Mitä eroa VFD- ja servo -asemien välillä on?

Johdanto: Yleisen sekaannuksen dekoodaaminen moottorin ohjauksessa

Teollisuuden automaation ja sähkömekaanisten järjestelmien laajassa maailmassa termit Muuttuvan taajuuskäyttöön (VFD) ja servoasemaa keskustellaan usein. Insinööreille, teknikolle ja jopa edistyneille harrastajille, jotka aloittavat uuden automaatioprojektin, valinta näiden kahden moottorin ohjaimen välillä on kriittinen päätöspiste. Vaikka sekä VFD että servo -asema on suunniteltu hallitsemaan sähkömoottoreita, ne ovat pohjimmiltaan erilaisia ​​työkaluja, jotka on rakennettu huomattavasti erilaisiin töihin. Väärän valitseminen voi johtaa pettymysten suorituskykyyn, operatiivisiin tehottomuuksiin tai täysin tarpeettomiin kustannuksiin. Suuritehoinen sovellus saattaa tarvita tietyn tyyppisen VFD: n, kun taas tarkkuustehtävä on mahdoton ilman servoa.

Tämä kattava opas demystifioi aiheen lopullisesti. Tarjoamme selkeän, päästä päähän -vertailun, tutkimalla ydineroja VFD: n ja servoaseman välillä. Suhtaudumme niiden ohjausmenetelmiin, suorituskykyominaisuuksiin ja ihanteellisiin sovelluksiin. Tämän artikkelin loppuun mennessä ymmärrät vain kunkin laitteen toiminnan, vaan pystyt myös valitsemaan varmasti oikean ohjaimen erityistarpeisiisi varmistamalla, että järjestelmäsi on sekä tehokas että taloudellinen. Modernin VFD: n rooli laajenee, ja sen kykyjen ymmärtäminen on tärkeämpää kuin koskaan.

Perustieto: Mikä on muuttuvan taajuusasema (VFD)?

Ennen kuin voimme verrata, meidän on ensin ymmärrettävä VFD: n tarkoitus. Muuttuva taajuuskäyttö, johon usein viitataan sen yhteisella alias -käyttölaitteella, on eräänlainen moottorin ohjain, jota käytetään vaihtavan virran (AC) moottorin käyttöopeuden muuttamiseen säätelemällä siihen toimitetun virran taajuutta ja jännitettä.

VFD: n päätarkoitus: tehokas nopeuden hallinta

Sen sydämessä VFD: n ensisijainen työ on tehokas nopeuden hallinta. Ajattele VFD: tä hienostuneena kaasupolkimena sähkömoottorille. Monien teollisuussovellusten, kuten fanien tai pumppujen, ei tarvitse ajaa täydellä nopeudella 100% ajasta. Asentamalla VFD: n saat kyvyn sovittaa moottorin nopeutta tarkasti kuorman todelliseen kysyntään. Tämä yksinkertainen kyky avaa VFD: n käytön pääedut: massiiviset energiansäästöt, vähentynyt mekaaninen jännitys pehmeiden käynnistysten kautta ja moottorin ja kytkettyjen laitteiden huomattavasti pidentynyt käyttöikä. VFD on siksi nykyaikaisen teollisuuden energiatehokkuuden kulmakivi. Kaikkien järjestelmien, jotka pyrkivät vähentämään toimintakustannuksia, tulisi harkita VFD: n toteuttamista. VFD -asennuksen sijoitetun pääoman tuotto mitataan usein kuukausina, ei vuosina, energiankulutuksen suoran vähentymisen vuoksi. Hyvin toteutettu VFD on taattu kustannussäästö.

Kuinka VFD toimii: vaihtelevan taajuuden ja jännitteen periaate

VFD: n taikuus on sen yksinkertainen, mutta tehokas työperiaate. Tavanomaisen vaihtovirtamoottorin pyörimisnopeus (mitattu kierrosluvulla) on suoraan verrannollinen sen vastaanottaman sähkövoiman taajuuteen (mitattuna Hertz, Hz). Tyypillinen VFD toimii kolmessa vaiheessa:

1. Tasasuuntaajavaihe: VFD ottaa tavallisen vaihtovirtavirran ruudukosta ja muuntaa sen tasavirtavirtaan.

2. DC -väylä/suodatinvaihe: Tämä tasavirtavoima tasoitetaan ja varastoidaan kondensaattoreihin.

3. Invertervaihe: VFD ottaa sitten tämän puhtaan tasavirtavoiman ja 'kääntää ' sen takaisin simuloituun vaihtovirtalähtöön. Tärkeää on, että VFD voi tarkkaan hallita tämän uuden vaihtovirtasignaalin taajuutta ja jännitettä.

