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伺服电机与变频电机的联系与区别

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-11-12 08:12:51    来源:买卖设备网    浏览次数:51    评论:0
导读

不管是美国的工业互联网,德国的工业4.0,还是中国的中国制造2025,在电机的选择上大多是伺服电机与变频电机。但是要详细的区分伺

 不管是美国的“工业互联网”,德国的“工业4.0”,还是中国的“中国制造2025”,在电机的选择上大多是伺服电机与变频电机。但是要详细的区分伺服电机与变频电机,似乎并不是一件容易的事! 第一个概念是交流电机里的变频与伺服。
 
首先说一下变频,因为伺服电机是在变频电机的基础上发展起来的,变频电机就是将用户所输入的频率,电压,电流(这个要么在面板上控制,电压电流的话在节点上控制,说明书上很详细),然后利用参数通过电力电子器件把工频电压转换为所需要的电压,直接反映在电机转速上。
 
 
然后是伺服电机,它与变频电机最主要的区别是自身带有编码器,然后将其传输到伺服电机驱动器里面,再利用控制理论,比如增益,调节时间,简单的说伺服电机所构成的是一闭环控制系统,还有启动快,停止快,带负载能力也较变频电机好,有了这些特性,也就造就了速度,转矩,位置三中控制方式,对于要求较高的场合,应用较多。
 
 
变频器就像是节奏大师手里的那把琴,琴声可千变万化!类似的,变频是将工频的50Hz,60Hz的交流电先整流成直流电,然后通过可控开关器件(IGBT,IGCT等),载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形。简单的变频器只能调节交流电机的速度。但现在很多变频电机已经将交流电机的定子磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩两个电流的分量。这样既可以控制电机的速度也可以控制电机的力矩。
 
 
伺服控制可比作是捕食时的苍鹰。苍鹰捕食动作之快,目标定位之准!同样的伺服控制就是精准定位和快速响应。伺服是将电流环、速度环、位置环都闭合才能进行的控制。交流伺服的本质就是在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM方式模仿直流电机的控制方式来实现的,也就是说交流伺服电机必然有变频的这一环节。
 
 
 
 
从功能看,伺服的功能主要是:
1、速度控制
2、转矩控制
3、位置控制(含定位和跟踪)。
从控制看,伺服一般是三环系统:外环位置环,内环依次为速度还和电流环
 
知道伺服电机的内部构造就可揭开伺服电机的面纱。
 
伺服电机主要由定子和转子构成,定子上有两个绕组,励磁绕组和控制绕组。其内部的转子是永磁铁或者是感应线圈,导磁材料,转子在由励磁绕组产生的旋转磁场的作用下转动。同时伺服电机自带编码器,驱动器实时的接受到编码器的反馈信号,再根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。由此不难看出,伺服电机的控制精确度很大程度决定于编码器的精度。
 
 
既然有了伺服电机那为何还要变频电机的存在?
 
目前比较通用的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服电机,但这种电机受工艺的限制,功率很难做大,十几千瓦以上的同步伺服价格昂贵。于是人们更愿意去选择控制性能略孙一筹的交流异步伺服电机。这时的驱动器就是由高端变频器和带编码器反馈环进行控制的。
 
变频电机在速度控制和力矩控制要求不高的场合应用较多,也有在加有位置反馈信号后构成位置闭环控制的变频电机,但其精度和响应都不高;伺服电机一般应用在有严格控制要求,精度和响应要求高的场合。
 
 
 
总的来说,能用变频控制的运动场合几乎都能用伺服控制取代。但伺服电机与变频电机在实际应用中,有两大明显区别。一是伺服电机的价格要远高于变频电机;二是变频器的功率最大能做到几百Kw,甚至更高,但伺服一般也就到几十Kw。
 
 
其实现实应用中大多数设备对电机的控制性能要求不高,对比伺服:其调速范围一般是:1:100(无编码器)/1:1000(带编码器),最大转矩:1.5倍额定即可。电机和驱动器的技术难度、方案及配置、价格都大幅度降低。而且功率范围宽,从几百瓦到上千KW不等。由于应用在各行各业,所以变频器的功能特别丰富,为了满足特定行业的需求,许多厂家都在开发行业专用型变频器,比较典型的有:电梯专用变频器、供水专用变频器等。价格低,覆盖范围宽是变频器的主要特点。电机可以是异步电机,也可以是同步电机。一般变频器只包括速度控制和电流控制两个环节。
 
可见,伺服驱动系统和变频控制系统是一对好搭档,可以以最优性价比组成一个系统或设备。
 
(文/小编)
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