Выбор между сервоприводом и частотным преобразователем (ПЧ) — одна из ключевых задач при проектировании автоматизированных систем. Неверный выбор может привести к неоптимальным затратам и недостаточной производительности всей системы. В этой статье мы разберемся, для каких технологических задач предназначен каждый из приводов и на что стоит обратить внимание, если вы стоите перед выбором того или иного типа привода. Четкое понимание преимуществ каждого из типа приводов позволит сделать обоснованное и экономически эффективное решение.
Сначала — о терминах и реальности задач
ПЧ (частотный преобразователь) предназначен для управления асинхронными и синхронными электродвигателями по частоте/моменту и отлично подходит для интеграции в оборудование, используемого в непрерывных технологических процессах: насосы, вентиляторы, транспортеры, станции намотки и т. д. Современные ПЧ могут работать в скалярном (V/F), векторном без обратной связи (SVC) и векторном с обратной связью (FVC) режимах. Например, в линейке ПЧ VH6 реализован закрытый контур управления до 1000 Гц, точность скорости до ±0,2 % в FVC режиме, стартовый момент до 180 % при 0 Гц, перегрузка 150 % на 60с. Преобразователи частоты данной серии могут работать как с асинхронными машинами (ASM), так и с синхронными машинами на постоянных магнитах (PMSM), в зависимости от модели.
Сервоприводы — это системы всегда замкнутого контура, для контроля положения/скорости/момента с высоким разрешение обратной связи и высокой полосой пропускания скоростного контура (частота, на которой система реагирует на изменение фактической скорости). Так, в сериях DS5K2/DS5C2 полоса пропускания скоростного контура достигает 3 кГц, доступны алгоритмы подавления резонансов, S-кривая ускорения/торможения и динамическое торможение (с возможностью замыкания фазы при аварии/обесточивании), доступны серводвигатели с энкодерами с разрешением 19-бит (магнитный) и 23-бит (оптический), что заметно снижает низкоскоростные пульсации.
Миф «ПЧ = только скорость, серво = только позиция» можно считать устаревшим, современные векторные ПЧ в FVC режиме с датчиком обратной связи (PG-карта энкодера) в ряде случаев обеспечивают устойчивую тягу, высокую точность по скорости и управляемое торможение, закрывая «полупозиционные» сценарии, такие как отсчёт метража, обеспечение постоянного «тянущего» момента, выдержка угла при резки по метке и другое применение с высокими требованиями по динамике, но без требований по траектории. Для задач же с высокой цикличностью и синхронизации нескольких осей по-прежнему нужен именно сервопривод.
Методика выбора типа используемого привода
Ниже приведена таблица, по которой, в зависимости от задачи или её признака, можно определить что же лучше подходит, сервопривод или частотный преобразователь.
|
Применение |
Скорость |
Момент «с нуля» |
Позиционирование |
Динамика (мс) |
Рекомендуемые тип привода |
|
Насос/вентилятор |
Высокая |
Средний |
Нет |
Низкая |
ПЧ VH1 (V/F или SVC), встроенный PID. |
|
Транспортер, шнековый смеситель |
Средняя |
Средний |
Нет |
Средняя |
ПЧ VH5, SVC/FVC |
|
Намотка/тяга, поддержание стабильной скорости при больших моментах сопротивления |
Высокая |
Средний |
Нет |
Средняя |
ПЧ VH6 + PG (закрытый контур), функции защиты/ограничения тока. |
|
Цикловая подача/резка/упаковка с точной меткой |
Высокая |
Высокий |
Да |
Высокая |
Обзор линеек
Частотные преобразователи (ПЧ)
VH1 — экономичный ПЧ небольшой мощности
0,4…15 кВт; 1×220 В и 3×380 В; SVC/V/F, встроенный двухканальный PID регулятор, стандартный Modbus, аналог/дискретные входы/выходы; Перегрузка 150%/60с; встроенная функция торможения. Компактный корпус, отдельный воздушный канал системы охлаждения
VHL — Серия компактных ПЧ с векторным управлением. Корпус с уменьшенной шириной, он рассчитан на компактные шкафы, где критично занимаемое место.
0,4…1,5 кВт; 1×/3×220 В и 3×380 В; SVC/V/F; скорость ±0,3 %, перегрузка 150 %/60 с; двухканальный PID; поддержка протокола Modbus.
