伺服系統的基本概念是準確、精確、快速定位。這一概念貫穿于伺服系統的設計理念和運行機制中。為了實現這一目標,伺服系統采用了多種先進的控制策略和技術手段。其中,變頻技術是伺服控制的一個必不可少的內部環節。在伺服驅動器中,通過變頻技術可以實現無級調速,從而滿足不同工況下對速度的精確控制需求。
變頻技術在伺服系統中的應用不僅僅是為了實現無級調速,更重要的是它能夠提高伺服系統的控制精度和響應速度。在伺服系統中,變頻技術主要應用于電流環、速度環和位置環的控制。通過對這些環節進行閉合控制,伺服系統能夠實現更加精確和快速的定位功能。
為了滿足快速響應和準確定位的要求,伺服電機在構造上與普通電機存在顯著區別。首先,伺服電機通常采用高性能的永磁材料和優化的電機結構設計,以提高其轉矩密度和響應速度。其次,伺服電機還配備了高精度的編碼器或解析器等傳感器元件,用于實時檢測電機的位置和速度信息,以便進行精確控制。
現在市面上流通的交流伺服電機主要為永磁同步交流伺服電機。這種電機具有體積小、重量輕、效率高等優點,但由于受到工藝限制,很難做到很大的功率。對于十幾KW以上的大功率應用場合,同步伺服電機的價格通常非常昂貴。因此,在現場應用允許的情況下,多采用交流異步伺服電機作為替代方案。在這種方案中,很多驅動器實際上是高端變頻器,它們通過帶編碼器反饋的閉環控制來實現精確控制。
盡管伺服技術和變頻技術在應用場景和控制對象上有所不同,但它們之間實際上存在很多共同點。首先,交流伺服技術本身就是借鑒并應用了變頻技術的原理。在直流電機的伺服控制基礎上,通過變頻的PWM方式模擬直流電機的控制方式來實現交流伺服電機的控制。
其次,無論是伺服技術還是變頻技術,都涉及到對電機速度和位置的精確控制。它們都需要通過可控制門極的各類晶體管(如IGBT、IGCT等)進行載波頻率和PWM調節逆變,以實現頻率可調的波形類似于正余弦的脈動電。由于頻率可調,交流電機的速度就可調了(n=60f/p,其中n為轉速,f為頻率,p為極對數)。
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