不管是美國(guó)的“工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”，德國(guó)的“工業(yè)4.0”，還是中國(guó)的“中國(guó)制造2025”，在電機(jī)的選擇上大多是伺服電機(jī)與變頻電機(jī)。但是要詳細(xì)的區(qū)分伺服電機(jī)與變頻電機(jī)，似乎并不是一件容易的事!  個(gè)概念是交流電機(jī)里的變頻與伺服。


首先說(shuō)一下變頻，因?yàn)樗欧姍C(jī)是在變頻電機(jī)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，變頻電機(jī)就是將用戶所輸入的頻率，電壓，電流（這個(gè)要么在面板上控制，電壓電流的話在節(jié)點(diǎn)上控制，說(shuō)明書(shū)上很詳細(xì)），然后利用參數(shù)通過(guò)電力電子器件把工頻電壓轉(zhuǎn)換為所需要的電壓，直接反映在電機(jī)轉(zhuǎn)速上。



然后是伺服電機(jī)，它與變頻電機(jī) 主要的區(qū)別是自身帶有編碼器，然后將其傳輸?shù)剿欧姍C(jī)驅(qū)動(dòng)器里面，再利用控制理論，比如增益，調(diào)節(jié)時(shí)間，簡(jiǎn)單的說(shuō)伺服電機(jī)所構(gòu)成的是一閉環(huán)控制系統(tǒng)，還有啟動(dòng)快，停止快，帶負(fù)載能力也較變頻電機(jī)好，有了這些特性，也就造就了速度，轉(zhuǎn)矩，位置三中控制方式，對(duì)于要求較高的場(chǎng)合，應(yīng)用較多。

變頻器就像是節(jié)奏大師手里的那把琴，琴聲可千變?nèi)f化!類似的，變頻是將工頻的50Hz,60Hz的交流電先整流成直流電，然后通過(guò)可控開(kāi)關(guān)器件(IGBT,IGCT等)，載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形。簡(jiǎn)單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度。但現(xiàn)在很多變頻電機(jī)已經(jīng)將交流電機(jī)的定子磁場(chǎng)UVW3相轉(zhuǎn)化為可以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩兩個(gè)電流的分量。這樣既可以控制電機(jī)的速度也可以控制電機(jī)的力矩。


伺服控制可比作是捕食時(shí)的蒼鷹。蒼鷹捕食動(dòng)作之快，目標(biāo)定位之準(zhǔn)!同樣的伺服控制就是 定位和快速響應(yīng)。伺服是將電流環(huán)、速度環(huán)、位置環(huán)都閉合才能進(jìn)行的控制。交流伺服的本質(zhì)就是在直流電機(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)。



從功能看，伺服的功能主要是：

1、速度控制
2、轉(zhuǎn)矩控制
3、位置控制（含定位和跟蹤）。
從控制看，伺服一般是三環(huán)系統(tǒng)：外環(huán)位置環(huán)，內(nèi)環(huán)依次為速度還和電流環(huán)

知道伺服電機(jī)的內(nèi)部構(gòu)造就可揭開(kāi)伺服電機(jī)的面紗。

伺服電機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成，定子上有兩個(gè)繞組，勵(lì)磁繞組和控制繞組。其內(nèi)部的轉(zhuǎn)子是永磁鐵或者是感應(yīng)線圈，導(dǎo)磁材料，轉(zhuǎn)子在由勵(lì)磁繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)。同時(shí)伺服電機(jī)自帶編碼器，驅(qū)動(dòng)器實(shí)時(shí)的接受到編碼器的反饋信號(hào)，再根據(jù)反饋值與目標(biāo)值進(jìn)行比較來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。由此不難看出，伺服電機(jī)的控制精確度很大程度決定于編碼器的精度。




既然有了伺服電機(jī)那為何還要變頻電機(jī)的存在?


目前比較通用的交流伺服電機(jī)多為永磁同步交流伺服電機(jī)，但這種電機(jī)受工藝的限制，功率很難做大，十幾千瓦以上的同步伺服價(jià)格昂貴。于是人們更愿意去選擇控制性能略孫一籌的交流異步伺服電機(jī)。這時(shí)的驅(qū)動(dòng)器就是由 變頻器和帶編碼器反饋環(huán)進(jìn)行控制的。

變頻電機(jī)在速度控制和力矩控制要求不高的場(chǎng)合應(yīng)用較多，也有在加有位置反饋信號(hào)后構(gòu)成位置閉環(huán)控制的變頻電機(jī)，但其精度和響應(yīng)都不高;伺服電機(jī)一般應(yīng)用在有嚴(yán)格控制要求，精度和響應(yīng)要求高的場(chǎng)合。



總的來(lái)說(shuō)，能用變頻控制的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合幾乎都能用伺服控制取代。但伺服電機(jī)與變頻電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中，有兩大明顯區(qū)別。一是伺服電機(jī)的價(jià)格要遠(yuǎn)高于變頻電機(jī);二是變頻器的功率 能做到幾百Kw，甚至更高，但伺服一般也就到幾十Kw。

其實(shí)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中大多數(shù)設(shè)備對(duì)電機(jī)的控制性能要求不高，對(duì)比伺服：其調(diào)速范圍一般是：1:100（無(wú)編碼器）/1:1000(帶編碼器）， 轉(zhuǎn)矩：1.5倍額定即可。電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的技術(shù)難度、方案及配置、價(jià)格都大幅度降低。而且功率范圍寬，從幾百瓦到上千KW不等。由于應(yīng)用在各行各業(yè)，所以變頻器的功能特別豐富，為了滿足特定行業(yè)的需求，許多廠家都在開(kāi)發(fā)行業(yè) 型變頻器，比較典型的有：電梯 變頻器、供水 變頻器等。價(jià)格低，覆蓋范圍寬是變頻器的主要特點(diǎn)。電機(jī)可以是異步電機(jī)，也可以是同步電機(jī)。一般變頻器只包括速度控制和電流控制兩個(gè)環(huán)節(jié)。


可見(jiàn)，伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和變頻控制系統(tǒng)是一對(duì)好搭檔，可以以 性價(jià)比組成一個(gè)系統(tǒng)或設(shè)備。