探討變頻和伺服的五大區(qū)別點(diǎn)

21世紀(jì)以來(lái)，隨著工業(yè)4.0、中國(guó)智造2025的興起，工業(yè)控制上經(jīng)常會(huì)提出這么一個(gè)疑問：“伺服和變頻兩者之間，究竟有什么不同？” 那么接下來(lái)，小編將從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行比較。如有講解不到位的，還請(qǐng)各位看官多多包涵。

01

從定義看

首先，從定義上來(lái)說(shuō)，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(shí)現(xiàn)對(duì)交流異步電機(jī)的軟啟動(dòng)、變頻調(diào)速、提高運(yùn)轉(zhuǎn)精度、改變功率因素等功能。

變頻器可驅(qū)動(dòng)變頻電機(jī)、普通交流電機(jī)，主要是充當(dāng)調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速的角色。

變頻

伺服

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(dòng)控制系統(tǒng)。主要任務(wù)是按控制命令的要求、對(duì)功率進(jìn)行放大、變換與調(diào)控等處理，使驅(qū)動(dòng)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)按所用驅(qū)動(dòng)元件的類型可分為機(jī)電伺服系統(tǒng)、液壓伺服系統(tǒng)和氣動(dòng)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(jī)、液壓缸）、反饋元件和伺服驅(qū)動(dòng)器。若想讓伺服系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)順利還需要一個(gè)上位機(jī)構(gòu)，PLC、以及專門的運(yùn)動(dòng)控制卡，工控機(jī)+PCI卡，以便給伺服驅(qū)動(dòng)器發(fā)送指令。

從定義區(qū)分

總的來(lái)說(shuō)，其兩者在定義上的區(qū)別主要概括為一句話：變頻器是以速度控制為目的，而伺服則是以位置控制為目的。

02

從電機(jī)看

電機(jī)

同步型交流伺服電動(dòng)機(jī)雖較感應(yīng)電動(dòng)機(jī)復(fù)雜，但比直流電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)單。它的定子與感應(yīng)電動(dòng)機(jī)一樣，都在定子上裝有對(duì)稱三相繞組。而轉(zhuǎn)子卻不同，按不同的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)又分電磁式及非電磁式兩大類。非電磁式又分為磁滯式、永磁式和反應(yīng)式多種。其中磁滯式和反應(yīng)式同步電動(dòng)機(jī)存在效率低、功率因數(shù)較差、制造容量不大等缺點(diǎn)。數(shù)控機(jī)床中多用永磁式同步電動(dòng)機(jī)。與電磁式相比，永磁式優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠、效率較高；缺點(diǎn)是體積大、啟動(dòng)特性欠佳。

但永磁式同步電動(dòng)機(jī)采用高剩磁感應(yīng)，高矯頑力的稀土類磁鐵后，可比直流電動(dòng)外形尺寸約小1/2，質(zhì)量減輕60﹪，轉(zhuǎn)子慣量減到直流電動(dòng)機(jī)的1/5。

它與異步電動(dòng)機(jī)相比，由于采用了永磁鐵勵(lì)磁，消除了勵(lì)磁損耗及有關(guān)的雜散損耗，所以效率高。又因?yàn)闆]有電磁式同步電動(dòng)機(jī)所需的集電環(huán)和電刷等，其機(jī)械可靠性與感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)相同，而功率因數(shù)卻大大高于異步電動(dòng)機(jī)，從而使永磁同步電動(dòng)機(jī)的體積比異步電動(dòng)機(jī)小些。這是因?yàn)樵诘退贂r(shí)，感應(yīng)（異步）電動(dòng)機(jī)由于功率因數(shù)低，輸出同樣的有功功率時(shí)，它的視在功率卻要大得多，而電動(dòng)機(jī)主要尺寸是據(jù)視在功率而定的。

為了在電機(jī)內(nèi)形成一個(gè)圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，要求激磁電壓Uf和控制電壓UK之間應(yīng)有90度的相位差，常用的方法有：

變頻與伺服

而三相異步電機(jī)是靠同時(shí)接入380V三相交流電源（相位差120度）供電的一類電動(dòng)機(jī)，由于三相異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速成旋轉(zhuǎn)，存在轉(zhuǎn)差率。

