광대 한 산업 자동화 및 전기 기계 시스템의 세계에서 용어 가변 주파수 드라이브 (VFD) 및 서보 드라이브가 자주 논의됩니다. 새로운 자동화 프로젝트를 시작하는 엔지니어, 기술자 및 고급 애호가들 에게이 두 모터 컨트롤러 사이의 선택은 중요한 결정 지점입니다. VFD와 서보 드라이브는 모두 전기 모터를 관리하도록 설계되었지만 기본적으로 다른 작업을 위해 제작 된 도구입니다. 잘못된 것을 선택하면 실망스러운 성능, 운영 비 효율성 또는 완전히 불필요한 비용으로 이어질 수 있습니다. 고출력 애플리케이션에는 특정 유형의 VFD가 필요할 수 있지만 서보 없이는 정밀 작업이 불가능합니다.
이 포괄적 인 가이드는 주제를 한 번에 해제 할 것입니다. 우리는 VFD와 서보 드라이브의 핵심 차이를 탐구하면서 명확하고 헤드 투 헤드 비교를 제공 할 것입니다. 우리는 그들의 제어 방법론, 성능 특성 및 이상적인 응용 프로그램을 조사 할 것입니다. 이 기사가 끝날 때마다 각 장치의 기능을 이해할뿐만 아니라 특정 요구에 맞는 올바른 컨트롤러를 자신있게 선택할 수 있으며 시스템이 효과적이고 경제적인지 확인할 수 있습니다. 현대 VFD의 역할은 확장되고 있으며 그 기능을 이해하는 것이 그 어느 때보 다 중요합니다.
비교하기 전에 먼저 VFD의 목적을 이해해야합니다. 공통 별칭 AC 드라이브에서 종종 언급되는 가변 주파수 드라이브는 공급 된 전원의 주파수 및 전압을 제어하여 교대 전류 (AC) 모터의 작동 속도를 변경하는 데 사용되는 모터 컨트롤러 유형입니다.
VFD의 주요 작업은 효율적인 속도 제어입니다. VFD를 전기 모터의 정교한 가스 페달로 생각하십시오. 팬이나 펌프와 같은 많은 산업 응용 분야는 100%의 전속 속도로 실행할 필요가 없습니다. VFD를 설치하면 모터의 속도를 실제 부하 수요와 정확하게 일치시킬 수 있습니다. 이 간단한 기능은 VFD 사용의 주요 이점, 즉 대규모 에너지 절약, 소프트 스타트를 통한 기계적 응력 감소, 모터 및 연결된 장비의 작동 수명이 크게 확장됩니다. 따라서 VFD는 현대 산업 에너지 효율의 초석입니다. 운영 비용을 줄이려는 모든 시스템은 VFD 구현을 고려해야합니다. VFD 설치에 대한 투자 수익률은 에너지 소비의 직접적인 감소로 인해 몇 년이 아닌 몇 달 안에 종종 측정됩니다. 잘 구현 된 VFD는 보장 된 비용 절감입니다.
VFD의 마법은 간단하지만 효과적인 작업 원칙에 있습니다. 표준 AC 모터 (RPM으로 측정)의 회전 속도는 수신하는 전력의 주파수 (Hertz, Hz로 측정)에 직접 비례합니다. 일반적인 VFD는 3 단계로 작동합니다.
정류기 단계 : VFD는 그리드에서 표준 AC 전력을 차지하여 DC 전원으로 변환합니다.
DC 버스/필터 스테이지 :이 DC 전원은 커패시터에 부드럽게되어 저장됩니다.
인버터 스테이지 : VFD는이 깨끗한 DC 전원을 찍고 '반전 '를 시뮬레이션 된 AC 출력으로 되돌립니다. 결정적으로, VFD는이 새로운 AC 신호의 주파수와 전압을 정확하게 제어 할 수 있습니다.
모터로 전송 된 주파수를 낮추면 VFD가 속도가 느려집니다. 주파수를 늘리면 속도가 빨라집니다. 기본적으로 이것은 'Open-Loop '제어 시스템입니다. VFD는 명령을 특정 속도로 실행하도록 명령을 보냅니다. 그러나 모터가 실제로 정확한 속도를 달성했는지 확인하는 것은 본질적으로 확인하지 않습니다. 많은 응용 분야에서 VFD로부터 의이 수준의 제어 수준으로 충분합니다.
효율적인 속도 제어에 중점을두기 때문에 VFD는 정밀 포지셔닝이 주요 목표가 아닌 광범위한 응용 분야에 이상적인 선택입니다. 가변 속도의 혜택을받는 모든 회전 응용 프로그램은 VFD의 주요 후보입니다. 일반적인 예는 다음과 같습니다.
