伺服电机与变频电机的区别

　　摘要：我们知道电机经过这几百年的发展出现了许多种电机，采用的技术也不一样。伺服电机和变频电机在日常生活中起着非常重要的作用，实际中好多人看到许多电器中的电机却不知道到底是哪种电机，对于详细的区分伺服电机和变频电机似乎有些困难，本文将告诉你两者的不同之处。

　　关键词：伺服；变频；电机

　　中图分类号：G712文献标识码：A文章编号：1003-2851（2010）11-0245-01

　　伺服是准确、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（必要时需进行无级调速）。但伺服是将电流环、速度环或者位置环都闭合才能进行的控制。另外，伺服电机的结构与普通电机结构也是有区别的，要满足快速响应和准确定位。伺服电机主要由定子和转子构成，定子上有两个绕组，即励磁绕组和控制绕组，两个绕组在空间相差90°电角度。伺服电机内部的转子是永久磁铁，驱动gS控制的u／V／W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较来调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度{线数)。普通电机主要由转子、定子整流器、前后端盖和带轮等组成。要满足快速响应和准确定位，目前比较通用的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服，但这种电机受工艺的限制，很难达到很大的功率，十几KW以上的同步伺服价格又及其昂贵，这样在现实条件下多采用交流异步伺服，这时的驱动器就是由高端变频器和带编码器反馈闭环进行控制的。两者都有一些共同点，交流伺服的本身就是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，然后通过可控制门极的各类晶体管（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。由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了。但交流伺服电机必须具备一个性能，就是能克服交流伺服电机的所谓的“自转”现象，即无控制信号时，它不应转动，特别是当它已经在转动时，如果控制信号消失，它应能够立即停止转动。而普通的感应电动机转动起来以后，如果控制信号消失，往往仍继续转动。

　　简单的变频器只能调节交流电机的速度，可以开环也可以闭环，主要由控制方式和变频器决定的。现在很多的变频已经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。市场上大多数能进行力矩控制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，采用反馈后构成闭环负反馈的电流环的PID调节，这样既可以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。

　　在驱动器方面，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，速度环和位置环都进行了比一般变频更精确的控制技术，在功能上也比传统的变频强大很多，最主要的是可以进行精确的位置控制。它通过上位控制器发送的脉冲序列来控制速度和位置，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。在电机方面，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，伺服电机能根据电源变化而产生相应的动作变化，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会导致两者的根本不同，所以变频器在其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，但有些性能优良的变频器也可以直接驱动伺服电机。

　　交流电机一般分为同步和异步电机。交流同步电机的转子由永磁材料构成，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”。交流异步电机的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最关键的就是转差率。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：变频器是在速度控制和力矩控制的场合要求不是很高场合，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，但其精度和响应都不高；伺服只能在有严格位置控制要求、精度和响应要求高的场合中使用。一般情况下能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服取代，但同时要考虑价格和功率的问题。伺服的价格远高于变频，变频器的功率最大的能做到几百KW，甚至更高，但伺服最大就几十KW。作者：张千，本文来自《东方电机》杂志