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详解伺服驱动器和变频器的区别

  伺服驱动器(servo drives)又称为“伺服独揽器”、“伺服放大器”,是用来独揽伺服电机的一种独揽器,其用意肖似于变频器用意于通俗互换马达,属于伺服体例的一一面,苛重行使于高精度的定位体例。通常是通过位子、速率和力矩三种方法对伺服电机举行独揽,竣工高精度的传动体例定位,目前是传动本事的高端产物。

  伺服驱动器是今世运动独揽的苛重构成一面,被渊博行使于工业机械人及数控加工中央等自愿妆扮备中。特别是行使于独揽互换永磁同步电机的伺服驱动器仍旧成为邦外里讨论热门。现在互换伺服驱动器计划中众数采用基于矢量独揽的电流、速率、位子3闭环独揽算法。该算法中速率闭环计划合理与否,关于整体伺服独揽体例,额外是速率独揽机能的阐扬起到枢纽用意 [1] 。

  正在伺服驱动器速率闭环中,电机转子及时速率丈量精度关于改正速率环的转速独揽消息态性格至合苛重。为寻求丈量精度与体例本钱的平均,通常采用增量式光电编码器行动测速传感器,与其对应的常用测速手段为M/T测速法。M/T测速法固然具有必定的丈量精度和较宽的丈量领域,但这种手段有其固有的缺陷,苛重网罗:1)测速周期内必需检测到起码一个完美的码盘脉冲,限定了最低可测转速;2)用于测速的2个独揽体例按时器开合难以苛峻维系同步,正在速率改变较大的丈量局面中无法确保测速精度。因而行使该测速法的古代速率环计划计划难以降低伺服驱动器速率扈从与独揽机能 。

  可能竣工斗劲繁杂的独揽算法,竣工数字化、收集化和智能化。功率器件众数采用以智能功率模块(IPM)为主题计划的驱动电途,IPM内部集成了驱动电途,同时具有过电压、过电流、过热、欠压等窒碍检测回护电途,正在主回途中还参预软启动电途,以减小启动进程对驱动器的攻击。功率驱动单位最先通过三相全桥整流电途对输入的三相电或者市电举行整流,获得相应的直流电。通过整流好的三相电或市电,再通过三相正弦PWM电压型逆变器变频来驱动三相永磁式同步互换伺服电机。功率驱动单位的整体进程可能大略的说便是AC-DC-AC的进程。整流单位(AC-DC)苛重的拓扑电途是三相全桥不控整流电途。

  跟着伺服体例的大范畴行使,伺服驱动器行使、伺服驱动器调试、伺服驱动器维修都是伺服驱动器正在当今斗劲苛重的本事课题,越来越众工控本事任事商对伺服驱动器举行了本事深主意讨论。

  伺服驱动器是今世运动独揽的苛重构成一面,被渊博行使于工业机械人及数控加工中央等自愿妆扮备中。特别是行使于独揽互换永磁同步电机的伺服驱动器仍旧成为邦外里讨论热门。现在互换伺服驱动器计划中众数采用基于矢量独揽的电流、速率、位子3闭环独揽算法。该算法中速率闭环计划合理与否,关于整体伺服独揽体例,额外是速率独揽机能的阐扬起到枢纽用意。

  为了确保临盆率和加工质料,除了哀求有较高的定位精度外,还哀求有优秀的急迅反映性格,即哀求跟踪指令信号的反映要速,由于数控体例正在启动、制动时,哀求加、减加快率足够大,缩短进给体例的过渡进程期间,减小轮廓过渡差错。

  通常来说,伺服驱动用具罕有分钟乃至半小时内1.5倍以上的过载本事,正在短期间内可能过载4~6倍而不损坏。

  哀求数控机床的进给驱动体例牢靠性高、处事安稳性好,具有较强的温度、湿度、振动等情况合适本事和很强的抗作对的本事。

  1、从最低速到最高速电机都能安稳运转,转矩振动要小,特别正在低速如0.1r/min或更低速时,仍有安稳的速率而无匍匐地步。

  2、电机应具有大的较永恒间的过载本事,以知足低速大转矩的哀求。通常直流伺服电机哀求正在数分钟内过载4~6倍而不损坏。

  3、为了知足急迅反映的哀求,电机应有较小的转动惯量和大的堵转转矩,并具有尽恐怕小的期间常数和启动电压。

  目前,伺服驱动器的测试平台苛重有以下几种:采用伺服驱动器电动机互馈对拖的测试平台、采用可调模仿负载的测试平台、采用有施行电机而没有负载的测试平台、采用施行电机拖动固有负载的测试平台和采用正在线测试手段的测试平台 。

