变频器?伺服?速度控制用什么?

说到小型电动机的速度控制,那就是「用通用变频器控制三相感应电动机」成为定式。特别是在输送系统等领域,考虑到未来的事情,选择「无论如何,驱动速度可以自由设置、更改的余地」的组合,这可能是理所当然的。
确实,变频器是普遍存在的。但是,「由于工作变化(重量和粘性)速度会随时变化,这是不理想的」或者「工程间尽可能高速,检查中低速输送」或者「为了同步多台的速度,需要速度匹配。但很麻烦」等等,这些不满和需求是否得到了满足呢。
「在这种情况下,采用伺服电动机吧」这样的声音也听得到,所以关于这件事,我们再稍微考虑一下吧。速度和转矩不足时,将电动机升级为伺服电动机应该是可以的。但是,考虑到三相电动机是变频驱动的,成本会变高,这是一个问题。速度的稳定性和多台同步的问题,如果采用伺服电动机,就可以解决,但是,考虑到成本,有时可能不得不妥协。
那么,有没有既方便又成本低的设备呢?
实际上,在这种情况下,有一个有效的第三种选择。那就是「无刷电动机」。似乎很多人不知道,所以首先我们要明确其作为速度控制电动机的定位。在此基础上,我们将解释其与变频和伺服进行速度控制相比,规格上有什么不同,使用上的区别等,希望您能借此机会迅速加深理解,掌握智能的选购技巧。
以变频器相当的价位获得伺服般的性能?第三种选择、无刷电动机是什么
无刷电动机的定位,简单来说就是变频器和伺服电动机的中间。「以接近变频器的低价格,能够像伺服电动机一样进行速度控制的专用速度控制电动机」。我们按顺序解释一下。

开环 — 变频控制的缺点
变频器是进行不向驱动器反馈电动机运行状态的开放环控制。在开环中,当负载变化时,实际速度不会跟随指令。因此,负载导致速度变化,或者多轴的速度同步困难。另外,由于三相电动机原有的转矩特性,在低速域和高速域,转矩会下降,因此很难同时获得目标速度和转矩。在持续以相同速度运行的情况下是好的,但在低速到高速的广泛速度范围内,想要进行多档速度运行的应用中,可能不太适用。
优异的速度特性 — 闭环的伺服和无刷电动机
另一方面,伺服电动机和无刷电动机都采用了PM电动机(使用永磁体),并且通过将电动机的运行状态反馈给驱动器的系统进行闭环控制。因此,对指令的跟随性高,也可以同步两个轴的速度。低速和高速下都能平稳地发挥转矩。无论什么指令速度,负载变化,驱动速度都能稳定,因此,两者都适用于变频器无法满足的应用。

万能&高价位 VS 专用&低价位 — 伺服电动机和无刷电动机的区别
当然,伺服电动机和无刷电动机也有区别。大体来说就是「能够进行高性能且万能的控制」还是「只有速度控制」的问题。
伺服电动机是搭载编码器,能够进行高精度且精确的定位控制、速度控制和转矩控制,非常万能的电动机。分辨率也取决于编码器,精密的编码器是电动机构成要素中高价的部件。
另一方面,无刷电动机是将功能集中在速度控制上。如果不需要定位控制,使用霍尔IC(传感器)也可以实现高精度的速度控制。霍尔IC比编码器简单且便宜。也就是说,通过专注于速度控制,与万能的伺服电动机相比,可以降低价格。
顺便说一下,对于输送系统等领域必需的减速机,情况也是一样的。无刷电动机可以使用与三相电动机几乎相同的小型且经济的平齿轮齿轮的标准品,但高精度定位控制能够实现的伺服电动机,通常会将行星机构的高精度和高强度的减速机组合起来,自然就会变得昂贵。专注于速度控制,还是万能,这种差异在这里也体现出来了。
小型速度控制电动机不是三相电动机的变频控制或伺服电动机的二者选一。两者之间还有无刷电动机这个有用的选择,希望您记住这一点。


无需调整、小型、节能…不仅仅是速度控制的无刷电动机
专注于速度控制的优点不仅仅是「可以以合理的价格获得高精度的速度控制」。
无刷电动机与变频控制的三相电动机相比,尺寸更薄,转矩更高。而且,由于使用高效率的永磁体电动机,因此节能效果非常显著。
最值得注意的,是无需调整,启动简单。因为是速度控制专用,所以不需要像变频器或伺服电动机那样进行参数设置或调整,可以立即使用,节省时间和精力。
此外,可以选择AC输入、DC输入,控制&操作接口的种类丰富,这也是变频器或伺服电动机所没有的独特之处。能够满足直观操作、网络利用、电池驱动、电动机回路一体化等多样化的需求,也将提高设计的自由度。
至此,我们已经将能够进行速度控制的电动机和回路作为变频器和伺服电动机进行了比较,下面将比较时的要点汇总成比较表,供您参考。您应该已经明白,无刷电动机也有考虑的余地。

比较项目 | 变频器 + 三相电动机 | 无刷电动机 | 伺服电动机 | |
---|---|---|---|---|
构成、结构、 系统 |
三相感应电动机 + 通用变频器 (各自单独销售) |
磁铁电动机(SPM型)搭载传感器+专用驱动器 | 磁铁电动机(SPM型/IPM型)搭载编码器+专用驱动器(放大器) | |
除了使用霍尔IC(传感器)进行转子位置检测外,与伺服电动机几乎相同 | 使用编码器进行转子位置检测。比传感器更精确。 | |||
![]() 开环 |
![]() 闭环 |
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控制功能 | 精度要求不高的速度控制 | 速度控制(部分可能进行转矩控制) | 速度控制、定位控制、转矩控制 | |
转速 (速度比) |
100~2400r/min(1:24) | 80~4000r/min(1:50) | ~5000r/min | |
转矩 |
![]() |
![]() |
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参考价格 电动机(无齿轮) +回路 |
90W 约25,000日元~ 相对便宜 |
120W 约27,000日元~ 比伺服电动机便宜 |
100W 约103,000日元~ 控制电动机中相对较贵 (取决于编码器精度、输出) |
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电动机外形 | 感应电动机 | 与感应电动机相同的安装尺寸度,L尺寸(电动机深度侧的长度)非常短 | 相对于输出,安装尺寸度小,但L尺寸(电动机深度侧的长度)长 | |
效率・ 节能性能 |
感应电动机的效率不高 | 使用永久磁铁的电动机,高效 | ||
速度变化率 (对负载)* |
-3~-15%左右 | ±0.2~±0.5%左右 | ±0.01%左右 | |
响应性 | 低 | 高 | 高 | |
过转 | 有 波动大 |
有 波动小 |
进行高精度的定位 | |
适合的运行 | ●主要以相同速度运行 ●想要快速改变速度 |
●即使改变速度也能以稳定的转矩、速度运行 ●多档速度运行 |
●想要高响应、高精度的定位、速度控制、转矩控制 ●多档速度运行 |
*在额定转速下,施加0~额定转矩或容许转矩的负载时,转速的变化量