Quelle est la différence entre les variateurs VFD et les servomoteurs ?

Depuis le 21e siècle, avec l'essor de l'industrie 4.0 et du Made in China 2025, on se pose souvent la question suivante : "Quelle est la différence entre un servomoteur et un variateur de fréquence ?" sur le contrôle industriel. Ensuite, l'auteur sera le suivant quelques aspects à comparer. Veuillez m'excuser s'il y a une explication incompréhensible.

Onduleur VS Servo variateur

Comprendre à partir de la définition

Tout d'abord, par définition, l'onduleur est un dispositif de contrôle de puissance qui convertit la source d'alimentation à fréquence industrielle en une autre fréquence en utilisant la fonction marche/arrêt du dispositif semi-conducteur de puissance, il peut réaliser les fonctions de démarrage progressif, variable régulation de la vitesse de fréquence, améliore la précision de fonctionnement et modifie le facteur de puissance du moteur asynchrone à courant alternatif.

Le variateur de fréquence peut entraîner le moteur à fréquence variable et le moteur à courant alternatif commun, il agit principalement comme un régulateur de la vitesse du moteur.

Le système d'asservissement est un système de contrôle automatique qui permet à une quantité contrôlée de sortie d'un objet de suivre un changement arbitraire d'une cible d'entrée (ou d'une valeur donnée). La tâche principale est d'agrandir, de transformer et de contrôler la puissance en fonction des exigences de la commande de contrôle, de sorte que le contrôle du couple, de la vitesse et de la position du dispositif d'entraînement soit très flexible et pratique.

Système d'asservissement

Le système d'asservissement peut être divisé en système d'asservissement électromécanique, système d'asservissement hydraulique et système d'asservissement pneumatique selon le type de composants d'entraînement utilisés. Les systèmes d'asservissement les plus élémentaires comprennent les servo-actionneurs (moteurs, vérins hydrauliques), les composants de rétroaction et les servocommandes. Si vous voulez que le système d'asservissement fonctionne correctement, vous avez besoin d'un mécanisme de niveau supérieur, d'un automate, et d'une carte de contrôle de mouvement spéciale, ordinateur industriel + carte PCI, afin d'envoyer des instructions au servo variateur.

En général, les différences de définition entre les deux sont principalement résumées en une seule phrase : l'onduleur sert au contrôle de la vitesse et le servo au contrôle de la position.

L'inverseur sert au contrôle de la vitesse et le servo au contrôle de la position

Compréhension depuis le moteur

Bien que le servomoteur AC synchrone soit plus compliqué que le moteur à induction, il est plus simple que le moteur DC. Son stator, comme le moteur à induction, est équipé d'un bobinage triphasé symétrique sur le stator. Les rotors sont différents. Selon différentes structures de rotor, ils sont divisés en deux types : électromagnétique et non électromagnétique. Non électromagnétique est divisé en hystérésis magnétique, aimant permanent et réactif. Parmi eux, le type à hystérésis et le moteur synchrone réactif présentent les inconvénients d'un faible rendement, d'un faible facteur de puissance et d'une petite capacité de fabrication. Les moteurs synchrones à aimants permanents sont souvent utilisés dans les machines-outils à commande numérique. Comparé au type électromagnétique, l'aimant permanent présente les avantages d'une structure simple, d'un fonctionnement fiable et d'un rendement élevé. l'inconvénient est que le volume est important et que les caractéristiques de démarrage ne sont pas bonnes.

Cependant, le moteur synchrone à aimant permanent adopte une magnétisation résiduelle élevée et des aimants de terres rares à haute coercivité, qui peuvent être environ 1/2 plus petits que la taille de l'alimentation électrique CC, 60 % plus légers, et l'inertie du rotor est réduite à 1/5 du moteur à courant continu.

Moteur synchrone à aimant permanent par rapport au moteur asynchrone, il utilise une excitation à aimant élevé pour éliminer la perte d'excitation et la perte parasite associée, de sorte que l'efficacité est élevée. De plus, comme il n'y a pas d'anneau collecteur ni de balai requis pour le moteur synchrone électromagnétique, la fiabilité mécanique est la même que celle du moteur à induction (asynchrone) et le facteur de puissance est beaucoup plus élevé que celui du moteur asynchrone, de sorte que le rapport de volume du moteur synchrone à aimant permanent est asynchrone. Le moteur est plus petit. En effet, à basse vitesse, le moteur à induction (asynchrone) a une puissance apparente beaucoup plus élevée que la puissance apparente, car le facteur de puissance est faible et la sortie de la même puissance active est beaucoup plus grande.

Moteur synchrone à aimant permanent comparé au moteur asynchrone

Afin de former un champ magnétique rotatif circulaire dans le moteur, une différence de phase de 90 degrés entre la tension d'excitation Uf et la tension de commande UK est nécessaire. Les méthodes courantes sont :

1. Utilisation de la tension de phase et de la tension de ligne de l'alimentation triphasée pour former un déphasage de 90 degrés.
2. Utilisation de n'importe quelle tension de ligne de l'alimentation triphasée.
3. Réseau de déphasage.
4. Condensateur série en phase d'excitation.

