和转矩。目前能控制扭矩的变频器大部分知名品牌都采用这种方式控制扭矩。UVW的每相输出都需要加霍尔效应电流检测装置,经过采样和反馈,形成闭环负反馈电流环的PID调节。ABB的变频也提出了不同于这种模式的直接转矩控制技术。详见相关资料。这样可以控制电机的转速和转矩,速度控制精度优于v/f控制。编码器反馈可以加入也可以不加入,加入后控制精度和响应特性都好很多。

三,谈谈伺服:


伺服驱动器:在发展变频技术的前提下,伺服驱动器中的电流环、速度环和位置环(变频器无此环)进行了比一般变频更精确的控制技术和算法运算,在功能上比传统变频强大得多。要点是可以进行精确的位置控制。速度和位置由上位控制器发送的脉冲序列控制(当然也有部分伺服机将控制单元集成在内部或通过总线通讯直接在驱动器中设置位置、速度等参数),驱动器内部的算法、更快更准的计算以及性能更好的电子器件使其优于变频器。


电机:伺服电机的材料、结构和加工工艺远高于变频器(通用交流电机或恒转矩、恒功率等各种变频电机)驱动的交流电机,也就是说,当驱动器输出一个电流、电压、频率快速变化的电源时,伺服电机能根据电源变化产生响应性的动作变化,其响应特性和抗过载能力远高于变频器)驱动的交流电机。也就是说,不是变频器不能输出变化这么快的功率信号,而是电机本身无法响应,所以在设置变频内部算法时,做了相应的过载设置来保护电机。当然,即使没有设置变频器,输出能力仍然有限。一些性能优异的变频器可以直接驱动伺服电机!!!

四、谈交流电机:


交流电机一般分为同步电机和异步电机。


1.交流同步电机:即转子由永磁材料制成,所以旋转后,随着电机定子旋转磁场的变化,转子也随之改变响应频率的速度,转子速度等于定子速度,所以称为“同步”。


2.交流异步电动机:转子由感应线圈和材料组成。旋转后,定子产生旋转磁场,切割定子的感应线圈,而转子线圈产生感应电流,然后转子产生感应磁场,感应磁场跟随定子旋转磁场的变化,但转子磁场的变化总是小于定子。一旦相等,转子线圈中没有感应电流,转子磁场消失,导致转子和定子之间的速度差,并恢复感应电流。因此,交流异步电动机的一个关键参数是转差率,即转子和定子之间的速度差。


3.对应交流同步和异步电机变频器,有同步变频器、异步变频器。伺服电机也有交流同步伺服和交流异步伺服。当然交流异步变频在变频器,而交流同步伺服在伺服中比较常见。


应用


因为变频器和伺服在性能和功能上不同,所以它们的应用也不同:


1.变频器一般在速度控制和扭矩控制不是很高的时候使用,通过在上部位置加入位置反馈信号,利用变频来控制位置,所以精度和响应性不高。目前有些变频器也接受脉冲序列信号来控制速度,但似乎不能直接控制位置。


2.伺服只能用于位置控制要求严格的场合。此外,伺服的响应速度远远大于变频。一些对速度精度和响应要求较高的场合也采用伺服控制,几乎所有可以通过变频控制运动的场合都可以用伺服代替。重点是两点:一是价格伺服远高于变频;二、功率原因:最大变频可达几百KW甚至更高,而最大伺服可达几十KW。


最后一点,与变频器相比伺服驱动器现在也能达到几百KW。


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