펌프와 팬
컨베이어 벨트
믹서와 교반기
HVAC 및 Chiller 시스템
압출기와 공장
이러한 모든 경우에 VFD는 귀중한 프로세스 제어 및 주요 에너지 절약을 제공합니다.
VFD는 속도의 마스터이지만 서보 드라이브는 정밀한 마스터입니다. 서보 드라이브는 서류 운동 제어에 중점을 둔 서류 모터에 전원을 공급하고 제어하는 데 사용되는 전자 증폭기입니다. 서보 드라이브가 분리되어 작동하지 않는다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 완전하고 고성능 '서보 시스템. '의 일부입니다.
서보 드라이브의 기본 작업은 모션 컨트롤러에서 명령 신호를 가져 와서 서류 모터가 정확한 속도 및 제어 토크로 매우 특정한 위치로 이동하는 데 필요한 정확한 양의 전류로 변환하는 것입니다. '얼마나 빠른 속도, '에 중점을 둔 VFD와 달리 서보는 정확히 어디서, 언제, 어떻게. '에 중점을 둡니다.'
서보 시스템의 정의 특성은 폐 루프 피드백 메커니즘입니다. 이 시스템은 세 가지 핵심 구성 요소로 구성됩니다.
서보 드라이브 : 수술의 뇌와 근육.
서류 모터 : 특수 모터, 일반적으로 높은 동적 응답을 위해 설계된 영구 자석 동기 모터입니다.
피드백 장치 : 모터 샤프트에 직접 장착 된 인코더 또는 리졸버.
이 시스템은 지속적인 명령 및 수정 루프에서 작동합니다. 모션 컨트롤러는 서보 드라이브에 모터를 X로 이동하도록 지시합니다. 구동은 전원을 모터로 보냅니다. 인코더는 즉시 모터의 실제 위치를 읽고 드라이브로 다시보고합니다. 그런 다음 서보 드라이브는 커밋 된 위치 (x)를 인코더에서보고 한 실제 위치와 비교합니다. 약간의 편차가 가장 작은 경우 (AN 'ERROR ') 드라이브는 해당 오류를 제거하기 위해 전원 신호를 즉시 수정합니다. 이 루프는 초당 수천 번 실행되어 놀라운 정확도를 보장합니다. 이것은 표준 VFD의 오픈 루프 특성에서 멀리 떨어진 세계입니다.
서보 드라이브는 오류의 여지가없고 동적 성능이 중요한 응용 프로그램에 배치됩니다. 그들은 다음을위한 해결책입니다.
로봇 공학과 로봇 팔
CNC 가공 및 밀링
자동 조립 및 픽 앤 플레이스 시스템
고속 인쇄 및 라벨링 장비
반도체 제조
구별을 진정으로 파악하려면 직접 비교가 필수적입니다. 다음 표는 일반 목적 VFD와 서보 드라이브 시스템의 기본 차이에 대한 명확한 스냅 샷을 제공합니다.
| 기능 | 가변 주파수 드라이브 (VFD) | 서보 드라이브 시스템 |
|---|---|---|
| 주요 목표 | 속도 제어 및 에너지 효율 | 위치, 속도 및 토크 제어 (모션 제어) |
| 제어 시스템 | 일반적으로 오픈 루프. VFD는 속도를 명령합니다. | 항상 폐 루프. 위치를 명령하고 오류를 수정합니다. |
| 피드백 장치 | 표준 VFD의 작동에 필수적이지 않습니다. | 시스템의 필수 부분 (인코더 또는 리졸버). |
| 정도 | 낮거나 중간 정도. VFD는 포지셔닝 도구가 아닙니다. | 매우 높습니다. 미크론 수준 정확도가 가능합니다. |
| 동적 응답 | 느리게. 점진적인 속도 변경을 위해 설계되었습니다. VFD의 훌륭한 성능. | 매우 빠릅니다. 놀라운 가속/감속. |
| 과부하 용량 | 낮은 (일반적으로 1.5 배 정격 전류). | 더 높습니다 (일반적으로 3 배 평가 전류 이상). |
| 모터 유형 | 표준 AC 유도 (비동기) 모터. | 영구 자석 동기 서류 모터. |
| 비용 | 낮추다. 전체 VFD 및 모터 설정은 비용 효율적입니다. | 상당히 높습니다. 성과를위한 프리미엄 투자. |
비교 테이블은 우리에게 'what, '를 제공하지만 '왜. '를 이해하는 것도 마찬가지로 중요합니다.
