伺服驅(qū)動器和變頻器兩者有何異同？

變頻器和伺服驅(qū)動器作為傳動系統(tǒng)中應用最廣泛的驅(qū)動設(shè)備，兩者穩(wěn)穩(wěn)地占據(jù)著驅(qū)動領(lǐng)域的絕大部分地盤。

談起兩者的區(qū)別，很多人只知道變頻器常用于低端機械設(shè)備，而伺服驅(qū)動器則多用于高端機械設(shè)備，這是一種比較籠統(tǒng)的說法，今天我們來認知一下兩者的異同~~~

一、兩者的定義

變頻器是利用電力半導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，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能。變頻器可驅(qū)動變頻電機、普通交流電機，主要是充當調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的角色。變頻器通常由整流單元、中間電路、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(或給定值)的任意變化的自動控制系統(tǒng)。主要任務(wù)是按控制命令的要求、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動裝置輸出的力矩、速度和位置控制的非常靈活方便。

伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。又稱隨動系統(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械位移(或轉(zhuǎn)角)準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)沒有原則上的區(qū)別。

伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動元件的類型可分為機電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件(電機、液壓缸)、反饋元件和伺服驅(qū)動器。若想讓伺服系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利還需要一個上位機構(gòu)，PLC、以及專門的運動控制卡，工控機+PCI卡，以便給伺服驅(qū)動器發(fā)送指令。

二、兩者的工作原理

變頻器的調(diào)速原理主要受制于異步電動機的轉(zhuǎn)速n、異步電動機的頻率f、電動機轉(zhuǎn)差率s、電動機極對數(shù)p這四個因素。轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速，當頻率f在0-50Hz的范圍內(nèi)變化時，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。

變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(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機。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、直流儲能和緩沖無功功率。

伺服系統(tǒng)的工作原理簡單的說就是在開環(huán)控制的交直流電機的基礎(chǔ)上將速度和位置信號通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動器做閉環(huán)負反饋的PID調(diào)節(jié)控制。再加上驅(qū)動器內(nèi)部的電流閉環(huán)，通過這3個閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機的輸出對設(shè)定值追隨的準確性和時間響應特性都提高很多。伺服系統(tǒng)是個動態(tài)的隨動系統(tǒng)，達到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動態(tài)的平衡。

三、兩者的共同特點 交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應用了變頻的技術(shù)，在直流電機的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現(xiàn)的，也就是說交流伺服電機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，然后通過可控制門極的各類晶體管(IGBT，IGCT等)通過載波頻率和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電，由于頻率可調(diào)，所以交流電機的速度就可調(diào)了(n=60f/p，n轉(zhuǎn)速，f頻率，p極對數(shù))。 四、兩者的區(qū)別

1. 過載能力不同。伺服驅(qū)動器一般具有3倍過載能力，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩，而變頻器一般允許1.5倍過載。

2. 控制精度。伺服系統(tǒng)的控制精度遠遠高于變頻，通常伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。有些伺服系統(tǒng)的控制精度甚至達到1：1000

3. 應用場合不同。變頻控制與伺服控制是兩個范疇的控制。前者屬于傳動控制領(lǐng)域，后者屬于運動控制領(lǐng)域。一個是滿足一般工業(yè)應用要求，對性能指標要求不高的應用場合，追求的是低成本。另一個則是追求高精度、高性能、高響應。

4. 加減速性能不同。在空載情況下伺服電機從靜止狀態(tài)加工到2000r/min，用時不會超20ms。電機的加速時間跟電機軸的慣量以及負載有關(guān)系。通常慣量越大加速時間越長。

五、兩者的市場競爭

由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應用也不大相同，主要的競爭集中在：

技術(shù)含量競爭。在相同的領(lǐng)域中，若采購方對機械的技術(shù)要求較高并較為復雜，則會選擇伺服系統(tǒng)。反之則會選擇變頻器產(chǎn)品。如一些數(shù)控機床、電子專用設(shè)備等高科技機械均會首選伺服產(chǎn)品。

價格競爭。大多數(shù)采購方會顧慮成本，常常把技術(shù)忽略而首選價格較低的變頻器。眾所周知，伺服系統(tǒng)的價格差不多是變頻器產(chǎn)品的幾倍。

盡管目前伺服系統(tǒng)的應用還未普及，尤其是國產(chǎn)伺服系統(tǒng)，被應用的場合相比國外伺服產(chǎn)品少之甚少。但隨著工業(yè)化進程的加快，人們將逐漸意識到伺服系統(tǒng)的優(yōu)勢所在，相信會有越來越多的廠商將投入到伺服系統(tǒng)的研發(fā)領(lǐng)域中。屆時將迎來中國“伺服產(chǎn)業(yè)”的鼎盛時期。

審核編輯：湯梓紅