概述
进入20世纪90年代，因为电力电子器材、微型处理器的开展，以及先进操控理论(如磁场定向矢量操控、直接转矩操控)的运用等原因，使沟通变频调速体系在比如调速规模、驱动才干、调速精度、动态呼应、输出功用、运转功率及运用方便性等方面有了很大的进步。现在，沟通变频器的功用现已能够和直流调速功用相媲美，再加上沟通电机固有的长处，更适用于直流调速体系无法比拟的场合，如高速化、大容量的旋转机械。沟通变频器已在钢铁、冶金、矿山、石油、化工、医药、纺织、机械、电力、轻工、建材、造纸、印刷等传统工业的改造和开展中得到了广泛运用，取得了巨大的经济效益和社会效益[1-4]。
可是，跟着工业场合中出产工艺的不断改进和晋级，对通用变频器的功用和功用也提出了更高的要求，尤其是一些需求定向、定位的场合，运用伺服体系进行操控本钱较高，因而通用变频器规划相应的简易伺服功用成为必要的需求。简易伺服功用在通用变频技能的条件下，关于操控办法内部的电流环和速度环，都进行了比一般变频更准确的操控技能和算法运算，在功用上也比通用变频器强壮许多，最首要是添加了方位环，能够进行准确的方位操控，经过给定的脉冲序列来操控速度和方位。
以电主轴的操控为例，电主轴是数控机床的重要部件，传统机床主轴是经过传动设备带动主轴旋转而作业的，而电主轴的首要特色是将电动机置于主轴内部，经过驱动电源直接驱动主轴进行作业，完结了电动机、主轴的一体化功用，进行切削加工，具有结构紧凑、功率高、噪声低、振荡小、精度高、运转平稳、冲击小等特色，能够使主轴轴承寿数得到延伸。运用通用变频器的伺服功用，可完结动态高精度同步盯梢、分度、准停及零速确定等功用，其优异的功用、丰厚的功用彻底能够满意数控加工中心主轴操控的工艺和精度要求。一般来说，对方位，速度和力矩的操控精度要求比较高的场合，都能够选用通用变频器的简易伺服功用，如机床、印刷设备、包装设备、纺织设备、激光加工设备、机器人、电子、制药、金融机具、主动化出产线等[5-9]。可是，通用变频器的简易伺服功用与专用伺服驱动器比较，在功用和功用方面还有必定的距离，因而通用变频器的伺服功用一般运用于一些关于伺服功用要求不高的场合，而一些高端运用则需求运用专用伺服驱动器。
2 通用变频器、简易伺服变频器、伺服驱动器的差异
变频器的操控目标是感应电机，它可分为通用型与专用型两类。通用型变频器便是人们往常说的变频器，只需容量答应，它对感应电机的出产厂家、电气参数原则上无要求。简易伺服变频器首要运用于数控机床的主轴操控，这样的变频器需求配套专门的主轴电机，也能够用于对定位、调速功用有较高要求的其它操控体系[10]。
1)通用变频器
通用变频器是用于一般感应电机的调速操控的操控器，它能够用于不同出产厂家、不同电气参数的感应电机操控。从体系操控的视点看，树立操控目标的数学模型是完结准确操控的条件条件，它直接决议了体系的操控功用。因为变频器是一种通用操控设备，其操控目标为来自不同厂家出产、不同电气参数的感应电机，依托现在的技能水平，还不能做到经过操控器自身来准确测验、辨认恣意操控目标的各种技能参数，因而，变频器在规划时需求进行很多的简化与近似处理，它的调速规模较小。
跟着技能的开展，先进的矢量操控变频器一般规划有主动调整(自学习)功用，它可经过主动调整操作来主动测验一些必需的、简略的电机参数，可在必定规模内进步模型的准确性，其功用与前期的V/f操控变频器比较，现已有了很大的进步。
2)简易伺服变频器
简易伺服变频器是一种专用变频器，一般与专用沟通主轴电机配套，用于金属切削数控机床的主轴等大规模、高精度调速。完结感应电机的大规模、高精度变频调速操控的条件是树立准确的操控目标数学模型，因而，变频器在规划时就有必要预知操控目标的参数，并对此进行专门的操控，它只能经过特定的感应电机和专用变频器才干完结。
简易伺服变频器的操控目标是驱动器出产厂家专门规划的沟通感应电机，这种电机经过严厉的测验与试验，其电气参数十分挨近。简易伺服变频器选用的是闭环矢量操控技能，它不光调速功用大大优于通用变频器操控一般感应电机的体系，并且还能够完结较为准确的转矩与方位操控。简易伺服变频器的调速功用好、出产本钱高，但它一般需求与计算机数控体系(CNC)配套运用，且不同公司产品功用、运用等方面的不同较大，其专用性较强。
3)伺服驱动器
伺服驱动器是用于沟通电机(沟通伺服电机)方位、速度操控的设备，它需求完结高精度方位操控、大规模的恒转矩调速和转矩的准确操控，其调速要求比变频器、简易伺服变频器等沟通调速体系更高，因而，有必要运用驱动器出产厂家专门出产、配套供给的专用伺服电机。