가장 심오한 차이는 통제 철학에 있습니다. Open-Loop VFD는 'Fire and Forget '기준으로 작동합니다. 50Hz 신호를 출력하고 모터가 해당 속도로 작동한다고 가정합니다. 모터가 멈췄는지 또는 무거운 하중으로 속도가 크게 떨어 졌는지 알 수있는 기본 방법이 없습니다.
대조적으로 서보 드라이브는 지속적인 경계 상태에 있습니다. 전체 존재는 '다음 오류 '를 제거하는 데 기반을두고 있습니다. 모터가있는 위치와 실제로 위치 사이의 간격. 이 폐쇄 루프 피드백은 서보에 경이로운 정밀도를 제공하고 표준 VFD가 결코 달성 할 수없는 작업에 적합합니다.
서보 시스템은 속도와 민첩성을 위해 제작되었습니다. 정지에서 수천 rpm으로 부하를 가속화하고 밀리 초로 다시 0으로 가속화 할 수 있습니다. 이를 달성하기 위해 서보 드라이브는 매우 높은 '현재 루프 대역폭 '을 가지며 높은 과부하 용량 (종종 단기간 동안 300% 이상의 정격 전류)으로 설계되었습니다. 이를 통해 관성을 즉시 극복하기 위해 엄청난 토크를 전달할 수 있습니다.
반면에 VFD는 부드럽고 꾸준한 제어를 위해 제작되었습니다. 가속도 및 감속은 밀리 초가 아닌 몇 초에 걸쳐 '램프 '로 프로그래밍됩니다. 낮은 과부하 용량 (일반적으로 150%)은 팬이나 펌프를 점차 시작하기에 충분하지만 실제 모션 제어에 필요한 동적 펀치가 부족합니다. VFD의 성능은 의도 된 응용 프로그램에 적합합니다.
인코더가 없으면 서보 시스템을 가질 수 없습니다. 인코더는 드라이브의 'Eyes '이며, 정확한 포지셔닝에 필요한 고해상도 피드백 (종종 혁명 당 수백만 카운트)을 제공합니다. VFD는 속도 제어의 주요 기능에 대해이 피드백이 필요하지 않습니다. 있지만 여전히 실제 서보 드라이브의 계산 전력 및 모션 플래닝 기능이 부족합니다. 할 수 보다 정확한 속도 조절을 위해 고성능 VFD에 인코더를 추가하여 '폐쇄 루프 벡터 '시스템을 생성 표준 VFD는 이것없이 완벽하게 잘 작동합니다.
비용 불균형은 중요하며 전체 시스템에서 비롯됩니다.
드라이브 : 서보 드라이브에는 VFD보다 고급, 고속 프로세서와 더 복잡한 제어 알고리즘이 포함되어 있습니다.
모터 : 서보 모터는 고가의 희귀 고고 영구 자석을 사용하여 높은 토크 밀도와 낮은 관성을 달성하는 반면 VFD는 표준 대량 생산 유도 모터를 사용합니다.
피드백 : 고해상도 인코더는 그 자체로 고가의 정밀 기기입니다.
케이블 : 서보 시스템에는 특수한 차폐 피드백 및 전원 케이블이 필요합니다.
모든 것을 추가하면 완전한 서보 시스템은 비슷한 마력 VFD와 모터 조합보다 5 ~ 10 배 더 많은 비용이들 수 있습니다. 그렇기 때문에 응용 프로그램이 절대적으로 기능을 요구할 때만 서보를 사용하는 이유입니다. VFD의 저렴한 비용으로 간단한 작업을 쉽게 선택할 수 있습니다.
VFD의 세계는 정적이 아닙니다. 새로운 기술과 요구는 VFD가 할 수있는 일의 경계를 추진하고 있습니다. 최근 가장 중요한 트렌드 중 하나는 태양 VFD의 상승입니다.
태양 광 VFD는 태양 전지판에서 직접 펌프에 전력을 공급하도록 설계된 특수 유형의 VFD입니다. 여기에는 모터의 속도를 지속적으로 조정하여 하루 종일 조명 조건이 변경됨에 따라 태양열 어레이에서 가능한 최대 전력을 추출하는 고급 최대 파워 포인트 추적 (MPPT) 알고리즘이 포함되어 있습니다. 이 기술은 외딴 지역의 농업 및 물 접근에 혁명을 일으켜 그리드 전력을 사용할 수 없거나 비싸지 않은 신뢰할 수 있고 지속 가능한 솔루션을 제공했습니다. 태양 광 VFD는 VFD의 핵심 기술이 고도로 전문화되고 충격적인 응용 프로그램에 적응할 수있는 방법의 완벽한 예입니다.
