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如何正确看清变频和伺服的区别

发布日期:2018-12-29 浏览次数:716
21世纪以来,随着工业4.0、中国智造2025的兴起,工业控制上经常会提出这么一个疑问:“伺服和变频两者之间,究竟有什么不同?” 那么接下来,小编将从以下几个方面来进行比较。如有讲解不到位的,还请各位看官多多包涵。

从定义看: 首先,从定义上来说,变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换成另一频率的电能控制装置,能实现对交流异步电机的软启动、变频调速、提高运转精度、改变功率因素等功能。 变频器可驱动变频电机、普通交流电机,主要是充当调节电机转速的角色。 伺服系统是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标(或给定值)的任意变化的自动控制系统。主要任务是按控制命令的要求、对功率进行放大、变换与调控等处理,使驱动装置输出的力矩、速度和位置控制的非常灵活方便。

伺服系统按所用驱动元件的类型可分为机电伺服系统、液压伺服系统和气动伺服系统。最基本的伺服系统包括伺服执行元件(电机、液压缸)、反馈元件和伺服驱动器。若想让伺服系统运转顺利还需要一个上位机构,PLC、以及专门的运动控制卡,工控机+PCI卡,以便给伺服驱动器发送指令。 总的来说,其两者在定义上的区别主要概括为一句话:变频器是以速度控制为目的,而伺服则是以位置控制为目的。


从电机看:        同步型交流伺服电动机虽较感应电动机复杂,但比直流电动机简单。它的定子与感应电动机一样,都在定子上装有对称三相绕组。而转子却不同,按不同的转子结构又分电磁式及非电磁式两大类。非电磁式又分为磁滞式、永磁式和反应式多种。其中磁滞式和反应式同步电动机存在效率低、功率因数较差、制造容量不大等缺点。数控机床中多用永磁式同步电动机。与电磁式相比,永磁式优点是结构简单、运行可靠、效率较高;缺点是体积大、启动特性欠佳。         但永磁式同步电动机采用高剩磁感应,高矫顽力的稀土类磁铁后,可比直流电动外形尺寸约小1/2,质量减轻60﹪,转子惯量减到直流电动机的1/5          它与异步电动机相比,由于采用了永磁铁励磁,消除了励磁损耗及有关的杂散损耗,所以效率高。又因为没有电磁式同步电动机所需的集电环和电刷等,其机械可靠性与感应(异步)电动机相同,而功率因数却大大高于异步电动机,从而使永磁同步电动机的体积比异步电动机小些。这是因为在低速时,感应(异步)电动机由于功率因数低,输出同样的有功功率时,它的视在功率却要大得多,而电动机主要尺寸是据视在功率而定的。

为了在电机内形成一个圆形旋转磁场,要求激磁电压Uf和控制电压UK之间应有90度的相位差,常用的方法有: 1)利用三相电源的相电压和线电压构成90度的移相 2)利用三相电源的任意线电压 3)采用移相网络 4)在激磁相中串联电容器 而三相异步电机是靠同时接入380V三相交流电源(相位差120度)供电的一类电动机,由于三相异步电机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速成旋转,存在转差率。



 
从技术指标看: 而关于技术指标方面进行的比较,小编主要从以下六点进行阐述: 1、过载能力不同 伺服驱动器一般具有3倍过载能力(现在也有少许伺服厂家可以做到3.5),可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩,而变频器一般允许1.5倍过载。



 
2、控制精度 伺服系统的控制精度远远高于变频,通常伺服电机的控制精度是由电机轴后端的编码器保证。市面上常用的编码器为增量式光电编码器与绝对值式光电编码器。


3、应用场合不同 变频与伺服是两个范畴的控制。前者属于传动控制领域,后者属于运动控制领域。一个是满足一般工业应用要求,对性能指标要求不高的应用场合,追求的是低成本。另一个则是追求高精度、高性能、高响应。



4、加减速性能不同。 在空载情况下伺服电机从静止状态加工到2000r/min,用时不会超20ms。电机的加速时间跟电机轴的惯量以及负载有关系。通常惯量越大加速时间越长。




 
5、动态特性  在自动化应用中,由于伺服系统常常需要应对较高的控制精度,以更快的速度对更加细微的误差作出响应,因此,其响应调节的时间周期也就必须更短,通常都得是毫秒甚至微秒级的。很多伺服产品的速度频响带宽都能够达到 kHz 级别。而反观一般的变频驱动产品,这个频响带宽往往也就在几百Hz