  这种测试体例由四一面构成,分袂是三相PWM整流器、被测伺服驱动器电动机体例、负载伺服驱动器电动机体例及上位机,此中两台电动机通过联轴器彼此贯穿。被测电动机处事于电动状况,负载电动机处事于发电状况。被测伺服驱动器电动机体例处事于速率闭环状况,用来独揽整体测试平台的转速,负载伺服驱动器电动机体例处事于转矩闭环状况,通过独揽负载电动机的电流来厘革负载电动机的转矩巨细,模仿被测电机的负载改变,如许互馈对拖测试平台可能竣工速率和转矩的乖巧调剂,杀青各式试验功用测试。上位机用于监控整体体例的运转,遵照试验哀求向两台伺服驱动器发出独揽指令,同时授与它们的运转数据,并对数据举行保留、理会与显示。

  关于这种测试体例,采用高机能的矢量独揽方法对被测电动机和负载装备分袂举行速率和转矩独揽,即可模仿各式负载情状下伺服驱动器的动、静态机能,杀青对伺服驱动器的全体而切确的测试。但因为行使了两套伺服驱动器电动机体例,因此这种测试体例体积宏壮,不行知足便携式的哀求,并且体例的丈量和独揽电途也斗劲繁杂、本钱也很高。

  这种测试体例由三一面构成,分袂是被测伺服驱动器电动机体例、可调模仿负载及上位机。可调模仿负载如磁粉制动器、电力测功机等,它和被测电动机同轴相连。上位机和数据搜罗卡通过独揽可调模仿负载来独揽负载转矩,同时搜罗伺服体例的运转数据,并对数据举行保留、理会与显示。关于这种测试体例,通过对可调模仿负载举行独揽,也可模仿各式负载情状下伺服驱动器的动、静态机能,杀青对伺服驱动器的全体而切确的测试。但这种测试体例体积仍旧斗劲大,不行知足便携式的哀求,并且体例的丈量和独揽电途也斗劲繁杂、本钱也很高。

  这种测试体例由两一面构成,分袂是被测伺服驱动器电动机体例和上位机。上位机将速率指令信号发送给伺服驱动器,伺服驱动器依据指令起源运转。正在运转进程中,上位机和数据搜罗电途搜罗伺服体例的运转数据,并对数据举行保留、理会与显示。因为这种测试体例中电机不带负载,因此与前面两种测试体例比拟,该体例体积相对减小,并且体例的丈量和独揽电途也斗劲大略,不过这也使得该体例不行模仿伺服驱动器的实质运转情状。平时情状下,此类测试体例仅用于被测体例正在空载情状下的转速和角位移的测试,而不行对伺服驱动器举行全体而切确的测试。

  这种测试体例由三一面构成,分袂是被测伺服驱动器电动机体例、体例固有负载及上位机。上位机将速率指令信号发送给伺服驱动器,伺服体例依据指令起源运转。正在运转进程中,上位机和数据搜罗电途搜罗伺服体例的运转数据,并对数据举行保留、理会与显示。

  关于这种测试体例,负载采用被测体例的固有负载,因而测试进程逼近于伺服驱动器的实质处事情状,测试结果斗劲切确。但因为有的被测体例的固有负载禁止易从配备上移走,因而测试进程只可正在配备进取行,不是很容易。

  这种测试体例只要数据采全体例和数据统治单位。数字采全体例将伺服驱动器正在配备中的及时运转状况信号举行搜罗和诊治,然后送给数据统治单位供其举行统治和理会,最终由数据统治单位做出测试结论。因为采用正在线测试手段,因而这种测试体例组织斗劲大略,并且无须将伺服驱动器从配备平分离出来,使测试特别方便。此类测试体例一律遵照伺服驱动器正在实质运转中举行测试,因而测试结论特别逼近实质情状。不过因为很众伺服驱动器正在创设和装置方面的特质,此类测试体例中的各式传感器及信号丈量元件的安设位子很难选取。并且配备中的其它一面假如展示窒碍,也会给伺服驱动器的处事状况酿成不良影响,最终影响其测试结果。

