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伺服系統(tǒng)和變頻器的區(qū)別解析

時(shí)間:2018-01-04 11:23:03來(lái)源:網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載

導(dǎo)語(yǔ):?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,讓我們一起來(lái)探個(gè)究竟。

導(dǎo)讀

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,讓我們一起來(lái)探個(gè)究竟。

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)。又稱隨動(dòng)系統(tǒng)。在很多情況下,伺服系統(tǒng)專指被控制量(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、以及專門的運(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/p,n轉(zhuǎn)速,f頻率,p極對(duì)數(shù))。

兩者區(qū)別

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)。

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