异步伺服电机(伺服和变频两种电机都有哪些区别？)

Posted 2023-05-25

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异步伺服电机(伺服和变频两种电机都有哪些区别？)

通常的变频电机（以下简称-VFD）只能调节交流电机的速度，可以是开环也可以是闭环，取决于控制方式和VFD。这就是传统的V/F控制模式。

伺服的基本概念是准确、精确和快速定位。变频是伺服控制必要的内在环节，变频(无级调速)也存在于伺服驱动器中。但是伺服控制的是电流环，速度环还是位置环，这是很大的区别。另外，伺服电机的结构不同于普通电机，需要满足快速响应和精确定位的要求。

目前市场上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这类电机受工艺限制，难以实现大功率。10 KW以上的同步伺服极其昂贵，所以在现场应用允许的情况下，往往采用交流异步伺服。这时候很多驱动器都是高端VFD带编码器反馈闭环控制。所谓伺服，就是满足准确、精密、快速定位的要求，只要满足，就不存在伺服变频的争议。

首先，两者有共同之处:

交流伺服的技术本身就是对变频技术的借鉴和应用。它是在DC电机伺服控制的基础上，通过变频PWM方式模仿DC电机的控制方式实现的。也就是说，交流伺服电机必须有变频这个环节:变频是先将50、60HZ的交流电源频率整流成DC电源，再通过各种晶体管(IGBT、IGCT等。)通过调整载波频率和PWM转换成类似正弦和余弦的频率可调波形的脉动电。由于频率可调，交流电机的速度也可以调节(n=60f/p，n速度，f频率，p极数)

二、说说VFD:

简单的VFD只能调节交流电机的速度，可以是开环也可以是闭环，取决于控制方式和VFD。这就是传统的V/F控制模式。目前，很多变频已经通过建立数学模型，将交流电机的定子磁场UVW3相转化为控制电机转速和转矩的两个电流分量。现在能控制转矩的VFD大部分知名品牌都是采用这种方式，UVW每相输出加入霍尔效应电流检测装置，经过采样反馈后形成闭环负反馈电流环的PID调节。ABB的变频也提出了不同于这种方式的直接转矩控制技术。详情请参考相关资料。这样可以控制电机的转速和转矩，速度控制精度优于v/f控制。编码器反馈可以加也可以不加，加了控制精度和响应特性都好很多。

三、谈谈伺服:

驱动器:伺服驱动器在发展变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环、速度环、位置环(VFD无此环)进行了更加精确的控制技术和算法运算，在功能上也比传统变频强大很多。要点是可以进行精确的位置控制。速度和位置由上位控制器发送的脉冲序列控制(当然有些伺服机内部集成了控制单元或者直接通过总线通讯在驱动器中设置位置和速度等参数)。驱动程序内部的算法，更快更精确的计算和性能更好的电子设备使其优于VFD。

电机:伺服电机的材料、结构、加工工艺远高于VFD驱动的交流电机(一般交流电机或恒转矩恒功率变频电机)。也就是说，当驱动器输出电流、电压、频率快速变化的电源时，伺服电机能够响应电源的变化，其响应特性和抗过载能力远高于VFD驱动的交流电机。电机性能的严重差异也是两者差异的根源。也就是说，不是VFD输出不了变化这么快的功率信号，而是电机本身反应不过来。所以为了保护电机，在设定变频内部算法时，做了相应的过载设定。当然，即使不设置VFD的输出能力，也还是有限的。有些优秀的VFD可以直接驱动伺服电机！！！

四、谈谈交流电机:

交流电机一般分为同步电机和异步电机。

1.交流同步电机:即转子由永磁材料制成，所以旋转后，随着电机定子旋转磁场的变化，转子的转速也响应频率而变化，转子转速=定子转速，故称“同步”。

2.交流异步电动机:转子由感应线圈和材料组成。定子旋转后产生旋转磁场，切割定子的感应线圈，转子线圈产生感应电流，然后转子产生感应磁场。感应磁场跟随定子旋转磁场的变化，但转子磁场的变化总是小于定子。一旦等于不变磁场，转子线圈失去感应电流，转子磁场消失，转子失速与定子产生速度差，重新获得感应电流。。。因此，交流异步电动机中的一个关键参数是转差率，即转子和定子之间的速度差的比值。

3.对应交流同步和异步电机VFD，就有对应的同步VFD和异步VFD。伺服电机也有交流同步伺服和交流异步伺服。当然，交流异步变频常见于VFD，交流同步伺服常见于伺服。

五、应用

因为VFD和伺服在性能和功能上不同，所以应用也不同:

1.在转速控制和转矩控制的情况下，要求不是很高。一般用VFD，加上上位反馈信号形成闭环，用变频进行位置控制，所以精度和响应都不高。现在的一些VFD也接受脉冲序列信号来控制速度，但是好像不能直接控制位置。

2.在位置控制要求严格的场合只能用伺服来实现，伺服的响应速度比变频快得多。一些对速度精度和响应要求高的场合也采用伺服控制，几乎所有可以变频控制的场合都可以用伺服代替。关键有两点:一是价格伺服远高于变频；二、功率原因:最大变频可以几百KW，甚至更高，最大伺服几十KW。

本文转载自三科变频器官网