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变频其实是指电力传动的工作方式和结构原理,而伺服强调的是控制性能和应用结果,二者并不是同一个范畴内的概念。如果真的要把他们放在一起比较的话,或许用“同样采用变频驱动技术,交流伺服与一般的变频(电机)驱动系统相比有哪些特别之处”这样的提法会显得更合适些。
一般的变频驱动系统,解决的是为设备机电系统提供机械传动所需动力的问题,用以驱动负载产生速度、压力,有时也会用于实现简单的位置控制;而伺服系统的目的则是为了给系统提供高动态、高精度的位置、速度或转矩/力的控制。正是这种在应用对象上的巨大差别,让这两种“变频驱动”系统在很多方面都表现出极大的差异。具体来说,可以从以下几个方面进行比较:
01控制接口
普通变频驱动系统对于速度、压力、位置...等应用对象在指令更新的时间精度上往往并没有太高的要求,这当然与其相对较低的应用精度有很大的关系。新的控制指令数据早晚几个毫秒送达,对驱动性能的影响几乎可以不用考虑,输入指令的刷新周期出现个几毫秒甚至几十毫秒的偏差,基本上也是可以接受的。因此,我们可以看到以往的变频器通常会采用模拟量或者现场总线作为其控制指令的输入端口;而尽管现在以太网技术在变频器产品中已经越来越普及,但却也很少有使用实时以太网的。
而伺服系统就不同了,较高的控制精度要求其必须将每次指令更新的时间刻度精确到微妙级,并能够以极为确定的时间周期进行实时的数据交互。否则,失之毫厘便会谬以千里,无法达到所需的运动控制性能。这就是为什么长期以来,伺服驱动器都需要使用高频脉冲串和专用运控总线作为控制输入的一个重要原因;而如果要将以太网作为伺服驱动的控制端口,则必须采用具备时间确定性的实时以太网技术。
02动态特性
在自动化应用中,只要是闭环控制系统,就需要能够在一定的时间窗口内对应用负载端的动作偏差作出反应并及时调节,变频驱动如此,交流伺服也是一样。但由于伺服系统常常需要应对较高的控制精度,须能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。与此相对应,很多伺服产品的速度频响带宽(BandWidth)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。
03应用反馈
要能够及时响应应用端的动作误差,自然离不开来自负载侧的速度和位置反馈。正如前文中所述,系统中是否有用于实现控制的面向应用对象的反馈机制,是伺服区别于一般的电机传动技术的一个重要标志。同时,还是因为在控制精度和响应速度上的高要求,伺服应用的反馈往往需要具备极高的测量精度和分辨率,以做到对包括速度、压力、位置...等在内的应用对象的任何细微动态变化都足够敏感,在这种情况下,几千线的电机反馈,其实已经很难满足伺服应用的性能要求了。