6、功率范围 由于伺服所面对的往往是那些要求高精度、高动态响应的应用环境,因此总体负载也会相对较轻,其总体输出功率的范围一般也就在几十千瓦以内,比起以动力传动见长的变频驱动系统来说会小很多;而那些负载较重的运控应用,通常都并不会有过高的响应特性需求,一般来说异步变频也是可以满足要求的。




从市场情况看          通过上述的讲解,想必大家对变频器与伺服在技术层面的区别有了一定的了解,接下里,小编打算从市场的角度来跟大家探讨一下两者的区别。       尽管我国的伺服技术起步较晚,由伺服电机、反馈装置与控制器组成的伺服系统才走过50个年头而已。但不可否认的是,中国制造业开始逐渐意识到伺服系统在提高产品竞争力方面发挥的作用越来越大。伺服系统强劲的市场需求开始渐露头角。相信不久之后,伺服系统新一轮的增长史必将续写另一个中国变频器的发展史。。为什么这么说呢?主要分析原因如下:



首先,随着中国经济整体形式的向好发展,很多伺服重点应用行业如机床、电子专用设备、医疗器械、混合动力汽车、新能源等行业因经济政治原因,恢复程度大大超过人们的预期水平。此等行业的发展直接导致伺服市场的需求旺盛,使得众多国产伺服品牌纷纷崛起。而随着工业化进程的加快,产业升级与进口替代也推动了伺服产品的大量使用,节能、增产效果日趋明显。值得一提的是,伺服应用技术在风力发电行业的初步成熟,暗示了节能减碳带给伺服的商机绝不亚于节能减排给高压变频器带来的机遇。




其次,在高端领域,用户在使用过程中最为看重的极大因素如稳定性、响应性、精度,都是伺服系统所具备的优势所在。在技术要求越来越高的今天,谁拥有最高的性能,谁就能获得用户青睐,价格已不再是阻碍伺服发展的决定因素。高端市场无疑被伺服占据着高地。而变频器只是在一些较为低端的简单领域发挥着作用。



据不完全统计,目前国内推出伺服产品的厂商差不多有几十家。一直以来,伺服领域的准入门槛比低压变频器领域高,许多厂商还是基于变频器技术基础上发展而来,像国内厂商汇川、英威腾、伟创等企业,已经将变频技术延续到伺服控制技术,并纯熟运用。在七大战略性新兴产业中,机械工业占了两个即高端装备制造业和新能源汽车,且其他五个战略性新兴产业也都需要机械工业的支撑。由此看来,制造业的发展也将给伺服发展带来新契机。



从伺服和变频器的市场竞争看   既然上面谈到了市场情况的区别,那两者在市场上也肯定是存在一定的竞争的,从某些方面来讲,由于变频器和伺服在性能和功能上的不同,所以应用也不大相同,主要的竞争集中在以下两点: 技术含量竞争。在相同的领域中,若采购方对机械的技术要求较高并较为复杂,则会选择伺服系统。反之则会选择变频器产品。



价格竞争。大多数采购方会顾虑成本,常常把技术忽略而首选价格较低的变频器。众所周知,伺服系统的价格差不多是变频器产品的几倍。



上述伺服和变频的技术比较,是从产品的角度,来看待它们二者之间的差别,总结成简短的一段话: l  变频器的功率较大,而伺服驱动功率较小; l  变频器一般用功率KW 表示,伺服驱动器一般强调转速和力矩; l  变频器是以速度控制为目的,而伺服是以位置控制为目的,使用的场景不同;


总而言之,在工业应用上来说,速度控制和力矩控制的场合要求不是很高的一般用变频器,在有严格位置控制要求的场合中智能用交流伺服驱动器来实现,还有就是伺服的响应速度远远大于变频,有些对速度的精度和响应要求高的场合也有用交流伺服驱动器控制,也就是说,能用变频控制的运动的场合几乎都能用交流伺服驱动器取代。 交流伺服驱动器作为现代工业自动化运动控制的支撑性技术之一,由于其高速控制精准、调速范围广、动态特性和效率高,广泛应用于机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、橡塑设备、电子半导体、风电/太阳能等新能源以及机器人自动化生产线等领域。

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