03

從技術(shù)指標(biāo)看

而關(guān)于技術(shù)指標(biāo)方面進(jìn)行的比較，小編主要從以下六點(diǎn)進(jìn)行闡述：

過載能力不同

伺服驅(qū)動(dòng)器一般具有3倍過載能力(現(xiàn)在也有少許伺服廠家可以做到3.5倍)，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)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(yuǎn)遠(yuǎn)高于變頻，通常伺服電機(jī)的控制精度是由電機(jī)軸后端的編碼器保證。市面上常用的編碼器為增量式光電編碼器與絕對(duì)值式光電編碼器。

應(yīng)用場(chǎng)合不同

變頻與伺服是兩個(gè)范疇的控制。前者屬于傳動(dòng)控制領(lǐng)域，后者屬于運(yùn)動(dòng)控制領(lǐng)域。一個(gè)是滿足一般工業(yè)應(yīng)用要求，對(duì)性能指標(biāo)要求不高的應(yīng)用場(chǎng)合，追求的是低成本。另一個(gè)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(jī)從靜止?fàn)顟B(tài)加工到2000r/min，用時(shí)不會(huì)超20ms。電機(jī)的加速時(shí)間跟電機(jī)軸的慣量以及負(fù)載有關(guān)系。通常慣量越大加速時(shí)間越長(zhǎng)。

動(dòng)態(tài)特性

在自動(dòng)化應(yīng)用中，由于伺服系統(tǒng)常常需要應(yīng)對(duì)較高的控制精度，以更快的速度對(duì)更加細(xì)微的誤差作出響應(yīng)，因此,其響應(yīng)調(diào)節(jié)的時(shí)間周期也就必須更短，通常都得是毫秒甚至微秒級(jí)的。很多伺服產(chǎn)品的速度頻響帶寬都能夠達(dá)到 kHz 級(jí)別。而反觀一般的變頻驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，這個(gè)頻響帶寬往往也就在幾百Hz。

功率范圍

由于伺服所面對(duì)的往往是那些要求高精度、高動(dòng)態(tài)響應(yīng)的應(yīng)用環(huán)境，因此總體負(fù)載也會(huì)相對(duì)較輕，其總體輸出功率的范圍一般也就在幾十千瓦以內(nèi)，比起以動(dòng)力傳動(dòng)見長(zhǎng)的變頻驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)會(huì)小很多；而那些負(fù)載較重的運(yùn)控應(yīng)用，通常都并不會(huì)有過高的響應(yīng)特性需求，一般來(lái)說(shuō)異步變頻也是可以滿足要求的。

04

從市場(chǎng)看

通過上述的講解，想必大家對(duì)變頻器與伺服在技術(shù)層面的區(qū)別有了一定的了解，接下里，小編打算從市場(chǎng)的角度來(lái)跟大家探討一下兩者的區(qū)別。

盡管我國(guó)的伺服技術(shù)起步較晚，由伺服電機(jī)、反饋裝置與控制器組成的伺服系統(tǒng)才走過50個(gè)年頭而已。但不可否認(rèn)的是，中國(guó)制造業(yè)開始逐漸意識(shí)到伺服系統(tǒng)在提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力方面發(fā)揮的作用越來(lái)越大。伺服系統(tǒng)強(qiáng)勁的市場(chǎng)需求開始漸露頭角。相信不久之后，伺服系統(tǒng)新一輪的增長(zhǎng)史必將續(xù)寫另一個(gè)“中國(guó)變頻器”的發(fā)展史。。為什么這么說(shuō)呢？主要分析原因如下：

變頻與伺服

首先，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)整體形式的向好發(fā)展，很多伺服重點(diǎn)應(yīng)用行業(yè)如機(jī)床、電子專用設(shè)備、醫(yī)療器械、混合動(dòng)力汽車、新能源等行業(yè)因經(jīng)濟(jì)政治原因，恢復(fù)程度大大超過人們的預(yù)期水平。此等行業(yè)的發(fā)展直接導(dǎo)致伺服市場(chǎng)的需求旺盛，使得眾多國(guó)產(chǎn)伺服品牌紛紛崛起。而隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，產(chǎn)業(yè)升級(jí)與進(jìn)口替代也推動(dòng)了伺服產(chǎn)品的大量使用，節(jié)能、增產(chǎn)效果日趨明顯。值得一提的是，伺服應(yīng)用技術(shù)在風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的初步成熟，暗示了節(jié)能減碳帶給伺服的商機(jī)絕不亞于節(jié)能減排給高壓變頻器帶來(lái)的機(jī)遇。