Laskemalla moottorille lähetettyä taajuutta VFD hidastaa sitä; Lisäämällä taajuutta se nopeuttaa sitä. Oletuksena tämä on 'avoimen silmukan' ohjausjärjestelmä. VFD lähettää komennon ajaa tietyllä nopeudella, mutta se ei luonnostaan ​​tarkistaa, onko moottori todella saavuttanut kyseisen tarkan nopeuden. Monille sovelluksille tämä VFD: n hallintataso on täysin riittävä.

Tyypilliset VFD -sovellukset: missä ne loistavat

Koska VFD on keskittynyt tehokkaaseen nopeuden hallintaan, se on ihanteellinen valinta monille sovelluksille, joissa tarkkuuden sijainti ei ole päätavoite. Mahdollinen muuttujan nopeudesta hyötyvät kiertohakemukset ovat VFD: n ensisijainen ehdokas. Yleisiä esimerkkejä ovat:

• Pumput ja fanit

• Kuljetinhihnat

• Sekoittimet ja sekoittimet

• LVI- ja jäähdytinjärjestelmät

• Suulakepuristimet ja myllyt

Kaikissa näissä tapauksissa VFD tarjoaa korvaamattoman prosessin hallinnan ja suuret energiansäästöt.

Perustiedot: Mikä on servo -asema?

Vaikka VFD on nopeuden päällikkö, servo -asema on tarkkuuden päällikkö. Servo-asema on elektroninen vahvistin, jota käytetään servomoottorin voimankäyttöön ja ohjaamiseen, keskittyen ensisijaisesti korkean tarkkaan liikkeenohjaukseen. On tärkeää ymmärtää, että servo -asema ei toimi erikseen; Se on yksi osa täydellistä, korkean suorituskyvyn 'servojärjestelmää. '

Servo-aseman päätarkoitus: Korkean tarkkuuden liikkeenohjaus

Servo -aseman perustavanlaatuinen tehtävä on ottaa komentosignaali liikkeenohjaimelta ja kääntää se tarkkaan virran määrään, joka tarvitaan servomoottorin siirtymiseen erittäin erityiseen sijaintiin, tarkkaan nopeudella ja hallitulla vääntömomentilla. Toisin kuin VFD, joka keskittyy 'kuinka nopeasti, ' servo keskittyy 'tarkalleen missä, milloin ja miten. '

Kuinka servoasema toimii: suljetun silmukan palautejärjestelmä

Servojärjestelmän määrittelevä ominaisuus on sen suljetun silmukan palautemekanismi. Tämä järjestelmä koostuu kolmesta ydinkomponentista:

1. Servo -ajomatka: toiminnan aivot ja lihakset.

2. Servomoottori: erikoistunut moottori, tyypillisesti pysyvä magneetti synkroninen moottori, joka on suunniteltu korkeaan dynaamiseen vasteeseen.

3. Palautelaite: kooderi tai ratkaisija, joka on asennettu suoraan moottorin akseliin.

Tämä järjestelmä toimii jatkuvassa komennon ja korjauksen silmukassa. Liikeohjain käskee servovetoa moottorin siirtämiseksi asentoon X. Asema lähettää virtaa moottorille, joka alkaa kääntyä. Kooderi lukee heti moottorin  todellisen  sijainnin ja ilmoittaa sen takaisin asemaan. Servoasema vertaa sitten komennettua sijaintia (x) kooderin ilmoittamaan todelliseen sijaintiin. Jos on jopa pienin poikkeama ( 'virhe '), asema tekee välittömän korjauksen tehonsignaaliin virheen poistamiseksi. Tämä silmukka kulkee tuhansia kertoja sekunnissa, mikä varmistaa uskomattoman tarkkuuden. Tämä on maailma kaukana tavanomaisen VFD: n avoimen silmukan luonteesta.

Tyypilliset servo -aseman sovellukset: Kun tarkkuus on ensiarvoisen tärkeää

Servo -asemat otetaan käyttöön sovelluksissa, joissa ei ole tilaa virheelle ja dynaaminen suorituskyky on kriittinen. Ne ovat menossa ratkaisu:

• Robotti ja robotti

• CNC -koneistus ja jyrsintä

• Automaattinen kokoonpano- ja nouto- ja paikkajärjestelmät

• Nopea tulostus- ja merkintälaitteet

• Puolijohdevalmistus

VFD vs Servo Drive: Head-to-Head -vertailu

Erottelun todella ymmärtämiseksi suora vertailu on välttämätön. Seuraava taulukko tarjoaa selkeän tilannekuvan yleiskäyttöisen VFD: n ja servo-käyttöjärjestelmän välisistä peruseroista.

