A szervómeghajtásokat és a VFD-ket egyaránt használják a gépekben a motorok meghajtására és a mozgás vezérlésére. Úgy tűnik, mintha ugyanazt tennék, miért válasszunk szervohajtást a VFD-vel szemben?
A szervohajtások és a VFD-k némi háttere
A szervohajtások hagyományosan állandó mágneses motorokkal működnek, és olyan alkalmazásokban használják őket, ahol pontos sebesség vagy pozíció ellenőrzés. A szervorendszerek egyik meghatározó jellemzője, hogy a pontosság és a precizitás eléréséhez visszacsatolást használnak. A szervohajtó rendszerek gyors gyorsításra és lassításra képesek, és pontos mozgáspályákat tudnak követni, akár pontról pontra, akár meghatározott kontúrral.
A VFD-ket viszont indukciós motorokkal párosítják, és olyan alkalmazásokban használják, ahol sebességszabályozásra van szükség. A VFD-rendszerek meghatározó jellemzője, hogy a motorhoz küldött feszültség frekvenciájának beállításával szabályozhatják a sebességet. Egyébként innen kapták a nevüket is - a VFD a Variable Frequency Drive (Változó frekvenciájú meghajtó) rövidítése. Egy másik fontos pont, hogy nem használnak visszacsatolást a motoron, így a sebességszabályozás nyílt hurkú. Ez azt jelenti, hogy a VFD-k nem kompenzálnak, ha leáll a motor, vagy ha a terhelés megváltozik, ami azt eredményezi, hogy a sebességszabályozás nem olyan pontos, mint a szervóknál. A VFD-k beállíthatók úgy, hogy egy adott sebességre felgyorsuljanak, majd hosszú ideig ugyanezzel a sebességgel működjenek.
Egy tipikus szervohajtómű
Egy tipikus változó frekvenciájú meghajtó
Mint sok mérnöki döntés esetében, itt sincsenek szigorú és gyors szabályok, és rengeteg példa van arra, hogy a szervohajtások és a VFD-k hagyományos szerepükön túlmutató képességekkel rendelkeznek. Például a technológiák fejlődésének és a több funkció biztosítása iránti állandó igénynek köszönhetően ma már nem nehéz olyan szervohajtásokat találni, amelyek indukciós motorokat is képesek táplálni - visszacsatolással és anélkül is. Ugyanígy rengeteg olyan VFD is létezik, amely visszacsatolással rendelkező indukciós motorokat is képes táplálni (a visszacsatolással rendelkező indukciós motort általában zárt hurkú vektoros motornak vagy CLV-nek nevezik).
Ennek eredményeként vannak olyan területek, ahol a szervohajtások és a VFD-k képességei átfedik egymást.
A precíz mozgásvezérlést igénylő alkalmazásokban a szervohajtások messze felülmúlják a VFD-ket.
Mikor válasszon szervómeghajtást a VFD-vel szemben?
A legtöbb esetben a döntés nyilvánvaló, hogy az alkalmazás igényei alapján melyiket válasszuk, de a választás bizonytalanná válhat, ha mindkettő alkalmas a feladat elvégzésére. Először az egyszerű helyzeteket vesszük sorra, majd azt, hogy mi történik akkor, ha mindkettő alkalmas.
A szervohajtások egyértelműen a legjobb választásnak bizonyulnak olyan alkalmazásokban, mint például a robotkarok, amikor több tengely összehangolt mozgására van szükség. Vagy amikor gyors gyorsításra és lassításra van szükség, például a pick-and-place portálok esetében. Vagy amikor precíz sebességszabályozásra van szükség egy szilícium ingot növesztéséhez, vagy amikor pontos, mikrométer alatti pozicionálásra van szükség félvezető alkalmazásokhoz.
Tetszik ez a cikk?
Kapjon ilyen blogokat közvetlenül a postaládájába!
A VFD-k nyilvánvalóan a szállítószalagokhoz való választás, amikor a sebességet egy bizonyos sebességre kell beállítani. Vagy hidraulikus szivattyúk és légfúvók esetén. Vagy egyes elektromos járműveknél, ahol a pontos vezérlés nem követelmény.