其次，在高端領(lǐng)域，用戶在使用過程中最為看重的極大因素如穩(wěn)定性、響應(yīng)性、精度，都是伺服系統(tǒng)所具備的優(yōu)勢(shì)所在。在技術(shù)要求越來(lái)越高的今天，誰(shuí)擁有最高的性能，誰(shuí)就能獲得用戶青睞，價(jià)格已不再是阻礙伺服發(fā)展的決定因素。高端市場(chǎng)無(wú)疑被伺服占據(jù)著高地。而變頻器只是在一些較為低端的簡(jiǎn)單領(lǐng)域發(fā)揮著作用。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國(guó)內(nèi)推出伺服產(chǎn)品的廠商差不多有幾十家。一直以來(lái)，伺服領(lǐng)域的準(zhǔn)入門檻比低壓變頻器領(lǐng)域高，許多廠商還是基于變頻器技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，像國(guó)內(nèi)廠商匯川、英威騰、偉創(chuàng)等企業(yè)，已經(jīng)將變頻技術(shù)延續(xù)到伺服控制技術(shù)，并純熟運(yùn)用。在七大戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)中，機(jī)械工業(yè)占了兩個(gè)即高端裝備制造業(yè)和新能源汽車，且其他五個(gè)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)也都需要機(jī)械工業(yè)的支撐。由此看來(lái)，制造業(yè)的發(fā)展也將給伺服發(fā)展帶來(lái)新契機(jī)。

05

從伺服和變頻器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)看

既然上面談到了市場(chǎng)情況的區(qū)別，那兩者在市場(chǎng)上也肯定是存在一定的競(jìng)爭(zhēng)的，從某些方面來(lái)講，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，主要的競(jìng)爭(zhēng)集中在以下兩點(diǎn)：

技術(shù)含量競(jìng)爭(zhēng)

在相同的領(lǐng)域中，若采購(gòu)方對(duì)機(jī)械的技術(shù)要求較高并較為復(fù)雜，則會(huì)選擇伺服系統(tǒng)。反之則會(huì)選擇變頻器產(chǎn)品。

價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)

大多數(shù)采購(gòu)方會(huì)顧慮成本，常常把技術(shù)忽略而首選價(jià)格較低的變頻器。眾所周知，伺服系統(tǒng)的價(jià)格差不多是變頻器產(chǎn)品的幾倍。

總結(jié)

上述伺服和變頻的技術(shù)比較，是從產(chǎn)品的角度，來(lái)看待它們二者之間的差別，總結(jié)成簡(jiǎn)短的一段話：

?變頻器的功率較大，而伺服驅(qū)動(dòng)功率較??；

?頻器一般用功率KW 表示，伺服驅(qū)動(dòng)器一般強(qiáng)調(diào)轉(zhuǎn)速和力矩；

?變頻器是以速度控制為目的，而伺服是以位置控制為目的，使用的場(chǎng)景不同；

總而言之，在工業(yè)應(yīng)用上來(lái)說(shuō)，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，在有嚴(yán)格位置控制要求的場(chǎng)合中智能用交流伺服驅(qū)動(dòng)器來(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)合也有用交流伺服驅(qū)動(dòng)器控制，也就是說(shuō)，能用變頻控制的運(yùn)動(dòng)的場(chǎng)合幾乎都能用交流伺服驅(qū)動(dòng)器取代。

交流伺服驅(qū)動(dòng)器作為現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化與運(yùn)動(dòng)控制的支撐性技術(shù)之一，由于其高速控制精準(zhǔn)、調(diào)速范圍廣、動(dòng)態(tài)特性和效率高，廣泛應(yīng)用于機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、橡塑設(shè)備、電子半導(dǎo)體、風(fēng)電/太陽(yáng)能等新能源以及機(jī)器人、自動(dòng)化生產(chǎn)線等領(lǐng)域。