市場(chǎng)對(duì)于變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇

現(xiàn)代工業(yè)由于生產(chǎn)需求差異化，企業(yè)對(duì)工業(yè)設(shè)備的控制系統(tǒng)性能要求也不一樣。企業(yè)一要追求低成本，二要追求高精度、高性能、高響應(yīng)。而變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器則時(shí)可以實(shí)現(xiàn)企業(yè)兩種要求的控制設(shè)備。

一、變頻器的工作方式：

變頻器是應(yīng)用變頻技術(shù)與微電子技術(shù)的電能控制裝置，主要用于通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)工作電源頻率的方式來(lái)控制交流電動(dòng)機(jī)。變頻器能實(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟啟動(dòng)、改變功率、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、變頻調(diào)速因素等功能。變頻電機(jī)、普通交流電機(jī)等可通過(guò)變頻器來(lái)驅(qū)動(dòng)，主要是充當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的角色。變頻器通常由高容量電容、整流單元、逆變器和控制器四部分組成。

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。

二、伺服驅(qū)動(dòng)器的工作方式：

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!

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。

三、伺服驅(qū)動(dòng)器的工作原理：

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。

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))。

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。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。

四、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)對(duì)變頻器與伺服驅(qū)動(dòng)器的選擇：

盡管我國(guó)的伺服技術(shù)起步較晚，由伺服電機(jī)、反饋裝置與控制器組成的伺服系統(tǒng)才走過(guò)50個(gè)年頭而已。但不可否認(rèn)的是，中國(guó)制造業(yè)開(kāi)始逐漸意識(shí)到伺服系統(tǒng)在提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力方面發(fā)揮的作用越來(lái)越大。伺服系統(tǒng)強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求開(kāi)始漸露頭角。相信不久之后，伺服系統(tǒng)新一輪的增長(zhǎng)史必將續(xù)寫另一個(gè)“中國(guó)變頻器”的發(fā)展史。主要分析原因如下

首先，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)整體形勢(shì)的向好發(fā)展，很多伺服重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)如機(jī)床、電子專用設(shè)備、醫(yī)療器械、混合動(dòng)力汽車、新能源等行業(yè)因經(jīng)濟(jì)政治原因，恢復(fù)程度大大超過(guò)人們的預(yù)期水平。此等行業(yè)的發(fā)展直接導(dǎo)致伺服市場(chǎng)的需求旺盛，使得眾多國(guó)產(chǎn)伺服品牌紛紛崛起。

而隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)升級(jí)與進(jìn)口替代也推動(dòng)了伺服產(chǎn)品的大量使用，節(jié)能、增產(chǎn)效果日趨明顯。值得一提的是，伺服應(yīng)用技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的初步成熟，暗示了節(jié)能減碳帶給伺服的商機(jī)絕不亞于節(jié)能減排給高壓變頻器帶來(lái)的機(jī)遇。其次，在高端領(lǐng)域，用戶在使用過(guò)程中最為看重的幾大因素如穩(wěn)定性、響應(yīng)性、精度，都是伺服系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢(shì)所在。

在技術(shù)要求越來(lái)越高的今天，價(jià)格將不再是決定因素，性能才是伺服發(fā)展的必要條件。伺服占領(lǐng)高端市場(chǎng)，變頻器于中低端市場(chǎng)有不可動(dòng)搖的地位，因而對(duì)于中小企業(yè)來(lái)說(shuō)，附帶節(jié)能效果的變頻器將成為他們的首要選擇。