伺服電機控制原理跟變頻器是不是相似

2021-12-19 16:45:17 字數 5238 閱讀 7809

1樓:匿名使用者

交流伺服電機分為交流同步伺服和交流非同步伺服。交流同步伺服電機原理:幾乎都採用三相交流永磁結構,初級多為矽鋼疊片鐵心和繞制於其中的三相繞組,次級也多有矽鋼疊片鐵心以及或標貼於其上或內插於其中的永磁體。

驅動多采用基於電壓型逆變功率迴路的svpwm方法,多采用向量控制,以保證初級繞組產生的旋轉磁場始終與次級轉子永磁體形成的磁場正交,從而獲得最佳出力狀態。控制為交-直-交調壓調速系統。交流非同步伺服在控制原理上與交流同步伺服類似,這從同一款驅動器可以控制同步伺服也可以控制非同步伺服可以看出來。

直流伺服電機分為直流有刷伺服電機和直流無刷伺服電機,前者控制原理和電機結構和普通直流電機類似,主要為控制定子電樞的電壓來調速。

直流無刷伺服電機與交流伺服電機原理和結構上較為類似,他們的區分是:永磁同步電動機的轉子磁鋼的幾何形狀不同,使得轉子磁場在空間的分佈可分為正弦波和梯形波兩種。因此,當轉子旋轉時,在定子上產生的反電動勢波形也有兩種:

一種為正弦波;另一種為梯形波。這樣就造成兩種同步電動機在原理、模型及控制方法上有所不同,為了區別由它們組成的永磁同步電動機交流調速系統,習慣上又把正弦波永磁同步電動機組成的調速系統稱為正弦型永磁同步電動機(pmsm)調速系統;而由梯形波(方波)永磁同步電動機組成的調速系統,在原理和控制方法上與直流電動機系統類似,故稱這種系統為無刷直流電動機(bldcm)調速系統。

變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。我們現在使用的變頻器主要採用交—直—交方式(vvvf變頻或向量控制變頻),先把工頻交流電源通過整流器轉換成直流電源,然後再把直流電源轉換成頻率、電壓均可控制的交流電源以供給電動機。變頻器的電路一般由整流、中間直流環節、逆變和控制4個部分組成。

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,中間直流環節為濾波、直流儲能和緩衝無功功率。

2樓:匿名使用者

伺服電機控制跟變頻器控制原理上的區別

伺服的基本概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部環節,伺服驅動器中同樣存在變頻(要進行無級調速)。但伺服將電流環速度環或者位置環都閉合進行控制,這是很大的區別。

除此外,伺服電機的構造與普通電機是有區別的,要滿足快速響應和準確定位。現在市面上流通的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服,但這種電機受工藝限制,很難做到很大的功率,十幾kw以上的同步伺服**及其昂貴,這樣在現場應用允許的情況下多采用交流非同步伺服,這時很多驅動器就是高階變頻器,帶編碼器反饋閉環控制。所謂伺服就是要滿足準確、精確、快速定位,只要滿足就不存在伺服變頻之爭。

1、兩者的共同點:

交流伺服的技術本身就是借鑑並應用了變頻的技術,在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻的pwm方式模仿直流電機的控制方式來實現的,也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環節:變頻就是將工頻的50、60hz的交流電先整流成直流電,然後通過可控制門極的各類電晶體(igbt,igct等)通過載波頻率和pwm調節逆變為頻率可調的波形類似於正餘弦的脈動電,由於頻率可調,所以交流電機的速度就可調了(n=60f/p ,n轉速,f頻率, p極對數)

2、變頻器:

簡單的變頻器只能調節交流電機的速度,這時可以開環也可以閉環要視控制方式和變頻器而定,這就是傳統意義上的v/f控制方式。現在很多的變頻已經通過數學模型的建立,將交流電機的定子磁場uvw3相轉化為可以控制電機轉速和轉矩的兩個電流的分量,現在大多數能進行力矩控制的著名品牌的變頻器都是採用這樣方式控制力矩,uvw每相的輸出要加霍爾效應的電流檢測裝置,取樣反饋後構成閉環負反饋的電流環的pid調節;abb的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉矩控制技術,具體請查閱有關資料。這樣可以既控制電機的速度也可控制電機的力矩,而且速度的控制精度優於v/f控制,編碼器反饋也可加可不加,加的時候控制精度和響應特性要好很多。

