變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、減速機(jī)的區(qū)別

變頻驅(qū)動(dòng)器、伺服驅(qū)動(dòng)器、減速機(jī)的區(qū)別先談下變頻驅(qū)動(dòng)器與伺服驅(qū)動(dòng)器的區(qū)別伺服的基本概念是準(zhǔn)確、精確、快速定位。變頻是伺服控制的一個(gè)必須的內(nèi)部環(huán)節(jié)，伺服驅(qū)動(dòng)器中同樣存在變頻（要進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)速）。但伺服將電流環(huán)速度環(huán)或者位置環(huán)都閉合進(jìn)行控制，這是很大的區(qū)別。除此外，伺服電機(jī)的構(gòu)造與普通電機(jī)是有區(qū)別的，要滿足快速響應(yīng)和準(zhǔn)確定位?，F(xiàn)在市面上流通的交流伺服電機(jī)多為永磁同步交流伺服，但這種電機(jī)受工藝限制，很難做到很大的功率，十幾KW以上的同步伺服價(jià)格及其昂貴，這樣在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用允許的情況下多采用交流異步伺服，這時(shí)很多驅(qū)動(dòng)器就是高端變頻器，帶編碼器反饋閉環(huán)控制。所謂伺服就是要滿足準(zhǔn)確、精確、快速定位，只要滿足就不存在伺服變頻之爭(zhēng)。一、兩者的共同點(diǎn)：交流伺服的技術(shù)本身就是借鑒并應(yīng)用了變頻的技術(shù)，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)：變頻就是將工頻的50、60HZ的交流電先整流成直流電，然后通過(guò)可控制門(mén)極的各類(lèi)品體管（IGBT，IGCT等）通過(guò)載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類(lèi)似于正余弦的脈動(dòng)電，由于頻率可調(diào)，所以交流電機(jī)的速度就可調(diào)了（n=60f/p，n轉(zhuǎn)速，f頻率，p極對(duì)數(shù)）二、變頻器：簡(jiǎn)單的變頻器只能調(diào)節(jié)交流電機(jī)的速度，這時(shí)可以開(kāi)環(huán)也可以閉環(huán)要視控制方式和變頻器而定，這就是傳統(tǒng)意義上的V/F控制方式。現(xiàn)在很多的變頻已經(jīng)通過(guò)數(shù)學(xué)模型的建立，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)矩的兩個(gè)電流的分量，現(xiàn)在大多數(shù)能進(jìn)行力矩控制的著名品牌的變頻器都是采用這樣方式控制力矩，UVW每相的輸出要加霍爾效應(yīng)的電流檢測(cè)裝置，采樣反饋后構(gòu)成閉環(huán)負(fù)反饋的電流環(huán)的PID調(diào)節(jié)；ABB的變頻又提出和這樣方式不同的直接轉(zhuǎn)矩控制技術(shù)，具體請(qǐng)查閱有關(guān)資料。這樣可以既控制電機(jī)的速度也可控制電機(jī)的力矩，而且速度的控制精度優(yōu)于v/f控制，編碼器反饋也可加可不加，加的時(shí)候控制精度和響應(yīng)特性要好很多。三、伺服：驅(qū)動(dòng)器方面:伺服驅(qū)動(dòng)器在發(fā)展了變頻技術(shù)的前提下，在驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的電流環(huán)，速度環(huán)和位置環(huán)（變頻器沒(méi)有該環(huán)）都進(jìn)行了比一般變頻更精確的控制技術(shù)和算法運(yùn)算，在功能上也比傳統(tǒng)的變頻強(qiáng)大很多，主要的一點(diǎn)可以進(jìn)行精確的位置控制。通過(guò)上位控制器發(fā)送的脈沖序列來(lái)控制速度和位置（當(dāng)然也有些伺服內(nèi)部集成了控制單元或通過(guò)總線通訊的方式直接將位置和速度等參數(shù)設(shè)定在驅(qū)動(dòng)器里），驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部的算法和更快更精確的計(jì)算以及性能更優(yōu)良的電子器件使之更優(yōu)越于變頻器。