电机的转速由变频器的输出频率决定，变频就是将工频的50Hz、60Hz的交流电先整流成直流电，然后通过可控制门极的各类晶体管（IGBT、IGCT等），通过载波频率和PWM调节逆变为频率可调的、波形类似于正余弦的脉动电，如图1所示。由于频率可调，所以交流电机的速度就可调了（n＝60f/2p，其中n表示转速，f表示频率，p表示极对数）。

图1 变频器的结构

如图1所示，变频器由3部分组成：整流单元、直流部分以及逆变单元。整流单元负责将三相工频电压整流成直流电压并储存在直流母线电容中，逆变单元再根据PWM方式将直流电压逆变为各种不同频率的PWM信号。常见的调制方式有两种：空间矢量调制（SVM）与边缘调制模式（PEM）。但由于边缘调制模式动态特性较差，因此在伺服控制系统中，都采用空间矢量调制模式，如图2所示。

图2 空间矢量调制方式电机电压与电流波形

如图2所示，IGBT导通的开关频率越高，逆变出来的电压越接近于正弦波形，电机上的噪声越小，电机发热量越少，转矩波动也越小。

表1 伺服控制与矢量控制比较

同时，从伺服控制与矢量控制特性比较（见表1）可以看出，伺服系统的速度环、电流环的采样周期以及驱动器输出的Zui高频率都与开关频率有关。开关频率越高，采样周期越短，输出频率越高。既然升高脉冲频率有这么多好处，是不是开关频率越高越好呢？答案是否定的。因为开关频率越高，IGBT导通频率越高，其发热越多。为保证IGBT在正常的温度下运行，规定当提高开关频率时，必须要相应地降低驱动器的输出能力。例如，在开关频率提高到8kHz时，驱动器需要一半电流的降容，因此在设置系统时，需要注意各种因素的影响。

简单的变频器只能调节交流电机的速度，这时可以开环也可以闭环，要视控制方式和变频器而定，这就是传统意义上的V/F控制方式。V/F控制方式是根据电机的压频比特性，通过开环的方式来控制电机。现在很多的变频都支持闭环矢量控制或者直接转矩控制方式。矢量控制是指将交流电机的定子磁场U、V、W三相转化为可以控制电机转矩、励磁两个电流的分量，来实现电流闭环控制。另外，借助编码器或观测器模型来计算当前转速，实现闭环速度控制。U、V、W每相的输出要加摩尔效应的电流检测装置，闭环控制方式的速度精度要高于V/F控制。

在变频技术发展的前提下，在驱动器内部的电流环、速度环和位置环（变频器没有该环）都具有比一般变频器更jingque的控制技术和算法，从而可以进行jingque的位置控制。通过上位控制器发送的脉冲序列或者通信数据来控制速度和位置，驱动器内部的算法和更快、更jingque的计算以及性能更优良的电子器件使驱动器比变频器更优越。但也有的驱动器既可以用于矢量控制，也可以用于伺服控制。例如，西门子的SinamicsS120系列驱动器，是集矢量与伺服于一身的驱动器，当把轴组态成伺服模式时，其电流环与速度环的采样周期默认为125μs，但是当用S120来组态矢量轴时，其采样周期变为250μs。除了采样周期外，电机模型也不同，与矢量控制相比，伺服控制的模型更加简化、直接。

电机方面，伺服电机的材料、结构和加工工艺要远远高于变频器驱动的交流电机（一般交流电机或恒力矩、恒功率等各类变频电机），也就是说，当驱动器输出电流、电压、频率变化很快的电源时，伺服电机就能根据电源的变化产生相应的动作变化，其响应特性和抗过载能力远远高于变频器驱动的交流电机，电机方面的显著差异也是两者性能不同的根本原因。就是说，不是变频器输出不了变化那么快的电源信号，而是电机本身就反应不了，所以在设定变频器的内部算法时，为了保护电机，做了相应的过载设定。当然，即使不做过载设定，变频器的输出能力也是有限的，有些性能优良的变频器就可以直接驱动伺服电机。

由于变频器和伺服电机在性能和功能上不同，所以其应用也不大相同。在速度控制和力矩控制要求不是很高的场合一般用变频器，也有在上位加位置反馈信号构成闭环用变频进行位置控制的，其精度和响应都不高。现在有些变频器也接收脉冲序列信号来控制速度，但不能直接控制位置。

在有严格位置控制要求的场合中只能用伺服电机，另外，伺服电机的响应速度远远大于变频器，有些对速度的精度和响应要求高的场合也用伺服控制，能用变频控制的运动的场合几乎都能用伺服控制取代，关键是两点：一是伺服电机的价格远远高于变频器；二是功率的原因，变频器Zui大的能做到几百千瓦，甚至更高，伺服电机Zui大就几十千瓦。伺服的基本概念是准确、jingque、快速定位。变频是伺服控制的一个必需的内部环节，伺服驱动器中同样存在变频环节（要进行无级调速）。但伺服电机将电流环、速度环或者位置环都闭合进行控制，这和变频器有很大的区别。除此之外，伺服电机的构造与普通电机不同，其要满足快速响应和准确定位的要求。现在市面上流行的交流伺服电机多为永磁同步交流伺服方式，但这种电机受工艺限制，很难做到很大的功率，十几千瓦以上的同步伺服电机价格就已经极其昂贵，因此在现场应用允许的情况下，应多采用交流异步伺服电机，这时，很多驱动器就是高端变频器，带编码器反馈闭环控制。

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