Ominaisuusmuuttujataajuusasema	(VFD)	Servo -asemjärjestelmä
Päätavoite	Nopeudenhallinta ja energiatehokkuus	Sijainti, nopeus ja vääntömomentin hallinta (liikkeen hallinta)
Hallintajärjestelmä	Tyypillisesti avoimen silmukan. VFD komentaa nopeutta.	Aina suljettu silmukka. Se komentaa sijainnin ja korjaa virheet.
Palautelaite	Ei välttämätön VFD: n tavanomaiselle toiminnalle.	Olennainen osa järjestelmää (enkooderi tai ratkaisija).
Tarkkuus	Matala tai kohtalainen. VFD ei ole paikannustyökalu.	Erittäin korkea. Kykenevä mikrronitason tarkkuudella.
Dynaaminen vastaus	Hitaampi. Suunniteltu asteittaisiin nopeuden muutoksiin. Upea esitys VFD: ltä.	Erittäin nopeasti. Uskomaton kiihtyvyys/hidastuminen.
Ylikuormituskapasiteetti	Alempi (tyypillisesti 1,5 kertaa nimellisvirta).	Korkeampi (tyypillisesti 3 kertaa nimellisvirta tai enemmän).
Moottorityyppi	Tavallinen vaihtovirtainduktio (asynkroninen) moottori.	Pysyvä magneetti synkroninen servomoottori.
Maksaa	Alentaa. Koko VFD- ja moottorin asetukset ovat kustannustehokkaita.	Merkittävästi korkeampi. Premium -sijoitus suorituskykyyn.

VFD- ja servo -asemien välisten keskeisten erojen hajottaminen

Vertailutaulukko antaa meille 'mitä, ', mutta on yhtä tärkeää ymmärtää 'miksi. ' Havaitamme merkittävimmät erimielisyydet.

Ohjausmenetelmä: Ero komento- ja korjausasennon välillä

Syvemmin ero on ohjausfilosofiassa. Avoimen silmukan VFD toimii 'Tulipalo ja unohda ' -peruste. Se tuottaa 50 Hz: n signaalin ja olettaa, että moottori toimii vastaavalla nopeudella. Sillä ei ole alkuperäistä tapaa tietää, onko moottori pysähtynyt vai onko nopeus tiputtunut raskaan kuorman alle.

Servo -asema on sitä vastoin jatkuvassa valppauden tilassa. Sen koko olemassaolo perustuu 'seuraavan virheen ' poistamiseen - aukko, missä moottorin oletetaan olevan ja missä se todella on. Tämä suljetun silmukan palaute antaa servolle sen ilmiömäisen tarkkuuden ja tekee siitä sopivan tehtäviin, joita tavallinen VFD ei koskaan voinut suorittaa.

Suorituskyky ja dynamiikka: Katso vastausta ja ylikuormitusta

Servojärjestelmä on rakennettu nopeuden ja ketteryyden vuoksi. Se voi nopeuttaa kuorman pysähtymästä tuhansiin kierrosluvuihin ja takaisin nollaan millisekunnissa. Tämän saavuttamiseksi servo -asemilla on erittäin korkea 'nykyinen silmukan kaistanleveys ', ja ne on suunniteltu korkealla ylikuormituskyvyllä (usein 300% tai enemmän niiden nimellisvirrasta lyhyen ajanjakson ajan). Tämän avulla he voivat toimittaa valtavan vääntömomentin hitauden voittamiseksi heti.

VFD puolestaan ​​on rakennettu sileälle, tasaiselle ohjaukselle. Sen kiihtyvyys ja hidastuminen on ohjelmoitu 'ramps ' sekuntien aikana, ei millisekunnissa. Sen alhaisempi ylikuormituskapasiteetti (tyypillisesti 150%) riittää tuulettimen tai pumpun asteittaiseen käynnistämiseen, mutta siitä puuttuu todellisen liikkeenhallinnan edellyttämä dynaaminen rei'itys. VFD: n suorituskyky on täydellinen sen tarkoitettuihin sovelluksiin.