3、伺服:

驅動器方面:伺服驅動器在發展了變頻技術的前提下,在驅動器內部的電流環,速度環和位置環(變頻器沒有該環)都進行了比一般變頻更精確的控制技術和演算法運算,在功能上也比傳統的變頻強大很多,主要的一點可以進行精確的位置控制。通過上位控制器傳送的脈衝序列來控制速度和位置(當然也有些伺服內部整合了控制單元或通過匯流排通訊的方式直接將位置和速度等引數設定在驅動器裡),驅動器內部的演算法和更快更精確的計算以及效能更優良的電子器件使之更優越於變頻器。

電機方面:伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高於變頻器驅動的交流電機(一般交流電機或恆力矩、恆功率等各類變頻電機),也就是說當驅動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時,伺服電機就能根據電源變化產生響應的動作變化,響應特性和抗過載能力遠遠高於變頻器驅動的交流電機,電機方面的嚴重差異也是兩者效能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那麼快的電源訊號,而是電機本身就反應不了,所以在變頻的內部演算法設定時為了保護電機做了相應的過載設定。

當然即使不設定變頻器的輸出能力還是有限的,有些效能優良的變頻器就可以直接驅動伺服電機!

4、交流電機:

交流電機一般分為同步和非同步電機

(1)交流同步電機:就是轉子是由永磁材料構成,所以轉動後,隨著電機的定子旋轉磁場的變化,轉子也做響應頻率的速度變化,而且轉子速度=定子速度,所以稱「同步」。

(2)交流非同步電機:轉子由感應線圈和材料構成。轉動後,定子產生旋轉磁場,磁場切割定子的感應線圈,轉子線圈產生感應電流,進而轉子產生感應磁場,感應磁場追隨定子旋轉磁場的變化,但轉子的磁場變化永遠小於定子的變化,一旦等於就沒有變化的磁場切割轉子的感應線圈,轉子線圈中也就沒有了感應電流,轉子磁場消失,轉子失速又與定子產生速度差又重新獲得感應電流。。。

所以在交流非同步電機裡有個關鍵的引數是轉差率就是轉子與定子的速度差的比率。

(3)對應交流同步和非同步電機變頻器就有相映的同步變頻器和非同步變頻器,伺服電機也有交流同步伺服和交流非同步伺服,當然變頻器裡交流非同步變頻常見,伺服則交流同步伺服常見。

5、應用

由於變頻器和伺服在效能和功能上的不同,所以應用也不大相同:

1、在速度控制和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器,也有在上位加位置反饋訊號構成閉環用變頻進行位置控制的,精度和響應都不高。現有些變頻也接受脈衝序列訊號控制速度的,但好象不能直接控制位置。

2、在有嚴格位置控制要求的場合中只能用伺服來實現,還有就是伺服的響應速度遠遠大於變頻,有些對速度的精度和響應要求高的場合也用伺服控制,能用變頻控制的運動的場合幾乎都能用伺服取代,關鍵是兩點:一是**伺服遠遠高於變頻,二是功率的原因:變頻最大的能做到幾百kw,甚至更高,伺服最大就幾十kw。

3樓:匿名使用者

伺服的基本概念是準確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個必須的內部環節,伺服驅動器中同樣存在變頻(要進行無級調速)。但伺服將電流環速度環或者位置環都閉合進行控制,這是很大的區別。

除此外,伺服電機的構造與普通電機是有區別的,要滿足快速響應和準確定位。現在市面上流通的交流伺服電機多為永磁同步交流伺服,但這種電機受工藝限制,很難做到很大的功率,十幾kw以上的同步伺服**及其昂貴,這樣在現場應用允許的情況下多采用交流非同步伺服,這時很多驅動器就是高階變頻器,帶編碼器反饋閉環控制。所謂伺服就是要滿足準確、精確、快速定位,只要滿足就不存在伺服變頻之爭。

一、兩者的共同點:

交流伺服的技術本身就是借鑑並應用了變頻的技術,在直流電機的伺服控制的基礎上通過變頻的pwm方式模仿直流電機的控制方式來實現的,也就是說交流伺服電機必然有變頻的這一環節:變頻就是將工頻的50、60hz的交流電先整流成直流電,然後通過可控制門極的各類電晶體(igbt,igct等)通過載波頻率和pwm調節逆變為頻率可調的波形類似於正餘弦的脈動電,由於頻率可調,所以交流電機的速度就可調了(n=60f/p ,n轉速,f頻率, p極對數)