Le moteur asynchrone triphasé est un type de moteur alimenté par une alimentation en courant alternatif triphasé de 380 V (différence de phase de 120 degrés). Étant donné que le rotor du moteur asynchrone triphasé et le champ magnétique tournant du stator tournent dans le même sens et à des vitesses de rotation différentes, il existe un rapport de glissement.

Le moteur asynchrone triphasé

Compréhension à partir d'indicateurs techniques

En ce qui concerne la comparaison des indicateurs techniques, l'auteur élabore principalement à partir des six points suivants :

1. Différentes capacités de surcharge

Le servo variateur a généralement une capacité de surcharge de 3 fois (et maintenant il y a quelques fabricants de servos qui peuvent faire 3,5 fois), ce qui peut être utilisé pour surmonter le moment d'inertie de la charge d'inertie au moment du démarrage, et l'onduleur généralement permet 1,5 fois la surcharge.

Le servo variateur a généralement une capacité de surcharge 3 fois supérieure

2. Précision de contrôle

La précision de contrôle du système d'asservissement est bien supérieure à la conversion de fréquence. Habituellement, la précision de contrôle du servomoteur est garantie par le codeur à l'extrémité arrière de l'arbre du moteur. Les encodeurs couramment utilisés sur le marché sont les encodeurs photoélectriques incrémentaux et les encodeurs photoélectriques à valeur absolue.

Contrôlez la précision

3. Différentes applications

La conversion de fréquence et l'asservissement sont deux catégories de contrôle. Le premier appartient au domaine de la commande de transmission, et le second appartient au domaine de la commande de mouvement. L'une consiste à répondre aux exigences des applications industrielles générales, et les exigences d'application ne sont pas élevées, et la poursuite d'un faible coût. L'autre est la recherche d'une haute précision, de hautes performances et d'une haute réponse.

Différentes applications

4. Différentes performances d'accélération et de décélération

Dans des conditions sans charge, le servomoteur est usiné à partir d'un arrêt jusqu'à 2000r/min, et il ne dépassera pas 20ms. Le temps d'accélération du moteur est lié à l'inertie de l'arbre du moteur et à la charge. Généralement, plus l'inertie est grande, plus le temps d'accélération est long.

Différentes performances d'accélération et de décélération

5. Caractéristiques dynamiques

Dans les applications d'automatisation, étant donné que les systèmes d'asservissement doivent souvent faire face à une précision de contrôle plus élevée et répondre à des erreurs plus subtiles à un rythme plus rapide, la période de temps d'ajustement de la réponse doit être plus courte, généralement en millisecondes ou même au niveau de la microseconde. De nombreux produits servo ont une bande passante de réponse en vitesse pouvant atteindre le niveau kHz. Contrairement aux produits d'entraînement à fréquence variable généraux, cette bande passante de réponse en fréquence est souvent de l'ordre de centaines de Hz.

Caractéristiques dynamiques

Étant donné que les servos sont souvent confrontés à des applications nécessitant une haute précision et une réponse dynamique élevée, la charge globale sera relativement légère et la puissance de sortie globale sera généralement de l'ordre de dizaines de kilowatts, ce qui est mieux que la puissance transmission. Le système d'entraînement à fréquence variable est beaucoup plus petit ; et ces applications de contrôle de fonctionnement intensif n'ont généralement pas de caractéristiques de réponse excessives. Généralement, la conversion asynchrone peut répondre aux exigences.

Plage de puissance

Compréhension du marché

Grâce aux explications ci-dessus, nous devons avoir une certaine compréhension de la différence entre l'onduleur et le servo au niveau technique. Ensuite, l'auteur a l'intention de discuter de la différence entre les deux du point de vue du marché.

Bien que la technologie d'asservissement dans notre pays ait commencé tardivement, le système d'asservissement composé d'un servomoteur, d'un dispositif de rétroaction et d'un contrôleur n'a passé que 50 ans. Cependant, il est indéniable que l'industrie manufacturière chinoise a progressivement réalisé que le rôle des systèmes d'asservissement dans l'amélioration de la compétitivité des produits est en croissance. La forte demande du marché pour les systèmes d'asservissement commence à émerger. Je pense que dans un avenir proche, le nouveau cycle de croissance des systèmes d'asservissement continuera d'écrire l'histoire d'un autre "onduleur chinois". Pourquoi dit-on cela ? Les principales raisons de l'analyse sont les suivantes :