A középút az, amikor mindkettő képes elvégezni a munkát. Például sebesség- és pozíció üzemmódú alkalmazások, ahol a pontosság egy szervó esetében kissé laza, de a VFD képességein belül van.
Egy szállítószalag-rendszerben a VFD jobb választás, mint a szervohajtás, amennyiben az nem indul/áll le folyamatosan, illetve nem váltogatja az irányokat.
Szállítórendszerek jó példa erre. Egyrészt egy egyszerű szállítószalag-alkalmazásnak elég lehet, ha reggel bekapcsol, majd egész nap ugyanazzal a sebességgel fut. Egy VFD kiváló választás lenne erre a célra. Másrészt egy igényesebb szállítószalag-rendszer, amelynek gyakran kell elindulnia, leállnia, előre és hátrafelé haladnia, sebességét egy másik szállítószalaggal összehangolnia, és még sok minden másra is szüksége van, jobb választás lenne egy szervorendszerhez.
A dolgok nagy rendszerében a szállítórendszerek egész spektruma létezik különböző követelményekkel, amelyek közül néhány a szervók és a VFD-k egymást átfedő képességei közé tartozik. Amikor a választás nem egyértelmű, akkor az elemzés a következőkre terjed ki teljesítmény, jellemzők és ár. Bár, hogy igazságosak legyünk, minden mérnöki elemzés a teljesítmény, a funkciók és az ár alapján történik, de általában...
Teljesítmény és jellemzők
A rendszer kiválasztása a VFD-rendszer alacsonyabb költségeinek és a szervohajtásrendszerek jobb tulajdonságainak és teljesítményének mérlegelésével történhet.
Vegye fontolóra azokat a rendszereket, amelyek rendelkeznek az Ön által szükség van vagy tényleg akarja. Milyen mozgást kell elvégeznie a rendszernek, és milyen funkciók teszik jobbá vagy kényelmesebbé a végterméket?
Költségek
Miután teljesítmény alapján leszűkítette a jelöltek körét, nézze meg a költségeket. A szervorendszerek általában többe kerülnek, mint a VFD-rendszerek, mivel a költségek nagy részét a szervomotor teszi ki. A szervomotorok állandó mágneseket használnak, ami növeli az anyag- és gyártási költségeket az indukciós motorokkal szemben. Ezenkívül a szervohajtások gyakran többe kerülnek, mint a VFD-k, mert több funkcióval rendelkeznek. Ha már ezen a ponton vagy, akkor szó szerint kompromisszumot kell kötni a költségek és a teljesítmény között.
Egy másik példa elektromos járművek és elektromos mobilitás. Ebben az esetben van még néhány szempont, amiről még nem beszéltünk: hatékonyság, méret és teljesítmény. Az elektromos járművek és az elektromos mobilitás alkalmazásai a megrendelések teljesítésétől kezdve, ahol a robotok kihúzzák a termékeket a raktárból és előkészítik azokat a szállításra, a kórházi szervizrobotokig, az automatizált targoncákig, a motorokat és autókat mozgató gyári szállítókig, egészen a több tonnás terheket mozgató nagyon nagy gépekig terjedhetnek. A hatékonyság, a méret és a teljesítmény sok ilyen típusú alkalmazásnál döntő tényezővé válik a korábban tárgyalt sebesség- és pozíciószabályozási képességek mellett.
Hatékonyság
A mobilalkalmazásokban a hatékonyság különösen fontos az akkumulátor élettartamának megőrzése szempontjából, hogy hosszabb ideig működhessenek az újratöltések között. Ez az a terület, ahol a szervohajtások előnyben vannak a VFD-kkel szemben.
Számos mobilalkalmazás akkumulátorokra támaszkodik, mivel nem lehet őket a falhoz csatlakoztatni. Ha az akkumulátorok jelentik az áramforrást, akkor a rendszer tervezői számára a hatékonyság a legfontosabb kérdéssé válik. A hatékonyság növelése ugyanis lehetővé teszi, hogy a gépek hosszabb ideig működjenek két töltés között, így növelve a rendszer üzemidejét.
Emlékezzünk arra, hogy a szervók állandó mágneses motorokat, míg a VFD-k indukciós motorokat használnak. Kiderült, hogy az állandó mágneses motorok sokkal hatékonyabbak, mint az indukciós motorok, így amikor a hatékonyságra van szükség, a szervorendszerek egyértelmű előnyben vannak.