二、談談變頻器:

簡單的變頻器只能調節交流電機的速度,這時可以開環也可以閉環要視控制方式和變頻器而定,這就是傳統意義上的v/f控制方式。現在很多的變頻已經通過數學模型的建立,將交流電機的定子磁場uvw3相轉化為可以控制電機轉速和轉矩的兩個電流的分量,現在大多數能進行力矩控制的著名品牌的變頻器都是採用這樣方式控制力矩,uvw每相的輸出要加霍爾效應的電流檢測裝置,取樣反饋後構成閉環負反饋的電流環的pid調節;abb的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉矩控制技術,具體請查閱有關資料。這樣可以既控制電機的速度也可控制電機的力矩,而且速度的控制精度優於v/f控制,編碼器反饋也可加可不加,加的時候控制精度和響應特性要好很多。

三、談談伺服:

驅動器方面:伺服驅動器在發展了變頻技術的前提下,在驅動器內部的電流環,速度環和位置環(變頻器沒有該環)都進行了比一般變頻更精確的控制技術和演算法運算,在功能上也比傳統的變頻強大很多,主要的一點可以進行精確的位置控制。通過上位控制器傳送的脈衝序列來控制速度和位置(當然也有些伺服內部整合了控制單元或通過匯流排通訊的方式直接將位置和速度等引數設定在驅動器裡),驅動器內部的演算法和更快更精確的計算以及效能更優良的電子器件使之更優越於變頻器。

電機方面:伺服電機的材料、結構和加工工藝要遠遠高於變頻器驅動的交流電機(一般交流電機或恆力矩、恆功率等各類變頻電機),也就是說當驅動器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時,伺服電機就能根據電源變化產生響應的動作變化,響應特性和抗過載能力遠遠高於變頻器驅動的交流電機,電機方面的嚴重差異也是兩者效能不同的根本。就是說不是變頻器輸出不了變化那麼快的電源訊號,而是電機本身就反應不了,所以在變頻的內部演算法設定時為了保護電機做了相應的過載設定。

當然即使不設定變頻器的輸出能力還是有限的,有些效能優良的變頻器就可以直接驅動伺服電機!!!

四、談談交流電機:

交流電機一般分為同步和非同步電機

1、交流同步電機:就是轉子是由永磁材料構成,所以轉動後,隨著電機的定子旋轉磁場的變化,轉子也做響應頻率的速度變化,而且轉子速度=定子速度,所以稱「同步」。

2、交流非同步電機:轉子由感應線圈和材料構成。轉動後,定子產生旋轉磁場,磁場切割定子的感應線圈,轉子線圈產生感應電流,進而轉子產生感應磁場,感應磁場追隨定子旋轉磁場的變化,但轉子的磁場變化永遠小於定子的變化,一旦等於就沒有變化的磁場切割轉子的感應線圈,轉子線圈中也就沒有了感應電流,轉子磁場消失,轉子失速又與定子產生速度差又重新獲得感應電流。。。

所以在交流非同步電機裡有個關鍵的引數是轉差率就是轉子與定子的速度差的比率。

3、對應交流同步和非同步電機變頻器就有相映的同步變頻器和非同步變頻器,伺服電機也有交流同步伺服和交流非同步伺服,當然變頻器裡交流非同步變頻常見,伺服則交流同步伺服常見。

五、應用

由於變頻器和伺服在效能和功能上的不同,所以應用也不大相同:

1、在速度控制和力矩控制的場合要求不是很高的一般用變頻器,也有在上位加位置反饋訊號構成閉環用變頻進行位置控制的,精度和響應都不高。現有些變頻也接受脈衝序列訊號控制速度的,但好象不能直接控制位置。

2、在有嚴格位置控制要求的場合中只能用伺服來實現,還有就是伺服的響應速度遠遠大於變頻,有些對速度的精度和響應要求高的場合也用伺服控制,能用變頻控制的運動的場合幾乎都能用伺服取代,關鍵是兩點:一是**伺服遠遠高於變頻,二是功率的原因:變頻最大的能做到幾百kw,甚至更高,伺服最大就幾十kw。

就最後一點說下,現在伺服也能做到幾百kw了。

變頻控制器跟變頻器一樣嗎,變頻器和伺服控制器有什麼區別?

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