Qual è la differenza tra VFD e servoazionamenti?

Dal 21° secolo, con l'avvento dell'Industria 4.0 e del Made in China 2025, viene spesso posta questa domanda: "Qual è la differenza tra servo e inverter?" sul controllo industriale. Quindi, l'autore seguirà alcuni aspetti da confrontare. Per favore perdonami se c'è una spiegazione incomprensibile.

Inverter VS Servoazionamento

Comprensione dalla definizione

Prima di tutto, per definizione, l'inverter è un dispositivo di controllo della potenza che converte la fonte di alimentazione a frequenza di rete in un'altra frequenza utilizzando la funzione on/off del dispositivo a semiconduttore di potenza, può realizzare le funzioni di avvio graduale, variabile regolazione della velocità di frequenza, miglioramento della precisione di funzionamento e modifica del fattore di potenza del motore asincrono CA.

L'inverter può azionare il motore a frequenza variabile e il comune motore CA, funge principalmente da regolatore della velocità del motore.

Il servosistema è un sistema di controllo automatico che consente a una quantità controllata di output di un oggetto di seguire una modifica arbitraria di un target di input (o di un determinato valore). Il compito principale è ampliare, trasformare e controllare la potenza in base ai requisiti del comando di controllo, in modo che il controllo di coppia, velocità e posizione del dispositivo di azionamento sia molto flessibile e conveniente.

Servosistema

Il servosistema può essere suddiviso in servosistema elettromeccanico, servosistema idraulico e servosistema pneumatico in base al tipo di componenti di azionamento utilizzati. I servosistemi più elementari includono servoattuatori (motori, cilindri idraulici), componenti di feedback e servoazionamenti. Se vuoi che il servosistema funzioni senza intoppi, hai bisogno di un meccanismo di livello superiore, PLC e una speciale scheda di controllo del movimento, computer industriale + scheda PCI, per inviare istruzioni al servoazionamento.

In generale, le differenze di definizione tra i due sono riassunte principalmente in una frase: l'inverter è per il controllo della velocità e il servo è per il controllo della posizione.

L'inverter è per il controllo della velocità e il servo è per il controllo della posizione

Capire dal motore

Sebbene il servomotore CA sincrono sia più complicato del motore a induzione, è più semplice del motore CC. Il suo statore, come il motore a induzione, è dotato di un avvolgimento trifase simmetrico sullo statore. I rotori sono diversi. Secondo le diverse strutture del rotore, sono divisi in due tipi: elettromagnetici e non elettromagnetici. Il non elettromagnetico si divide in isteresi magnetica, magnete permanente e reattivo. Tra questi, il tipo a isteresi e il motore sincrono reattivo presentano gli svantaggi di bassa efficienza, scarso fattore di potenza e ridotta capacità produttiva. I motori sincroni a magneti permanenti sono spesso utilizzati nelle macchine utensili CNC. Rispetto al tipo elettromagnetico, il magnete permanente presenta i vantaggi di una struttura semplice, un funzionamento affidabile e un'elevata efficienza; lo svantaggio è che il volume è grande e le caratteristiche di partenza non sono buone.

Tuttavia, il motore sincrono a magnete permanente adotta magneti in terre rare ad alta magnetizzazione residua e ad alta coercività, che possono essere circa 1/2 più piccoli della dimensione della potenza elettrica CC, più leggeri del 60% e l'inerzia del rotore è ridotta a 1/5 del motore CC.

Motore sincrono a magnete permanente rispetto al motore asincrono, utilizza l'eccitazione ad alto magnete per eliminare la perdita di eccitazione e la relativa perdita vagante, quindi l'efficienza è elevata. Inoltre, poiché per il motore sincrono elettromagnetico non sono necessari anello collettore e spazzole, l'affidabilità meccanica è la stessa di quella del motore a induzione (asincrono) e il fattore di potenza è molto superiore a quello del motore asincrono, in modo che il il rapporto volumetrico del motore sincrono a magnete permanente è asincrono. Il motore è più piccolo. Questo perché a basse velocità, il motore a induzione (asincrono) ha una potenza apparente molto più elevata della potenza apparente, perché il fattore di potenza è basso e l'uscita della stessa potenza attiva è molto maggiore.

Motore sincrono a magnete permanente rispetto al motore asincrono

Per formare un campo magnetico rotante circolare nel motore, è necessaria una differenza di fase di 90 gradi tra la tensione di eccitazione Uf e la tensione di controllo UK. I metodi comuni sono:

1. Utilizzando la tensione di fase e la tensione di linea dell'alimentazione trifase per formare uno sfasamento di 90 gradi.
2. Utilizzando una qualsiasi tensione di linea dell'alimentazione trifase.
3. Rete a sfasamento.
4. Condensatore in serie nella fase di eccitazione.