電機(jī)方面：伺服電機(jī)的材料、結(jié)構(gòu)和加工工藝要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)（一般交流電機(jī)或恒力矩、恒功率等各類(lèi)變頻電機(jī)），也就是說(shuō)當(dāng)驅(qū)動(dòng)器輸出電流、電壓、頻率變化很快的電源時(shí)，伺服電機(jī)就能根據(jù)電源變化產(chǎn)生響應(yīng)的動(dòng)作變化，響應(yīng)特性和抗過(guò)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻器驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)，電機(jī)方面的嚴(yán)重差異也是兩者性能不同的根本。就是說(shuō)不是變頻器輸出不了變化那么快的電源信號(hào)，而是電機(jī)本身就反應(yīng)不了，所以在變頻的內(nèi)部算法設(shè)定時(shí)為了保護(hù)電機(jī)做了相應(yīng)的過(guò)載設(shè)定。當(dāng)然即使不設(shè)定變頻器的輸出能力還是有限的，有些性能優(yōu)良的變頻器就可以直接驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)?。?！四、交流電機(jī)：交流電機(jī)一般分為同步和異步電機(jī)1、交流同步電機(jī)：就是轉(zhuǎn)子是由永磁材料構(gòu)成，所以轉(zhuǎn)動(dòng)后，隨著電機(jī)的定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化，轉(zhuǎn)子也做響應(yīng)頻率的速度變化，而且轉(zhuǎn)子速度二定子速度，所以稱“同步”。2、交流異步電機(jī)：轉(zhuǎn)子由感應(yīng)線圈和材料構(gòu)成。轉(zhuǎn)動(dòng)后，定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)切割定子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈產(chǎn)生感應(yīng)電流，進(jìn)而轉(zhuǎn)子產(chǎn)生感應(yīng)磁場(chǎng)，感應(yīng)磁場(chǎng)追隨定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的變化，但轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)變化永遠(yuǎn)小于定子的變化，一旦等于就沒(méi)有變化的磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子的感應(yīng)線圈，轉(zhuǎn)子線圈中也就沒(méi)有了感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)消失，轉(zhuǎn)子失速又與定子產(chǎn)生速度差又重新獲得感應(yīng)電流。。。所以在交流異步電機(jī)里有個(gè)關(guān)鍵的參數(shù)是轉(zhuǎn)差率就是轉(zhuǎn)子與定子的速度差的比率。3、對(duì)應(yīng)交流同步和異步電機(jī)變頻器就有相映的同步變頻器和異步變頻器，伺服電機(jī)也有交流同步伺服和交流異步伺服，當(dāng)然變頻器里交流異步變頻常見(jiàn)，伺服則交流同步伺服常見(jiàn)。五、實(shí)際應(yīng)用由于變頻器和伺服在性能和功能上的不同，所以應(yīng)用也不大相同：1、在速度控制和力矩控制的場(chǎng)合要求不是很高的一般用變頻器，也有在上位加位置反饋信號(hào)構(gòu)成閉環(huán)用變頻進(jìn)行位置控制的，精度和響應(yīng)都不高?，F(xiàn)有些變頻也接受脈沖序列信號(hào)控制速度的，但好象不能直接控制位置。2、在有嚴(yán)格位置控制要求的場(chǎng)合中只能用伺服來(lái)實(shí)現(xiàn)，還有就是伺服的響應(yīng)速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于變頻，有些對(duì)速度的精度和響應(yīng)要求高的場(chǎng)合也用伺服控制，能用變頻控制的運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合幾乎都能用伺服取代。另外也有兩個(gè)原因也會(huì)影響選購(gòu)：一是價(jià)格伺服遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，二是功率的原因：變頻比伺服更容易做到超大功率。然后談?wù)劀p速機(jī)有時(shí)，伺服電機(jī)需要和減速機(jī)相連，進(jìn)行配合使用。一、減速機(jī)的一般理解：最簡(jiǎn)當(dāng)?shù)睦斫馐?，減速機(jī)是改變速度與輸出力矩的，提供大力矩，低轉(zhuǎn)速。