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聊聊伺服电机、变频电机、普通电机之间的那些事
来源:来源互联⽹，侵删 | 作者:降魔神兵 | 发布时间: 2019-12-31 | 441 次浏览 | 分享到:
聊聊伺服电机、变频电机、普通电机之间的那些事
伺服的基本概念是准确、精确、快速定位。变频是伺服控制的⼀个必须的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频（要进⾏⽆级调速）。但伺服将电流环速度环或者位置环都闭合进⾏控制，这是很⼤的区别。除此外，伺服电机的构造与普通电机是有区别的，要满⾜快速响应和准确定位。
现在市⾯上流通的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受⼯艺限制，很难做到很⼤的功率，⼗⼏KW以上的同步伺服价格及其昂贵，这样在现场应⽤允许的情况下多采⽤交流异步伺服，这时很多驱动器就是⾼端变频器，带编码器反馈闭环控制。所谓伺服就是要满⾜准确、精确、快速定位，只要满⾜就不存在伺服变频之争。

⼀、两者的共同点
交流伺服的技术本⾝就是借鉴并应⽤了变频的技术，在直流电机的伺服控制的基础上通过变频的PWM⽅式模仿直流电机的控制⽅式来实现的，也就是说交流伺服电机必然有变频的这⼀环节。
 
变频就是将⼯频的50、60HZ的交流电先整流成直流电，然后通过可控制⻔极的各类晶体管（IGBT，IGCT等）通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的波形类似于正余弦的脉动电，由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n=60f/p ，n转速，f频率， p极对数）。

⼆、谈谈变频器
简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环，要视控制⽅式和变频器⽽定，这就是传统意义上的V/F控制⽅式。
 
现在很多的变频已经通过数学模型的建⽴，将交流电机的定⼦磁场UVW3相转化为可以控制电机转速和转矩的两个电流的分量，现在⼤多数能进⾏⼒矩控制的著名品牌的变频器都是采⽤这样⽅式控制⼒矩，UVW每相的输出要加霍尔效应的电流检测装置，采样反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节；ABB的变频⼜提出和这样⽅式不同的直接转矩控制技术，具体请查阅有关资料。
 
这样可以既控制电机的速度也可控制电机的⼒矩，⽽且速度的控制精度优于v/f控制，编码器反馈也可加可不加，加的时候控制精度和响应特性要好很多。




三、谈谈伺服
驱动器⽅⾯：伺服驱动器在发展了变频技术的前提下，在驱动器内部的电流环，速度环和位置环（变频器没有该环）都进⾏了⽐⼀般变频更精确的控制技术和算法运算，在功能上也⽐传统的变频强⼤很多，主要的⼀点可以进⾏精确的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置（当然也有些伺服内部集成了控制单元或通过总线通讯的⽅式直接将位置和速度等参数设定在驱动器⾥），驱动器内部的算法和更快更精确的计算以及性能更优良的电⼦器件使之更优越于变频器。
电机⽅⾯：伺服电机的材料、结构和加⼯⼯艺要远远⾼于变频器驱动的交流电机（⼀般交流电机或恒⼒矩、恒功率等各类变频电机），也就是说当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源变化产⽣响应的动作变化，响应特性和抗过载能⼒远远⾼于变频器驱动的交流电机，电机⽅⾯的严重差异也是两者性能不同的根本。就是说不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，⽽是电机本⾝就反应不了，所以在变频的内部算法设定时为了保护电机做了相应的过载设定。当然即使不设定变频器的输出能⼒还是有限的，有些性能优良的变频器就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和异步电机：
 
1、交流同步电机：就是转⼦是由永磁材料构成，所以转动后，随着电机的定⼦旋转磁场的变化，转⼦也做响应频率的速度变化，⽽且转⼦速度=定⼦速度，所以称“同步”。
2、交流异步电机：转⼦由感应线圈和材料构成。转动后，定⼦产⽣旋转磁场，磁场切割定⼦的感应线圈，转⼦线圈产⽣感应电流，进⽽转⼦产⽣感应磁场，感应磁场追随定⼦旋转磁场的变化，但转⼦的磁场变化永远⼩于定⼦的变化，⼀旦等于就没有变化的磁场切割转⼦的感应线圈，转⼦线圈中也就没有了感应电流，转⼦磁场消失，转⼦失速⼜与定⼦产⽣速度差⼜重新获得感应电流......所以在交流异步电机⾥有个关键的参数是转差率就是转⼦与定⼦的速度差的⽐率。
3、对应交流同步和异步电机变频器就有相映的同步变频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异步伺服，当然变频器⾥交流异步变频常⻅，伺服则交流同步伺服常⻅。
 
五、应⽤
由于变频器和伺服在性能和功能上的不同，所以应⽤也不⼤相同：
 
1、在速度控制和⼒矩控制的场合要求不是很⾼的⼀般⽤变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环⽤变频进⾏位置控制的，精度和响应都不⾼。现有些变频也接受脉冲序列信号控制速度的，但好象不能直接控制位置。
2、在有严格位置控制要求的场合中只能⽤伺服来实现，还有就是伺服的响应速度远远⼤于变频，有些对速度的精度和响应要求⾼的场合也⽤伺服控制，能⽤变频控制的运动的场合⼏乎都能⽤伺服取代，关键是两点：⼀是价格伺服远远⾼于变频，⼆是功率的原因：变频最⼤的能做到⼏百KW，甚⾄更⾼，伺服最⼤就⼏⼗KW。
 
五、为什么普通电机不能当变频电机使⽤？
普通电动机是按恒频恒压设计的，不可能完全适应变频器调速的要求，因此不能多做变频电机使⽤。 


◆变频器对电机的影响主要在电动机的效率和温升
变频器在运⾏中能产⽣不同程度的谐波电压和电流，使电动机在⾮正弦电压、电流下运⾏，⾥⾯的⾼次谐波会引起电动机定⼦铜耗、转⼦铜耗、铁耗及附加损耗增加，最为显著的是转⼦铜耗，这些损耗会使电动机额外发热，效率降低，输出功率减⼩，普通电动机温升⼀般要增加10%−20%。
◆电动机的绝缘强度问题
变频器载波频率从⼏千到⼗⼏千赫，使得电动机定⼦绕组要承受很⾼的电压上升率，相当于对电动机施加陡度很⼤的冲击电压，使电动机的匝间绝缘承受较为严重的考验。
◆谐波电磁噪声与震动
普通电动机采⽤变频器供电时，会使由电磁、机械、通⻛等因素所引起的震动和噪声变的更加复杂。变频电源中含有的各次谐波与电动机电磁部分固有空间谐波相互⼲涉，形成各种电磁激振⼒，从⽽加⼤噪声。由于电动机的⼯作频率范围宽，转速变化范围⼤，各种电磁⼒波的频率很难避开电动机的各结构件的固有振动频率。
◆低转速时的冷却问题
当电源频率较低时，电源中的⾼次谐波所引起的损耗较⼤；其次变通电机转速降低时，冷却⻛量与转速的三次⽅成正⽐减⼩，致使电机热量散发不出去，温升急剧增加，难以实现恒转矩输出。