依据运用场合和操控体系要求的不同，伺服驱动器可分为通用型和专用型两类。通用型伺服驱动器是指自身带有闭环方位操控功用，可独立用于闭环方位操控或速度、转矩操控的伺服驱动器;专用型伺服驱动器是指有必要与上级方位操控器(如CNC)配套运用，不能独立于闭环方位操控或速度、转矩操控的伺服驱动器。
3 变频器怎么扩展伺服功用
尽管通用变频器与伺服驱动器比较，在功用和功用方面还有必定的距离，可是，经过将通用变频器外扩方位操控板，或进一步晋级功用，能够使其在不影响通用变频器功用的一起，具有“简易伺服”功用，首要运用在一些对定位要求不严厉的场合。变频器扩展伺服功用的方法能够总结为如下2种：
计划一：将带PG矢量操控功用的通用变频器外扩方位操控板，使其具有定位功用。例如，北京某公司曾依据艾默生TD3000为操控中心，开发出了与TD3000相匹配的方位操控板，结构图如图1所示。该计划完结简略，在国内曾有较多运用，可是，方位操控精度关于通用变频器的依赖性强、方位操控板与通用变频器软硬件匹配性欠好等原因，跟着伺服驱动器的开展，现在该方法已较少运用。
图1 外扩方位操控板+通用变频器方法
计划二：在坚持通用变频器功用和功用的基础上，经过对硬件和软件进行晋级，完结方位操控，该计划有2种完结方法：
a. 零伺服功用
在操控方法上添加零伺服方位环，能够完结电机对初始方位的回忆。以蓝海华腾V6-H系列变频器为例，零伺服功用框图如图2所示。关于异步电机，在零伺服指令有用时，当频率指令为零，且电机速度小于零伺服阈值，方位操控环路便投入作业。此刻的电机方位被回忆，对电机施加负载或开释负载后，电机最终会坚持在已回忆的方位上。零伺服的方位操控精度和动态呼应，可经过方位环的份额增益、积分时刻进行调整。
图2 零伺服功用框图
b. 简易伺服功用
与方法a比较，方位操控功用除了能完结零伺服功用外，还能完结主轴定位，能够运用于中、低端数控机床等场合。以深圳四方电气技能有限公司出产的A510系列闭环矢量变频器为例，操控目标为专用沟通主轴电机，它的主轴操控与分度定位操控能够完结简易伺服功用，首要用于电液伺服、机床伺服主轴操控等大规模、高精度调速。
4 首要出产厂家产品的技能目标
调速体系不光要满意作业机械稳态运转时对转速调理与速度精度的要求，并且还应具有快速、安稳的动态呼应特性，因而，除功率因数、功率等惯例经济目标外，衡量沟通调速体系技能功用的首要目标有调速规模、调速精度、速度呼应、过载才干等方面。
1) 调速规模
调速规模是衡量体系速度调理才干的目标。调速规模一般以体系在必定的负载下，实践可到达的最低转速与最高转速之比(如1:100)或直接以最高转速与最低转速的比值(如D=100)来表明。通用变频器、简易伺服变频器、伺服驱动器的调速规模如表1所示。
2) 调速精度
调速精度与调速体系的结构密切相关，一般来说，在相同的操控方法下，选用闭环操控的调速精度是开环操控1/10左右。通用变频器、简易伺服变频器、伺服驱动器的调速精度如表1所示。
3) 速度呼应
速度呼应指负载惯量与电机惯量持平的情况下，当速度指令以正弦波方法给守时，输出能够彻底盯梢给定改变的正弦指令频率值。速度呼应是衡量沟通调速体系动态快速性的技能目标，也是不同方法的沟通调速体系存在的首要功用距离。通用变频器、简易伺服变频器、伺服驱动器的速度呼应如表1所示。
4) 功率规模
通用变频器适用规模广，可操控的电机功率在三类产品中为最大，现在已可达1000kW;简易伺服变频器多用于数控机床的主轴操控，依据实践需求，功率规模一般在100kW以下;而沟通伺服则多用于高速、高精度方位操控，电机的功率规模一般在15kW以下。
5) 过载才干
过载才干是由“过载倍数”和“过载周期”两个目标决议的。所谓的过载倍数是指额定负载的百分比，过载周期是指过载倍数的通断周期，过载才干是体系功率器材硬件决议的，与散热面积、过载倍数的答应条件等参数有关。通用变频器、简易伺服变频器、沟通伺服的过载功用有较大不同，一般来说，三者能够接受的短时过载才干依次为100% ~ 150%、150% ~ 200%、200% ~ 350%。
6) 起动转矩
起动转矩能够反映变频器的起动才干和快速呼应才干，关于带码盘的体系而言，通用变频器、简易伺服变频器、沟通伺服的起动才干也有较大不同，一般来说，三者的起动才干依次为150%/0 rpm、150%~200%/0 rpm、200% ~ 350%/0 rpm。
7) 归纳比较成果
现在市场上各类沟通调速设备的产品很多，因为操控方法、电机结构、出产本钱与运用要求的不同，调速功用的距离较大，表1为一般情况下通用变频器、简易伺服变频器、沟通伺服的技能功用比照表。