VH5 — универсальный бюджетный ПЧ с векторным управлением для малой/средней мощности (типично 0,75–5,5 кВт) в исполнениях 1×220 и 3×380 В. Поддерживает V/F и SVC, обеспечивает стабильность скорости до ±0,3% (SVC) и перегрузочную способность 150%/60 с (кратковременно до 180%/10 с, 200%/2 с). Встроены двухканальный PID, RS-485/Modbus RTU. Имеется возможность установить карты расширения EtherCAT и CANOpen.
VH6 — высокопроизводительная серия ПЧ.
3.7…110 кВт, только 3×380 В; режимы FVC/SVC/V/F; стабильность скорости до ±0,2 % (FVC), низкочастотный момент до ~180 % (0–0,5 Гц), перегрузка 150 %/60 с. Встроенный тормозной модуль 3,7…110; с 18,5 кВт — встроенный DC-дроссель. Опции: PG-карты (подключение энкодеров, EtherCAT/CANopen) Modbus RTU штатно; усиленная защита плат/EMC. Выходная частота до 1000 Гц.
Сервосистемы
DS5L2/DS5K2/DS5C2— семейство высокопроизводительных сервоприводов
- Полоса скоростного контура: до 2.5 кГц (DS5L2) и 3 кГц (DS5K2/DS5C2) — быстрый отклик, выше производительность цикла
- Режимы: позиция/скорость/момент; подавление резонансов, S-форма разгона/торможения
- Энкодеры: 17/19/23 бит (магнитные и оптические) для высокой точности и устойчивости на низких скоростях
- Безопасность: STO и динамическое торможение (замыкание фаз при аварии/потере питания)
- Связь и управление: RS-232/Modbus-RTU по умолчанию, EtherCAT (DS5C2), Profinet (DSSP), импульсный интерфейс (ABZ/CW-CCW), аналог (DS5K)
- Диапазоны мощностей: от 0.1 кВт до 27 кВт.
- IP-защита: до IP67 у B3/B4; сниженная температура нагрева, укороченный корпус (–18…–33% относительно предыдущего поколения)
- Скорость: до 6500 об/мин на 400 Вт с сохранением ~80% момента на максимальной скорости
- Опции: роторы с высокой/средней/низкой инерцией, тормоз, маслостойкие кабели, прямой/обратный вывод.
Критерии выбора
Шаг 1. Тип задачи.
• Непрерывный процесс без точной траектории (давление/расход/скорость ленты): ПЧ. Добавляете ПИД, профили разгона, при необходимости — PG-карту. VH6 даст точность скорости ±0,2 % в FVC, низкочастотный момент и быстрые противоаварийные алгоритмы.
• Быстрые перемещения, цикличность, повторяемость: серво. У DS5 полоса скорости до 3 кГц, готовые фильтры и S-кривые для подавления вибраций. Энкодеры с высоким разрешением обеспечат высокую точность повторения операций.
Шаг 2. Динамика и перегрузки.
Если частые пуски/торможения и время установления критично — серво с S-кривыми и фильтрами вибраций. Если динамика умеренная, но перегрузки и «рывки» от процесса заметны — ПЧ с обратной связью (PG), ограничение тока, анти-стоп.
Шаг 3. Торможение.
Для динамических остановок проверяйте наличие встроенного резистора, мощность/сопротивление резистора (для VH6 — встроен в 3,7…110 кВт); у серво реализовано динамическое торможение, плюс штатные клеммы для резистора регенерации.
Шаг 4. Связь/ПЛК.
Если нужно управление по EtherCAT, на ПЧ используется VH6-CC100, а для серво линейка DS5C2.
Шаг 5. Цена.
- Когда ПЧ дешевле и достаточен функционал: непрерывные процессы без жёсткой позиционной точности. Экономия — на мощности/кабеле/драйвере и на эксплуатации за счёт энергосбережения и встроенного PID
- Когда серво окупается: «дорогие секунды» цикла, брак от неточности, синхронизация осей, деформации из-за вибраций — уменьшение за счёт 3 кГц контура, 23-бит энкодеров и алгоритмов подавления
В заключение можно сказать, что граница между ПЧ и сервоприводом стала тоньше, но ключевое различие лежит в области динамики и точности. Высокая полоса пропускания сервоприводов и энкодеры с сверхвысоким разрешением делают их идеальными для цикличных и синхронизированных операций. В то же время современные ПЧ с векторным управлением уверенно закрывают широкий спектр задач по управлению скоростью и моментом, предлагая отличное соотношение цены и функциональности.
Если у Вас возникнут с этим сложности, Вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по эл. адресу: support@ipc2u.ru