Tarkkuus ja tarkkuus: kooderin kriittinen rooli servojärjestelmässä

Sinulla ei yksinkertaisesti ole servojärjestelmää ilman kooderia. Kooderi on aseman 'silmät ', joka tarjoaa korkearesoluutioisen palautteen (usein miljoonia laskelmia vallankumousta kohti), jota tarvitaan tarkkuuden sijaintiin. VFD ei tarvitse tätä palautetta nopeudenhallinnan ensisijaiseen toimintaan. Vaikka  voit  lisätä kooderin korkean suorituskyvyn VFD: hen luomaan 'suljetun silmukan vektori ' -järjestelmän tarkemman nopeuden säätämiseksi, siitä puuttuu silti todellisen servo-aseman laskennallinen voima- ja liikesuunnitteluominaisuudet. Tavallinen VFD toimii täysin hienosti ilman tätä.

Kustannusanalyysi: Miksi servo -asema on kalliimpi kuin VFD?

Kustannuserot ovat merkittävä ja johtuu koko järjestelmästä.

• Asema: Servo-asema sisältää edistyneempiä, korkeamman nopeuden prosessoreita ja monimutkaisempia ohjausalgoritmeja kuin VFD.

• Moottori: Servomoottorit käyttävät kalliita harvinaisten maametallien pysyviä magneetteja suuren vääntömomentin tiheyden ja matalan hitauden saavuttamiseksi, kun taas VFD käyttää vakioa, massatuotantoa olevaa induktiomoottoria.

• Palaute: Korkean resoluution kooderi on sinänsä kallis tarkkuuslaite.

• Kaapelointi: Servojärjestelmät vaativat erikoistuneita, suojattuja palautetta ja virtakaapeleita.

Kun lisäät kaiken, täydellinen servojärjestelmä voi helposti maksaa 5–10 kertaa enemmän kuin vertailukelpoinen hevosvoiman VFD ja moottoriyhdistelmä. Siksi käytät servoa vain, kun sovellus vaatii ehdottomasti sen ominaisuuksia. VFD: n alhaiset kustannukset tekevät siitä helpon valinnan yksinkertaisemmille tehtäville.

VFD: n kehittyvä rooli nykyaikaisissa sovelluksissa

VFD: n maailma ei ole staattinen. Uudet tekniikat ja vaatimukset työntävät rajoja siitä, mitä VFD voi tehdä. Yksi merkittävimmistä viimeaikaisista suuntauksista on aurinkoenergian VFD: n nousu.

Auringon VFD on erikoistunut VFD-tyyppinen VFD-tyyppinen, joka on suunniteltu virtavesipumppuihin suoraan aurinkopaneeleista, täysin verkkoon. Se sisältää edistyneiden enimmäisvoiman seurannan (MPPT) algoritmit, jotka säätävät jatkuvasti moottorin nopeutta poimiaksesi mahdollisen mahdollisen tehon aurinkoaryhmästä valaistusolosuhteiden muuttuessa koko päivän ajan. Tämä tekniikka on mullistanut maatalouden ja veden saatavuuden syrjäisillä alueilla tarjoamalla luotettavan ja kestävän ratkaisun, jossa ruudukkovoima ei ole saatavana tai kallista. Solar VFD on täydellinen esimerkki siitä, kuinka VFD: n ydinteknologia voidaan mukauttaa erittäin erikoistuneisiin, vaikuttaviin sovelluksiin.

Kuinka valita: Onko VFD tai servo -asema oikein sovelluksellesi?

Nyt tärkein kysymys: kumpi tarvitset? Tässä on yksinkertainen opas.

Sinun tulisi valita VFD, kun…

• Ensisijainen tavoitteesi on moottorin nopeuden hallinta prosessinhallinnassa (esim. Tietty virtausnopeus).

• Ensisijainen prioriteettisi on energiansäästö keskipakokuormituksissa, kuten pumput ja puhaltimet.

• Sovellus ei vaadi tarkkaa, toistettavaa paikannusta.

• Kuorman muutokset ovat suhteellisen hitaita ja asteittaisia.

• Kustannukset ovat ensisijainen päätöksentekotekijä. VFD tarjoaa uskomattoman arvon.

• Esimerkki Sovelluskokoelmasta: Teollisuustuulettimet, kuljetinhihnat, vesipumput, LVI -ilmankäsittelijät. Näille VFD on täydellinen ratkaisu.

Sinun tulisi valita servo -asema, kun…

• Hakemus vaatii tarkkaan paikannusta ja absoluuttista toistettavuutta.