A szervohajtások sokkal kompaktabbak és szorosabban integrálhatók, mint a VFD-k.
Méret
Kisebb mobilalkalmazások esetében az összetevők mérete két okból is fontos szempont lesz. Először is a kisebb alkatrészek megkönnyítik a rendszertervezők számára az alkatrészek integrálását a tervükbe. Másodszor a kisebb alkatrészek kisebb súlyúak, ami csökkenti a gép teljes tömegét. A kisebb súly miatt kevesebb tömeget kell mozgatni, ami jobb gyorsulási teljesítményt és hosszabb akkumulátor-üzemidőt jelent. A hatékonysághoz hasonlóan a méret tekintetében is egyértelmű előnye van a szervohajtásoknak a VFD-kkel szemben. Ugyanazért a teljesítményért egy szervomotor kisebb lesz, mint egy indukciós motor. A legújabb szervo-konstrukciókat is miniatürizálták és mobil alkalmazásokhoz optimalizálták. Ezen okok miatt a szervók a győztesek, ha kisebb méretre van szükség.
A váltakozó áramú indukciós motorok sokkal nagyobb méretűek lehetnek, mint a szervomotorok, ezért a VFD-k alapértelmezés szerint a VFD-ket választják a nagyon nagy teljesítményű rendszerekhez.
Teljesítmény
A teljesítmény a nagyon nagy gépek esetében fontos. A szervorendszerek néhány száz kilowattig méretezhetők, de az indukciós rendszerek akár a megawattot is elérhetik.
Ahogy a teljesítményigény növekszik, a szervorendszerek végül kiesnek a versenyből, így maradnak az indukciós motorok és a VFD-k, bár ez az átmenet sokkal nagyobb teljesítményszinten történik, mint amit a legtöbb alkalmazás igényel.
Servo Drive vs VFD gyorsreferencia
| Kategória | Servo Drive rendszer | VFD rendszer | Megjegyzések |
|---|---|---|---|
| Költségek | ✓ | Az indukciós motorok előállítási költsége alacsonyabb, mint a szervomotoroké, ezért a VFD-rendszerek jellemzően olcsóbbak, mint a szervorendszerek. | |
| Teljesítmény | ✓ | A VFD-k sokkal nagyobb teljesítménytartományokban működhetnek - akár megawattos méretben is. | |
| Sebességszabályozás | ✓ | ✓ | Mind a szervók, mind a VFD-k nagyszerű sebességszabályozással rendelkeznek az igényektől függően. A szervohajtások a visszacsatolás miatt jobbak, de a VFD-knek sok alkalmazásban megvan a helyük. |
| Pozíció-ellenőrzés | ✓ | A szervohajtások a visszacsatolásnak köszönhetően kiváló pozíciószabályozással rendelkeznek. Kifejezetten a pozicionálási alkalmazásokhoz igazodnak | |
| Mozgásvezérlés | ✓ | A szervohajtások az egyetlen megoldás az összehangolt mozgások és a gyors mozgásprofilok esetén. | |
| Jellemzők | ✓ | A szervorendszerek több funkcióval rendelkeznek, mivel az iparágak és alkalmazások szélesebb körében használják őket. | |
| Kis méret | ✓ | Kis alkalmazásokhoz optimalizált szervók állnak rendelkezésre | |
| Hatékonyság | ✓ | A szervomotorok állandó mágnesei hatékonyabbá teszik a szervorendszereket, mint a VFD-k. |
Következtetés
A legtöbb esetben a szervohajtás és a VFD közötti választás elég egyszerű. A szervohajtások előnyben vannak a teljesítmény és a funkciók tekintetében, míg a VFD-k előnyben vannak a költségek tekintetében. Néha a választás egy olyan átfedési területre esik, ahol bármelyik működhet, ilyenkor egy kicsit jobban meg kell fontolni, hogy megtaláljuk az Ön igényeinek legmegfelelőbb rendszert.
René Ymzon, marketing menedzser
Tetszik ez a cikk?
Kapjon ilyen blogokat közvetlenül a postaládájába!