Premièrement, avec le développement de la forme globale de l'économie chinoise, de nombreuses industries d'applications servo-critiques telles que les machines-outils, les équipements électroniques spéciaux, les équipements médicaux, les véhicules hybrides et les nouvelles industries énergétiques ont récupéré plus que les gens et attentes de #39 pour des raisons économiques et politiques. Le développement de ces industries a directement entraîné une forte demande sur le marché des servomoteurs, ce qui a entraîné la montée en puissance de nombreuses marques nationales de servomoteurs. Avec l'accélération du processus d'industrialisation, la modernisation industrielle et la substitution des importations ont également favorisé l'utilisation massive de produits servo, et les effets des économies d'énergie et de l'augmentation de la production deviennent de plus en plus évidents. Il convient de mentionner que la maturité initiale de la technologie d'application d'asservissement dans l'industrie éolienne implique que les opportunités commerciales d'économie d'énergie et de réduction de carbone pour l'asservissement ne sont pas inférieures aux opportunités apportées par l'économie d'énergie et la réduction des émissions aux onduleurs haute tension.

Deuxièmement, dans le secteur le plus élevé, les facteurs les plus importants que les utilisateurs apprécient dans le processus d'utilisation, tels que la stabilité, la réactivité et la précision, sont les avantages du système d'asservissement. Dans les exigences techniques de plus en plus exigeantes d'aujourd'hui, celui qui a les performances les plus élevées, qui peut obtenir la faveur des utilisateurs, le prix n'est plus le facteur décisif qui entrave le développement des servos. Le premier marché est sans aucun doute occupé par les servos. L'onduleur ne joue un rôle que dans certains domaines simples relativement bas de gamme.

Servo variateur VEICHI

Selon des statistiques incomplètes, il existe actuellement des dizaines de fabricants de servomoteurs en Chine. Le seuil d'accès dans le domaine des asservissements a toujours été supérieur à celui dans le domaine des onduleurs basse tension. De nombreux fabricants ont développé sur la base de la technologie des onduleurs. La technologie de conversion de fréquence a été étendue à la technologie d'asservissement et est utilisée habilement. Parmi les sept industries émergentes stratégiques, l'industrie des machines représente deux fabrications d'équipements haut de gamme et de véhicules à énergies nouvelles, et les cinq autres industries émergentes stratégiques ont également besoin du soutien de l'industrie des machines. De ce point de vue, le développement de la fabrication apportera également de nouvelles opportunités pour le développement des servos.

Compréhension de la concurrence sur le marché des servomoteurs et des onduleurs

Puisque ce qui précède parle de la différence des conditions du marché, il doit y avoir une certaine concurrence sur le marché. À certains égards, l'application n'est pas la même en raison de la différence de performances et de fonction entre l'onduleur et le servo. La concurrence principale se concentre sur les deux points suivants :

Concours de contenu technique. Dans le même domaine, si l'acheteur a des exigences techniques élevées et est plus compliqué, le système d'asservissement sera sélectionné. Sinon, le produit onduleur sera sélectionné.

Concurrence sur les prix. La plupart des acheteurs seront préoccupés par le coût, ils ignorent souvent la technologie et préfèrent l'onduleur à moindre coût. Comme nous le savons tous, le prix du système d'asservissement est presque plusieurs fois supérieur à celui du produit onduleur.

Résumer

La comparaison ci-dessus des technologies d'asservissement et de conversion de fréquence est basée sur la perspective du produit, et la différence entre elles est résumée dans un court paragraphe :

La puissance de l'onduleur est grande et la puissance du servomoteur est petite ;

Le convertisseur de fréquence est généralement exprimé par la puissance KW, et le servo variateur met généralement l'accent sur la vitesse et le couple ;

Le convertisseur de fréquence est destiné au contrôle de la vitesse, et le servo est destiné au contrôle de la position, et les scènes utilisées sont différentes ;

La différence entre l'onduleur et le servo variateur

Dans l'ensemble, dans les applications industrielles, les exigences de contrôle de vitesse et de contrôle de couple ne sont pas très élevées pour les onduleurs à usage général. Dans le cas d'exigences strictes en matière de contrôle de position, des servomoteurs CA intelligents sont utilisés pour réaliser la vitesse de réponse du servo. Il est beaucoup plus grand que la conversion de fréquence, et certaines des exigences de précision de vitesse et de réponse sont également utiles pour le contrôle du servomoteur AC. C'est-à-dire que le mouvement de la commande à fréquence variable peut être presque remplacé par le servomoteur AC.

Le servo variateur AC est l'une des technologies de support de l'automatisation industrielle moderne et du contrôle de mouvement. En raison de son contrôle à grande vitesse, de sa large plage de vitesse, de ses caractéristiques dynamiques et de son rendement élevé, le servomoteur AC est largement utilisé dans les machines-outils, les équipements d'impression, les équipements d'emballage, les équipements textiles, le caoutchouc et les plastiques. Nouvelles sources d'énergie telles que les équipements, les semi-conducteurs électroniques, l'énergie éolienne/solaire, la robotique et les lignes de production automatisées.