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伺服與變頻器的異同
，詳細解釋！

2019-09-25 武漢邁信電氣技術(shù)有限公司

伺服驅(qū)動器和變頻器作為傳動系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的驅(qū)動設(shè)備

，談起兩者的區(qū)別

，很多人只知道變頻器常用于低端機械設(shè)備，而伺服驅(qū)動器則多用于高端機械設(shè)備

，這是一種比較籠統(tǒng)的說法

，今天我們來認知一下兩者的異同。

兩者的定義

變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換成另一頻率的電能控制裝置

，能實現(xiàn)對交流異步電機的軟啟動

、變頻調(diào)速、提高運轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能

。變頻器可驅(qū)動變頻電機

、普通交流電機，主要是充當(dāng)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速的角色

。變頻器通常由整流單元

、中間電路、逆變器和控制器四部分組成

。

伺服系統(tǒng)是使物體的位置

、方位、狀態(tài)等輸出被控量能夠跟隨輸入目標(biāo)（或給定值）的任意變化的自動控制系統(tǒng)

。主要任務(wù)是按控制命令的要求

、對功率進行放大、變換與調(diào)控等處理

，使驅(qū)動裝置輸出的力矩

、速度和位置控制的非常靈活方便。

伺服系統(tǒng)是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)

。又稱隨動系統(tǒng)

。在很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量（系統(tǒng)的輸出量）是機械位移或位移速度

、加速度的反饋控制系統(tǒng)

，其作用是使輸出的機械位移（或轉(zhuǎn)角）準確地跟蹤輸入的位移（或轉(zhuǎn)角）。伺服系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成和其他形式的反饋控制系統(tǒng)沒有原則上的區(qū)別

。

伺服系統(tǒng)按所用驅(qū)動元件的類型可分為機電伺服系統(tǒng)
、液壓伺服系統(tǒng)和氣動伺服系統(tǒng)。最基本的伺服系統(tǒng)包括伺服執(zhí)行元件（電機

、液壓缸）

、反饋元件和伺服驅(qū)動器。若想讓伺服系統(tǒng)運轉(zhuǎn)順利還需要一個上位機構(gòu)

，PLC

、以及專門的運動控制卡，工控機+PCI卡

，以便給伺服驅(qū)動器發(fā)送指令

。

兩者的工作原理

變頻器的調(diào)速原理主要受制于異步電動機的轉(zhuǎn)速n、異步電動機的頻率f
、電動機轉(zhuǎn)差率s
、電動機極對數(shù)p這四個因素。轉(zhuǎn)速n與頻率f成正比

，只要改變頻率f即可改變電動機的轉(zhuǎn)速

，當(dāng)頻率f在0-50Hz的范圍內(nèi)變化時

，電動機轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍非常寬。

變頻調(diào)速就是通過改變電動機電源頻率實現(xiàn)速度調(diào)節(jié)的

。主要采用交—直—交方式

，先把工頻交流電源通過整流器轉(zhuǎn)換成直流電源，然后再把直流電源轉(zhuǎn)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(huán)節(jié)

、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(huán)節(jié)為濾波

、直流儲能和緩沖無功功率

。

伺服系統(tǒng)的工作原理簡單的說就是在開環(huán)控制的交直流電機的基礎(chǔ)上將速度和位置信號通過旋轉(zhuǎn)編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器等反饋給驅(qū)動器做閉環(huán)負反饋的PID調(diào)節(jié)控制

。再加上驅(qū)動器內(nèi)部的電流閉環(huán)

，通過這3個閉環(huán)調(diào)節(jié)，使電機的輸出對設(shè)定值追隨的準確性和時間響應(yīng)特性都提高很多

。伺服系統(tǒng)是個動態(tài)的隨動系統(tǒng)

，達到的穩(wěn)態(tài)平衡也是動態(tài)的平衡。

▲ 伺服三環(huán)

兩者的共同特點

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)

，在直流電機的伺服控制的基礎(chǔ)上通過變頻的PWM方式模仿直流電機的控制方式來實現(xiàn)的

，也就是說交流伺服電機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

，然后通過可控制門極的各類晶體管（IGBT

，IGCT等）通過載波頻率和PWM調(diào)節(jié)逆變?yōu)轭l率可調(diào)的波形類似于正余弦的脈動電，由于頻率可調(diào)

，所以交流電機的速度就可調(diào)了（n=60f/p

，n轉(zhuǎn)速，f頻率

，p極對數(shù)）

。

兩者的區(qū)別

· 過載能力不同

伺服驅(qū)動器一般具有3倍過載能力，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩

，而變頻器一般允許1.5倍過載

。

· 控制精度

伺服系統(tǒng)的控制精度遠遠高于變頻，通常伺服電機的控制精度是由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證

。有些伺服系統(tǒng)的控制精度甚至達到1:1000

。

· 應(yīng)用場合不同

變頻控制與伺服控制是兩個范疇的控制

。前者屬于傳動控制領(lǐng)域，后者屬于運動控制領(lǐng)域

。一個是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求

，對性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場合，追求的是低成本

。另一個則是追求高精度

、高性能、高響應(yīng)

。

· 加減速性能不同

在空載情況下伺服電機從靜止?fàn)顟B(tài)加工到2000r/min

，用時不會超20ms。電機的加速時間跟電機軸的慣量以及負載有關(guān)系

。通常慣量越大加速時間越長

。

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