Miért válasszon szervohajtást a VFD-vel szemben?

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.

Tipikus panelre szerelhető szervohajtómű fekete tokkal és zöld csatlakozókkal a VFD-vel való összehasonlításhoz

Egy tipikus szervohajtómű

Általános szürke VFD gombokkal a szervohajtással való összehasonlításhoz

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.

Sárga rögzített robotkar gyári beállításban

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.

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.

gördülő szállítószalagon mozgó piros konténerek a raktárban

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 nő dönt a VFD és az indukciós motor, valamint a szervohajtás és a szervomotor között, figyelembe véve a költségeket, a funkciókat és a teljesítményt.

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

Több narancssárga raktárrobot a raktárban a töltöttségi szintet jelző akkumulátor ikonokkal

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.

Kézi robot, amely kis PCB szerelésű szervohajtómű egységet tart

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.

Nagyméretű váltakozó áramú indukciós motor a szivattyúrendszer részeként

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

KategóriaServo Drive rendszerVFD rendszerMegjegyzések
KöltségekAz indukciós motorok előállítási költsége alacsonyabb, mint a szervomotoroké, ezért a VFD-rendszerek jellemzően olcsóbbak, mint a szervorendszerek.
TeljesítményA VFD-k sokkal nagyobb teljesítménytartományokban működhetnek - akár megawattos méretben is.
SebességszabályozásMind 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-ellenőrzésA szervohajtások a visszacsatolásnak köszönhetően kiváló pozíciószabályozással rendelkeznek. Kifejezetten a pozicionálási alkalmazásokhoz igazodnak
MozgásvezérlésA szervohajtások az egyetlen megoldás az összehangolt mozgások és a gyors mozgásprofilok esetén.
JellemzőkA szervorendszerek több funkcióval rendelkeznek, mivel az iparágak és alkalmazások szélesebb körében használják őket.
Kis méretKis alkalmazásokhoz optimalizált szervók állnak rendelkezésre
HatékonyságA 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

Ez is érdekelheti Önt...

Pozíció mód információs mező
Pozíció mód
Sebesség üzemmód információs mező
Sebesség üzemmód
CNC szerszámgépek
CNC szerszámgépek
Termékek_Servo-Drives_custom
Egyedi és módosított szervohajtások
szervohajtás vagy szervóerősítő
Servo Drive vagy erősítő?