이제 가장 중요한 질문 : 어떤 질문이 필요합니까? 간단한 가이드가 있습니다.
주요 목표는 프로세스 제어를위한 운동 속도를 제어하는 것입니다 (예 : 특정 유량 유지).
최우선 과제는 펌프 및 팬과 같은 원심 부하의 에너지 절약입니다.
응용 프로그램은 정확하고 반복 가능한 위치를 필요로하지 않습니다.
부하 변화는 비교적 느리고 점진적입니다.
비용은 주요 의사 결정 요소입니다. VFD는 놀라운 가치를 제공합니다.
예제 응용 프로그램 요약 : 산업용 팬, 컨베이어 벨트, 워터 펌프, HVAC 공기 처리기. 이를 위해 VFD는 완벽한 솔루션입니다.
응용 프로그램은 고정밀 포지셔닝과 절대적인 반복성을 요구합니다.
매우 빠른 가속, 감속 및 빠른 방향 변경이 필요합니다.
시스템은 여러 모터 (축)의 완벽한 동기화가 필요합니다.
성능과 정확도는 초기 시스템 비용보다 훨씬 중요합니다.
다양한 속도와 위치를 가진 복잡한 모션 프로파일을 따라야합니다.
예제 애플리케이션 요약 : 로봇 암, CNC 스핀들 포지셔닝, 병 캡핑 기계, 의료 이미징 장비.
an 엘리베이터 드라이브 인버터 는 고도로 전문적이고 정교한 유형의 VFD입니다. 다양한 주파수로 운동 속도를 제어하는 것과 동일한 기본 원리에서 작동하지만 엘리베이터 사용에 중요한 고급 기능을 통합합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
승객 편의를위한 매우 부드러운 가속도 및 감속 램프.
엘리베이터 차량을 고정하기위한 고급 토크 제어.
정확한 정렬을위한 직접 착륙 능력.
통합 안전 기능 및 브레이크 제어 로직.
배터리 백업 또는 구조 모드 기능.
따라서 기술적으로 VFD 유형이지만 엘리베이터 드라이브 인버터는 일반적인 목적 AC 드라이브를 훨씬 뛰어 넘는 프리미엄 응용 프로그램 별 컨트롤러입니다.
예, 제한된 정도. 인코더와 쌍을 이루는 고성능 '폐쇄 루프 벡터 'VFD는 기본 'Go-to-Position '작업을 수행 할 수 있습니다. 그러나 실제 서보 시스템의 동적 응답, 업데이트 속도 또는 정확한 정확도와 일치하지 않습니다. 컨베이어에서 간단한 인덱싱을위한 실행 가능한 옵션이지만 CNC 가공과 같은 작업에는 완전히 부적합합니다.
VFD의 두 가지 압도적 이점은 저렴한 비용과 광범위한 일반적인 산업 응용 분야에서 대규모 에너지 절약을 생성하는 능력입니다. VFD는 고급 모터 제어에 액세스 할 수 있고 수많은 시스템에 경제적으로 정당화 할 수 있도록합니다.
VFD와 서보 드라이브 사이의 논쟁은 어떤 기술이 '더 나은 것인지, '에 관한 것이 아니라 어느 것이 작업에 적합한 도구입니까? 그들은 서로 다른 문제를 해결하도록 설계된 뛰어난 기술입니다. VFD는 효율적이고 비용 효율적인 속도 제어의 논란의 여지가없는 챔피언이므로 현대 산업 및 인프라에서 필수적인 구성 요소입니다. 서보 시스템은 고성능 모션 제어의 정점으로, 한때 상상할 수 없었던 정밀도와 자동화 수준을 가능하게합니다.
가장 간단한 용어로 제공하려면 :
만트라가 '내 속도를 효율적이고 저렴하게 제어한다면, '당신의 대답은 VFD입니다.
만트라가 '내 대상 위치를 완벽하고 빠르게 누르면 매번 당신의 대답은 서보 드라이브입니다.
이러한 근본적인 차이를 이해함으로써 기술적으로 건전 할뿐만 아니라 성능 요구 사항 및 예산과 완벽하게 일치하는 모터 제어 시스템을 자신감, 설계 및 지정하여 발전 할 수 있습니다. 겸손한 VFD는 복잡한 서보 드라이브와 마찬가지로 강력하고 중요한 역할을합니다. 현명하게 선택하십시오.