  伺服驱动器是用来驱动伺服电机的,伺服电机可能是步进电机,也可能是互换异步电机,苛重为了竣工急迅、准确定位,像那种走走停停、精度哀求很高的场适用的许众。

  变频器便是为了将工频互换电变频成适合调剂电机速率的电流,用以驱动电机,现正在有的变频器也可能竣工伺服独揽了,也便是可能驱动伺服电机,但伺服驱动器和变频器依然不相通的!可伺服和变频器的区别原形是什么,请看小编为您理会。

  变频器是诈欺电力半导体器件的通断用意将工频电源变换成另一频率的电能独揽装配,能竣工对互换异步电机的软启动、变频调速、降低运转精度、厘革功率身分等功用。变频器可驱动变频电机、通俗互换电机,苛重是充任调剂电机转速的脚色。变频器平时由整流单位、高容量电容、逆变器和独揽器四一面构成。

  伺服体例是使物体的位子、方位、状况等输出被控量可能扈从输入标的(或给定值)的随便改变的自愿独揽体例。苛重工作是按独揽敕令的哀求、对功率举行放大、变换与调控等统治,使驱动装配输出的力矩、速率和位子独揽的相当乖巧容易。

  伺服体例是用来准确地扈从或复现某个进程的反应独揽体例。又称随动体例。正在许众情状下,伺服体例专指被独揽量(体例的输出量)是刻板位移或位移速率、加快率的反应独揽体例,其用意是使输出的刻板位移(或转角)切确地跟踪输入的位移(或转角)。伺服体例的组织构成和其他款式的反应独揽体例没有规则上的区别。

  伺服体例按所用驱动元件的类型可分为机电伺服体例、液压伺服体例和气动伺服体例。最根基的伺服体例网罗伺服施行元件(电机、液压缸)、反应元件和伺服驱动器。若思让伺服体例运转顺手还须要一个上位机构,PLC、以及特意的运动独揽卡,工控机+PCI卡,以便给伺服驱动器发送指令。

  变频器的调速道理苛重受制于异步电动机的转速n、异步电动机的频率f、电动机转差率s、电动机极对数p这四个身分。转速n与频率f成正比,只须厘革频率f即可厘革电动机的转速,当频率f正在0-50Hz的领域内改变时,电动机转速调剂领域相当宽。变频调速便是通过厘革电动机电源频率竣工速率调剂的。苛重采用交直交方法,先把工频互换电源通过整流器转换成直流电源,然后再把直流电源转换成频率、电压均可独揽的互换电源以提供电动机。变频器的电途通常由整流、中心直流合头、逆变和独揽4个一面构成。整流一面为三相桥式不成控整流器,逆变一面为IGBT三相桥式逆变器,且输出为PWM波形,中心直流合头为滤波、直流储能温存冲无功功率。

  伺服体例的处事道理大略的说便是正在开环独揽的交直流电机的根底大将速率和位子信号通过盘旋编码器、旋蜕化压器等反应给驱动器做闭环负反应的PID调剂独揽。再加上驱动器内部的电流闭环,通过这3个闭环调剂,使电机的输出对设定值跟从的切确性和期间反映性格都降低许众。伺服体例是个动态的随动体例,到达的稳态平均也是动态的平均。

  互换伺服的本事自身便是模仿并行使了变频的本事,正在直流电机的伺服独揽的根底上通过变频的PWM方法模拟直流电机的独揽方法来竣工的,也便是说互换伺服电机必定有变频的这一合头:变频便是将工频的50、60HZ的互换电先整流成直流电,然后通过可独揽门极的种种晶体管(IGBT,IGCT等)通过载波频率和PWM调剂逆变为频率可调的波形肖似于正余弦的脉动电,因为频率可调,因此互换电机的速率就可调了(n=60f/p,n转速,f频率,p极对数)。