• Tarvitset erittäin nopean kiihtyvyyden, hidastumisen ja nopean suunnanmuutoksen.

• Järjestelmä vaatii useiden moottorien (akselien) täydellisen synkronoinnin.

• Suorituskyky ja tarkkuus ovat paljon tärkeämpiä kuin alkuperäiset järjestelmän kustannukset.

• Sinun on noudatettava monimutkaista liikeprofiilia vaihtelevilla nopeuksilla ja sijainneilla.

• Esimerkki sovelluskokoonpano: robottivarsi, CNC -karan sijainti, pullonkorkintakone, lääketieteelliset kuvantamislaitteet.

Yleiset kysymykset: VFD- ja Servo Drive -näytökset

Mikä on hissin aseman invertteri ja miten se liittyy VFD: hen?

Yksi Hissien aseman invertteri  on erittäin erikoistunut, hienostunut VFD -tyyppi. Vaikka se toimii samalla perusperiaatteella moottorin nopeuden hallitsemiseksi vaihtelevalla taajuudella, se sisältää joukon edistyneitä ominaisuuksia, jotka ovat kriittisiä hissinkäyttöön. Näitä ovat:

• Erittäin sileä kiihtyvyys- ja hidastuvuusramppit matkustajien mukavuuden saavuttamiseksi.

• Edistynyt vääntömomentin hallinta hissiauton ollessa paikallaan.

• Suoraan lattialle laskeutumisominaisuudet tarkkaan linjaamiseen.

• Integroidut turvaominaisuudet ja jarrujen hallintalogiikka.

• Akun varmuuskopiointi- tai pelastustilan toiminnot.

Joten vaikka se on teknisesti tyyppinen VFD, hissi-aseman invertteri on premium, sovelluskohtainen ohjain, joka ylittää paljon yleiskäyttöisen vaihtovirran.

Voidaanko VFD: tä käyttää sijainnin hallintaan?

Kyllä, rajoitetusti. Korkean suorituskyvyn 'Suljetun silmukan vektori ' VFD pariksi kooderin kanssa voi suorittaa Basic 'Go-to-asemaan ' -tehtävät. Se ei kuitenkaan koskaan vastaa todellisen servojärjestelmän dynaamista vastausta, päivitysnopeutta tai tarkkuutta. Se on elinkelpoinen vaihtoehto kuljettimen yksinkertaiseen indeksointiin, mutta täysin sopimattomana CNC -koneistuksen kaltaiselle tehtävälle.

Mikä on VFD: n tärkein etu verrattuna servo -asemaan?

VFD: n kaksi ylivoimaista hyötyä ovat sen alhaiset kustannukset ja kyky tuottaa massiivisia energiansäästöjä monissa yleisissä teollisuussovelluksissa. VFD tekee edistyneestä moottorin ohjauksesta saatavilla olevan ja taloudellisesti perusteltavan lukemattomille järjestelmille.

Johtopäätös: Oikean valinnan tekeminen VFD: n ja servo -asemien välillä

VFD: n ja servoaseman välinen keskustelu ei ole siitä, mikä tekniikka on 'parempi,', vaan siitä, mikä on oikea työkalu työhön. Ne ovat molemmat poikkeuksellisia tekniikoita, jotka on suunniteltu ratkaisemaan erilaisia ​​ongelmia. VFD on tehokkaan ja kustannustehokkaan nopeudenhallinnan kiistaton mestari, mikä tekee siitä välttämättömän komponentin nykyaikaisessa teollisuudessa ja infrastruktuurissa. Servojärjestelmä on korkean suorituskyvyn liikkeenohjauksen huippu, mikä mahdollistaa tarkkuuden ja automaation tason, joka oli kerran käsittämätön.

Laita se yksinkertaisimmin:

• Jos mantra on 'Hallitse nopeutta tehokkaasti ja edullisesti, ' Vastauksesi on VFD.

• Jos mantra on 'osu tavoitepaikkaani täydellisesti ja nopeasti, joka kerta, ' Vastauksesi on servo -asema.

Ymmärtämällä nämä perustavanlaatuiset erot voit siirtyä eteenpäin luottamuksella, suunnittelemalla ja määrittämällä moottorin ohjausjärjestelmiä, jotka eivät ole vain teknisesti terveitä, vaan myös täydellisesti yhdenmukaisia ​​suorituskykyvaatimusten ja budjetin kanssa. Nöyrällä VFD: llä on voimakas ja tärkeä rooli, samoin kuin monimutkainen servo -asema. Valitse viisaasti.