減速機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)比=輸入轉(zhuǎn)數(shù)/輸出轉(zhuǎn)數(shù)，若轉(zhuǎn)數(shù)比為100，輸出轉(zhuǎn)矩大約為輸入轉(zhuǎn)矩的100倍。（轉(zhuǎn)速減慢而轉(zhuǎn)矩增加）減速機(jī)也是一種變速機(jī)，不過(guò)一般變速機(jī)是用來(lái)減速的，習(xí)慣稱減速機(jī)而已；一般的減速機(jī)是固定傳動(dòng)比的，也有可調(diào)的，但一般是分級(jí)調(diào)速。大家容易想到的是，汽車(chē)上都有一個(gè)可調(diào)速的減速機(jī)，所以汽車(chē)就有了幾個(gè)檔位，汽油機(jī)（柴油機(jī)）就和電機(jī)一樣，加減油門(mén)速度可以變化，但變化范圍不大。當(dāng)然要說(shuō)的是，離合器和減速機(jī)不是同一個(gè)東西，只不過(guò)一般說(shuō)到減速機(jī)大家就容易想到汽車(chē)變速，想到是離合器的功勞，其實(shí)每次變速都是在拉動(dòng)變速桿后才完成的。一般可調(diào)變速機(jī)在換檔時(shí)，是不能負(fù)荷的，所以要通過(guò)離合器把減速機(jī)輸出與汽車(chē)分離，換好檔后再聯(lián)接，離合器只是一種聯(lián)軸器（只不過(guò)是可分可合的）。能量守恒定律告訴我們，電機(jī)輸出功率不可能無(wú)緣無(wú)故地變，只可能因?yàn)楦鞣N損耗變成熱能量了。功率不變，速度減小，那就使力量（力矩）變大了；相同輸出功率時(shí)，（角）速度與力（力矩）成反比，一般減速機(jī)也有能量損耗，效率為70%-99%不等。二、常見(jiàn)減速機(jī)的大致分類(lèi)、特點(diǎn)及一般用途常見(jiàn)減速機(jī)的大致分類(lèi)一般的減速機(jī)有斜齒輪減速機(jī)（包括平行軸斜齒輪減速機(jī)、蝸輪減速機(jī)、錐齒輪減速機(jī)等等）、行星齒輪減速機(jī)、擺線針輪減速機(jī)、蝸輪蝸桿減速機(jī)、行星摩擦式機(jī)械無(wú)級(jí)變速機(jī)等等。一般情況下其減速比是定死的，只有行星摩擦式機(jī)械無(wú)級(jí)變速機(jī)是可以調(diào)速的（減速機(jī)上面有一個(gè)連續(xù)可調(diào)的操作旋鈕）。減速機(jī)的名字也可以這樣叫：減速器，減速箱，齒輪箱，齒輪頭（此叫法比較少見(jiàn)，新加坡，馬來(lái)西亞，臺(tái)灣會(huì)有這么叫的）。常見(jiàn)減速機(jī)的特點(diǎn)1）蝸輪蝸桿減速機(jī)的主要特點(diǎn)是具有反向自鎖功能，可以有較大的減速比，輸入軸和輸出軸不在同一軸線上，也不在同一平面上。但是一般體積較大，傳動(dòng)效率不高，精度不高。2）諧波減速器的諧波傳動(dòng)是利用柔性元件可控的彈性變形來(lái)傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的，體積不大、精度很高，但缺點(diǎn)是柔輪壽命有限、不耐沖擊，剛性與金屬件相比較差，輸入轉(zhuǎn)速不能太高，價(jià)格較高。3）行星減速器其優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長(zhǎng)，額定輸出扭矩可以做的很大，但價(jià)格略貴。另外行星減速箱，有平齒和斜齒2種，精度和價(jià)格都有不同。性能比較:蝸輪蝸桿減速器諧波減速器行星減速器體積大小小背隙低高高剛性高中低壽命中短長(zhǎng)效率低高高常見(jiàn)減速機(jī)的一般用途及計(jì)算方法1）降速同時(shí)提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比，但要注意不能超出減速箱額定扭矩。2）減速同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方；目的是實(shí)現(xiàn)匹配的慣量，這就是為什么有些地方即使力矩足夠也不用變頻器的真正原因。大家可以看一下一般電機(jī)都有一個(gè)轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子慣量數(shù)據(jù)。3）如果調(diào)換輸入與輸出，它也可以用做成增速機(jī)構(gòu)。交流伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)需要正反轉(zhuǎn)定位，所以比較關(guān)注減速箱精度，一般都在弧分級(jí)（一弧分為1/60度）。