  1. 过载本事分别。伺服驱动器通常具有3倍过载本事,可用于战胜惯性负载正在启动霎时的惯性力矩,而变频器通常准许1.5倍过载。

  2. 独揽精度。伺服体例的独揽精度远远高于变频,平时伺服电机的独揽精度是由电机轴后端的盘旋编码器确保。有些伺服体例的独揽精度乃至到达1:1000。

  3. 行使局面分别。变频独揽与伺服独揽是两个周围的独揽。前者属于传动独揽范畴,后者属于运动独揽范畴。一个是知足通常工业行使哀求,对机能目标哀求不高的行使局面,找寻的是低本钱。另一个则是找寻高精度、高机能、高反映。

  4. 加减速机能分别。正在空载情状下伺服电机从静止状况加工到2000r/min,用时不会超20ms。电机的加快期间跟电机轴的惯量以及负载相合系。平时惯量越大加快期间越长。

  纵然我邦的伺服本事起步较晚,由伺服电机、反应装配与独揽器构成的伺服体例才走过50个岁首云尔。但不成抵赖的是,中邦创设业起源逐步认识到伺服体例正在降低产物角逐力方面阐扬的用意越来越大。伺服体例强劲的商场需求起源渐露头角。自信不久之后,伺服体例新一轮的增进史必将续写另一个“中邦变频器”的发达史。苛重理会由来如下:

  最先,跟着中邦经济满堂款式的向好发达,许众伺服中心行使行业如机床、电子专用装备、医疗用具、羼杂动力汽车、新能源等行业因经济政事由来,规复水平大大进步人们的预期秤谌。此等行业的发达直接导致伺服商场的需求繁盛,使得浩瀚邦产伺服品牌纷纷振兴。而跟着工业化历程的加快,财产升级与进口代替也饱吹了伺服产物的巨额行使,节能、增产效益日趋昭着。值得一提的是,伺服行使本事正在风力发电行业的开始成熟,示意了节能减碳带给伺服的商机毫不亚于节能减排给高压变频器带来的机缘。

  其次,正在高端范畴,用户正在行使进程中最为崇拜的极大身分如安稳性、反映性、精度,都是伺服体例所具备的上风所正在。正在本事哀求越来越高的本日,谁具有最高的机能,谁就能获取用户青睐,代价已不再是打击伺服发达的决断身分。高端商场无疑被伺服攻陷着高地。而变频器只是正在极少较为低端的大略范畴阐扬着用意。

  据纷歧律统计,目前邦内推出伺服产物的厂商差不众有二十余家。不断此后,伺服范畴的准初学槛比低压变频器范畴高,很众厂商依然基于变频器本事根底上发达而来,像邦产厂商汇川等企业,就仍旧起源初尝伺服财产为企业带来的实质效益。汇川原有的研发气力为其正在伺服范畴藏身供应有用维持,而品牌影响力擢升、产能开释和细分行业延长,使得其正在伺服商场的位置将逐年擢升,2010年其伺服发卖额就达1亿众黎民币。究其转向伺服产物的最终由来,邦度伺服发达策略向好可刀刀睹血玄机。正在七大策略性新兴财产中,刻板工业占了两个即高端配备创设业和新能源汽车,且其他五个策略性新兴财产也都须要刻板工业的维持。由此看来,创设业的发达也将给伺服发达带来新契机。

  因为变频器和伺服正在机能和功用上的分别,因此行使也不大一致,苛重的角逐蚁合正在:

  本事含量角逐。正在一致的范畴中,若采购方对刻板的本事哀求较高并较为繁杂,则会选取伺服体例。反之则会选取变频器产物。如极少数控机床、电子专用装备等高科技刻板均会首选伺服产物。

  代价角逐。大大都采购方会顾虑本钱,频频把本事马虎而首选代价较低的变频器。有目共睹,伺服体例的代价差不众是变频器产物的几倍。

  纵然目前伺服体例的行使还未普及,特别是邦产伺服体例,被行使的局面比拟外洋伺服产物少之甚少。但跟着工业化历程的加快,人们将逐步认识到伺服体例的上风所正在,伺服体例也将获取采购商的认同。同样,邦产伺服本事也不会止步不前,不管是基于丰盛的利润回报依然兴盛邦度的史册工作感,自信会有越来越众的厂商将加入到伺服体例的研发范畴中。届时将迎来中邦“伺服财产”的腾达工夫。

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