Il motore asincrono trifase è un tipo di motore alimentato da un alimentatore CA trifase da 380 V (differenza di fase 120 gradi). Poiché il rotore del motore asincrono trifase e il campo magnetico rotante dello statore ruotano nella stessa direzione e a velocità di rotazione diverse, esiste un rapporto di scorrimento.

Il motore asincrono trifase

Comprensione dagli indicatori tecnici

Per quanto riguarda il confronto degli indicatori tecnici, l'autore elabora principalmente i seguenti sei punti:

1. Diverse capacità di sovraccarico

Il servoazionamento ha generalmente una capacità di sovraccarico 3 volte superiore (e ora alcuni produttori di servo possono farlo 3,5 volte), che può essere utilizzata per superare il momento di inerzia del carico di inerzia al momento dell'avvio e l'inverter generalmente consente un sovraccarico di 1,5 volte.

Il servoazionamento generalmente ha una capacità di sovraccarico 3 volte superiore

2. Precisione del controllo

La precisione di controllo del servosistema è molto superiore alla conversione di frequenza. Solitamente la precisione di controllo del servomotore è garantita dall'encoder posto all'estremità posteriore dell'albero motore. Gli encoder comunemente utilizzati sul mercato sono encoder fotoelettrici incrementali e encoder fotoelettrici a valore assoluto.

Precisione del controllo

3. Diverse applicazioni

La conversione di frequenza e il servo sono due categorie di controllo. Il primo appartiene al campo del controllo della trasmissione e il secondo appartiene al campo del controllo del movimento. Il primo è soddisfare i requisiti delle applicazioni industriali generali, i requisiti applicativi non sono elevati e il perseguimento di costi bassi. L'altro è la ricerca di alta precisione, alte prestazioni e alta risposta.

Diverse applicazioni

4. Diverse prestazioni di accelerazione e decelerazione

In condizioni di assenza di carico, il servomotore viene lavorato da fermo a 2000 giri/min e non supererà i 20 ms. Il tempo di accelerazione del motore è correlato all'inerzia dell'albero motore e al carico. Generalmente, maggiore è l'inerzia, maggiore è il tempo di accelerazione.

Diverse prestazioni di accelerazione e decelerazione

5. Caratteristiche dinamiche

Nelle applicazioni di automazione, poiché i servosistemi spesso devono far fronte a una maggiore precisione di controllo e rispondere a errori più impercettibili a una velocità maggiore, il periodo di tempo di regolazione della risposta deve essere più breve, solitamente in millisecondi o addirittura a livello di microsecondi. Molti prodotti servo hanno una larghezza di banda di risposta della velocità che può raggiungere il livello dei kHz. A differenza dei prodotti generali con azionamento a frequenza variabile, questa larghezza di banda della risposta in frequenza è spesso dell'ordine delle centinaia di Hz.

Caratteristiche dinamiche

Poiché i servi devono spesso affrontare applicazioni che richiedono alta precisione ed elevata risposta dinamica, il carico complessivo sarà relativamente leggero e la potenza di uscita complessiva sarà generalmente nell'ordine di decine di kilowatt, che è migliore della potenza trasmissione. Il sistema di azionamento a frequenza variabile è molto più piccolo; e quelle applicazioni di controllo del funzionamento per impieghi gravosi di solito non hanno caratteristiche di risposta eccessive. In genere, la conversione asincrona può soddisfare i requisiti.

Gamma di potenza

Comprensione dal mercato

Attraverso le spiegazioni di cui sopra, dobbiamo avere una certa comprensione della differenza tra inverter e servo a livello tecnico. Successivamente, l'autore intende discutere la differenza tra i due dal punto di vista del mercato.

Sebbene la servotecnologia nel nostro paese sia iniziata tardi, il servosistema costituito da servomotore, dispositivo di feedback e controller ha superato solo 50 anni. Tuttavia, è innegabile che l’industria manifatturiera cinese si sia progressivamente resa conto che il ruolo dei servosistemi nel miglioramento della competitività dei prodotti è in crescita. Comincia ad emergere la forte domanda del mercato per i servosistemi. Credo che nel prossimo futuro, il nuovo ciclo di crescita dei servosistemi continuerà a scrivere la storia di un altro "inverter cinese". Perché lo diciamo? I motivi principali dell'analisi sono i seguenti:

In primo luogo, con lo sviluppo della forma complessiva dell'economia cinese, molte industrie di applicazioni servo-critiche come macchine utensili, apparecchiature elettroniche speciali, apparecchiature mediche, veicoli ibridi e nuove industrie energetiche hanno recuperato più delle persone& #39;aspettative dovute a ragioni economiche e politiche. Lo sviluppo di queste industrie ha portato direttamente a una forte domanda nel mercato dei servo, che ha portato alla crescita di molti marchi di servo nazionali. Con l’accelerazione del processo di industrializzazione, il potenziamento industriale e la sostituzione delle importazioni hanno promosso anche l’uso massiccio di prodotti servo, e gli effetti del risparmio energetico e dell’aumento della produzione stanno diventando sempre più evidenti. Vale la pena ricordare che la maturità iniziale della tecnologia delle applicazioni servo nel settore dell'energia eolica implica che le opportunità commerciali di risparmio energetico e riduzione delle emissioni di carbonio per i servo non sono inferiori alle opportunità offerte dal risparmio energetico e dalla riduzione delle emissioni per gli inverter ad alta tensione.

In secondo luogo, nel settore più alto, i fattori più importanti che gli utenti apprezzano nel processo di utilizzo, come stabilità, reattività e precisione, che sono i vantaggi del servosistema. Nei requisiti tecnici sempre più esigenti di oggi, chi ha le prestazioni più elevate, chi può ottenere il favore degli utenti, il prezzo non è più il fattore decisivo che ostacola lo sviluppo dei servi. Il mercato più importante è senza dubbio occupato dai servo. L'inverter svolge un ruolo solo in alcune aree semplici di fascia relativamente bassa.

Servoazionamento VEICHI

Secondo statistiche incomplete, attualmente ci sono dozzine di produttori di servoprodotti in Cina. La soglia di accesso nel settore servo è sempre stata più alta rispetto a quella nel campo degli inverter a bassa tensione. Molti produttori si sono sviluppati sulla base della tecnologia degli inverter. La tecnologia di conversione della frequenza è stata estesa alla tecnologia del servocontrollo e viene utilizzata abilmente. Tra i sette settori strategici emergenti, l’industria dei macchinari rappresenta due produttori di attrezzature di fascia alta e veicoli a nuova energia, e anche gli altri cinque settori strategici emergenti necessitano del sostegno dell’industria dei macchinari. Da questo punto di vista, lo sviluppo della produzione porterà anche nuove opportunità per lo sviluppo dei servo.

Comprensione della concorrenza sul mercato di servo e inverter

Poiché quanto sopra parla della differenza nelle condizioni di mercato, deve esserci una certa concorrenza nel mercato. Per alcuni aspetti, l'applicazione non è la stessa a causa della differenza di prestazioni e funzionalità tra l'inverter e il servo. La competizione principale si concentra nei seguenti due punti:

Concorso per contenuti tecnici. Nello stesso campo, se l'acquirente ha requisiti tecnici elevati ed è più complicato, verrà selezionato il servosistema. In caso contrario, verrà selezionato il prodotto inverter.

Concorrenza sui prezzi. La maggior parte degli acquirenti sarà preoccupata per il costo, spesso ignorerà la tecnologia e preferirà l'inverter a basso costo. Come tutti sappiamo, il prezzo del servosistema è quasi molte volte superiore a quello del prodotto inverter.

Riassumi

Il confronto sopra riportato tra la tecnologia servo e quella di conversione di frequenza si basa sulla prospettiva del prodotto e la differenza tra loro è riassunta in un breve paragrafo:

La potenza dell'inverter è elevata e la potenza del servoazionamento è ridotta;

Il convertitore di frequenza è generalmente espresso dalla potenza KW e il servoazionamento generalmente enfatizza la velocità e la coppia;

Il convertitore di frequenza serve per il controllo della velocità e il servo serve per il controllo della posizione e le scene utilizzate sono diverse;

La differenza tra inverter e servoazionamento

Tutto sommato, nelle applicazioni industriali, i requisiti di controllo della velocità e del controllo di coppia non sono molto elevati per gli inverter per uso generale. In caso di severi requisiti di controllo della posizione, vengono utilizzati servoazionamenti CA intelligenti per realizzare la velocità di risposta del servo. È molto più grande della conversione di frequenza e alcuni dei requisiti di precisione e risposta della velocità sono utili anche per il controllo del servoazionamento CA. Vale a dire, il movimento del controllo a frequenza variabile può essere quasi sostituito dal servoazionamento CA.

Il servoazionamento CA è una delle tecnologie di supporto della moderna automazione industriale e del controllo del movimento. Grazie al controllo ad alta velocità, all'ampio intervallo di velocità, alle caratteristiche dinamiche e all'elevata efficienza, il servoazionamento CA è ampiamente utilizzato in macchine utensili, apparecchiature per la stampa, apparecchiature per l'imballaggio, apparecchiature tessili, gomma e plastica. Nuove fonti di energia come apparecchiature, semiconduttori elettronici, energia eolica/solare, robotica e linee di produzione automatizzate.