三、變頻器以及伺服驅(qū)動(dòng)器的大致分類(lèi)變頻器大致分類(lèi)：通用型，什么樣的場(chǎng)合都可以選擇使用的；風(fēng)機(jī)水泵專用型，這種變頻器使用具有局限性，只能是在風(fēng)機(jī)和水泵的負(fù)載上使用；注塑機(jī)專用型，這種變頻器是專門(mén)為注塑機(jī)設(shè)計(jì)的；選擇的時(shí)候，按照上面的內(nèi)容往上套就可以了，再就是需要注意電機(jī)的功率，根據(jù)電機(jī)的功率來(lái)選擇合適的變頻器，一般變頻器的功率要和普通電機(jī)的功率相同或者是大一個(gè)等級(jí)，比方說(shuō)，11KW的電機(jī)，應(yīng)該選擇11KW或者是15KW（最好）的變頻器。伺服驅(qū)動(dòng)器大致分類(lèi)：主軸驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一主軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)一進(jìn)給軸直線運(yùn)動(dòng)直流驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)交流驅(qū)動(dòng)系四、普通電機(jī)的最佳運(yùn)行普通電機(jī)設(shè)計(jì)得最佳運(yùn)行頻率是50-60Hz，長(zhǎng)期在低速下運(yùn)行對(duì)電機(jī)本身得壽命是個(gè)損害，另外電機(jī)本身得散熱也是個(gè)問(wèn)題。有時(shí)為了獲得更低的速度，沒(méi)有減速機(jī)還真的是不行呢。曾有人應(yīng)用過(guò)400：1的減速機(jī)做傳動(dòng)，看上去低速端比蝸牛還要慢。減速機(jī)是剛性的，光用變頻器有時(shí)不能達(dá)到要求，同時(shí)也不贊成變頻器長(zhǎng)期運(yùn)行在20Hz下以獲得低的速度。為什么變頻器要防止在20Hz以下長(zhǎng)期工作呢，（1）是因?yàn)檗D(zhuǎn)速過(guò)低，風(fēng)扇的散熱效果就很差，而變頻調(diào)速要保持恒磁通，在頻率很低時(shí)電壓就得很低，要保持恒轉(zhuǎn)矩電流就很大，發(fā)熱很大，散熱卻很差，對(duì)電機(jī)極為不利，對(duì)變頻器也很不利。（2）是減速機(jī)與變頻器的價(jià)格比相差很大，減速機(jī)一般按每千瓦一百元計(jì)算，而變頻器按每千瓦差不多要按兩千元計(jì)算，所以除非特別必要不能用變頻器代替減速機(jī)。一般變頻器是取代流量閥控制變化較大的液體與氣體的流量的，可以省下閥門(mén)的巨大損失，可在半年內(nèi)收回投資，有推廣價(jià)值;再就是需要調(diào)速的機(jī)械，例如機(jī)床用主軸變頻調(diào)速（主軸無(wú)級(jí)調(diào)速），若不需要調(diào)速則沒(méi)必要用變頻器。曾有一個(gè)公司，全廠大約有100多臺(tái)電機(jī)，除一臺(tái)是直流的（大概300KW），其他全是變頻的，小的30Kw，中等900Kw，再大2000Kw，最大的6000多Kw，都是變頻的，但幾乎沒(méi)有一臺(tái)不用變速箱的，而且一般變速箱比電機(jī)都大；而在此時(shí)變頻器和伺服相比，在大功率的應(yīng)用上性價(jià)比優(yōu)勢(shì)就明顯了。（雖然我是做伺服裝置的，還是提醒一下，我想這樣有利于你做方案選型時(shí)進(jìn)行客觀判斷）五、如果用于低速的場(chǎng)合，只用一個(gè)普通低速的電機(jī)能行嗎？或用伺服電機(jī)呢？只用一個(gè)普通低速的電機(jī)那當(dāng)然不行，因?yàn)椋?）速度一般達(dá)不到：一般情況下減速機(jī)的數(shù)比可以低到3:1甚至更小，也可以高于180:1甚至更大。也就是說(shuō)，當(dāng)普通電機(jī)轉(zhuǎn)速為1380轉(zhuǎn)/分（4極電機(jī)）時(shí)，減速機(jī)輸出轉(zhuǎn)速可以高到460轉(zhuǎn)甚至更大，也可以低到7.6轉(zhuǎn)甚至更小。而普通電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這么大的變速范圍嗎？就算是多極變速電機(jī)，轉(zhuǎn)速最快的2極電機(jī)轉(zhuǎn)速為2880-2970轉(zhuǎn)/分左右，轉(zhuǎn)速最低的12極電機(jī)轉(zhuǎn)速為480-490轉(zhuǎn)/分左右。如果只需要幾十轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速，普通電機(jī)那就更不行了。2）普通電機(jī)轉(zhuǎn)矩一般達(dá)不到：要求在低速運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)載，一般說(shuō)來(lái)都要求比較大的轉(zhuǎn)矩（比如說(shuō)提升機(jī)、電梯、生產(chǎn)線、卷繞機(jī)等等，即使普通電機(jī)的轉(zhuǎn)速符合要求了，轉(zhuǎn)矩也往往不能剛好符合要求。注意低速時(shí)機(jī)械導(dǎo)軌容易出現(xiàn)“爬行”現(xiàn)象。用于低速的場(chǎng)合，只用一個(gè)交流伺服電機(jī)能行嗎？那還得分具體的不同情況：用交流伺服電機(jī)做低速運(yùn)行是沒(méi)有問(wèn)題的（伺服驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部有內(nèi)置的電子齒輪，可任意設(shè)置，但建議1/50忍減速比^50）。但是同樣存在轉(zhuǎn)速符合要求了，轉(zhuǎn)矩未必能剛好符合要求的情況，若轉(zhuǎn)矩也符合了要求了那當(dāng)然是排在第一位的最佳方案了。若轉(zhuǎn)矩不符合要求，又可細(xì)分為兩小類(lèi)不同配置方案：A）大功率交流伺服裝置（交流伺服驅(qū)動(dòng)器+伺服電機(jī)）方案；B）小功率交流伺服裝置+減速機(jī)方案。A）在位置精度沒(méi)有特別要求的情況下，選用大功率的交流伺服裝置方案因其成本較高，和小功率的交流伺服裝置+減速機(jī)方案，相比較而言，性價(jià)比優(yōu)勢(shì)不明顯。（我們有一客戶安裝在一大型立式車(chē)床上，其上、下、左、右四處運(yùn)動(dòng)進(jìn)給，就都是采用交流伺服裝置+減速機(jī)的方案）B）但若是有較高的位置精度要求的，雖然采用大功率的交流伺服裝置方案成本高些，但位置精度要求得到了保障；而小功率的交流伺服裝置+減速機(jī)方案，因減速機(jī)存在機(jī)械齒輪背隙，位置精度是要做出一些犧牲的。最終方案要根據(jù)具體的設(shè)備、設(shè)計(jì)目標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)、精度要求等因素來(lái)確定。C）另外還得兼顧電機(jī)的轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)子慣量。六、伺服電機(jī)和減速機(jī)是怎樣選配的？比如選擇中慣量750W的電機(jī)，選擇一種減速比在60左右的減速機(jī)，應(yīng)該怎樣選？選型時(shí)應(yīng)注意：1）確認(rèn)你的負(fù)載額定扭矩要小于>減速機(jī)額定輸出扭矩。2）伺服電機(jī)額定扭矩（乘以）x減速比要大于>負(fù)載額定扭矩。3）負(fù)載通過(guò)減速機(jī)轉(zhuǎn)化到伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，要在伺服電機(jī)允許的范圍內(nèi)。4）確認(rèn)減速機(jī)精度能夠滿足您的控制要求。5）減速機(jī)結(jié)構(gòu)形式，外型尺寸既能滿足設(shè)備要求，同時(shí)能與所選用的伺服電機(jī)連接。除了減速機(jī)傳動(dòng)比，輸出轉(zhuǎn)矩，輸出軸的軸向力，徑向力校核；還要看減速機(jī)的傳動(dòng)精度，根據(jù)工作條件選擇。因?yàn)閭鲃?dòng)精度高價(jià)格高，只要電機(jī)和減速機(jī)配套后滿足你的要求（功能和性能），就可以了。技術(shù)指標(biāo)要符合要求，材料成本價(jià)格適中，就是好的方案。七、普通電機(jī)、減速機(jī)、變頻器（伺服驅(qū)動(dòng)器）三者關(guān)系通常普通電機(jī)提供的是的功率，即比較合適的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩，但是轉(zhuǎn)矩小的電機(jī)體積就小，功率因數(shù)和效率也高，所以一般都造1400到2800以上的高速電機(jī)。如果需要低速大轉(zhuǎn)矩就配減速機(jī)，但減速機(jī)在大減速比時(shí)效率非常低，這時(shí)就需要更低速度的電機(jī)。一般來(lái)講減速機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)比是固定的，錐齒輪配合的減速機(jī)也可以調(diào)速，但是只能是手動(dòng)固定調(diào)速，性能與變頻器不可同日而語(yǔ)；總之減速機(jī)的作用是取得合適的轉(zhuǎn)速與轉(zhuǎn)矩的同時(shí)追求高效率。變頻器的作用是變頻調(diào)速，可以動(dòng)態(tài)大范圍快速調(diào)速，在工頻以下是恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速，在工