Velocidade ou posição? Como saber se sua máquina precisa de um VFD ou de um servo drive

Se a sua máquina precisa apenas de velocidade ajustável e tolera erros de posicionamento em graus ou pior, um VFD é o correto. Se precisar de posicionamento repetível, sincronização de vários{1}eixos ou correção de nível-de milissegundos, você precisará de um servodrive. Se estiver entre os dois, avalie primeiro um VFD de vetor de loop-fechado. A questão entre VFD e servo acionamento é resolvida por uma coisa, não por uma folha de dados: esse eixo precisa parar em uma posição definida e retornar a ela?

Principais conclusões

• Um VFD controla a velocidade de rotação de um motor. Um servoconversor controla onde ele para e qual caminho segue.
• Uma terceira rota fica entre eles: um VFD de vetor-de circuito fechado com feedback do codificador.
• Os servodrives oferecem sobrecarga de aproximadamente 3x contra cerca de 1,5x para um VFD, o que altera seu dimensionamento e também seu desempenho.
• Em substituições obsoletas, a geometria de montagem causa mais retrabalho do que incompatibilidade elétrica.

1. A versão resumida: o que realmente separa um VFD de um servo drive

1.1 A diferença-de uma frase

Em uma comparação entre VFD e servo-drive, o VFD gerenciaquão rápido, e o servo gerenciaonde, quando e por qual caminho. Um servo precisa de feedback porque seu alvo de controle é a posição, e a posição não pode ser inferida a partir da frequência aplicada. O loop segue do alvo de controle, e é por isso que a seleção começa no requisito da máquina e não na folha de dados.

1.2 Visão geral-da{2}}comparação lado a lado

Apenas duas linhas são verdadeiras barreiras: alvo de controle e classe de precisão.

1.3 Por que a terminologia confunde as pessoas

VFD, inversor, inversor CA, conversor de frequência e inversor de velocidade variável nomeiam a mesma classe de equipamento. No lado servo as palavras carregam significado. Um servo drive, ou amplificador, é apenas a eletrônica de potência; um sistema servo significa acionamento mais motor mais feedback. Quando duas cotações para um eixo diferem três vezes, geralmente é por isso. Indique o que deseja na RFQ.

2. Os números que realmente importam na decisão de seleção

Quatro parâmetros decidem a maioria dos projetos e não são iguais. A classe de precisão e a taxa de inércia de carga são portas rígidas que eliminam completamente as opções, enquanto a largura de banda e a sobrecarga apenas alteram o custo e o dimensionamento.

2.1 Precisão e repetibilidade de posicionamento

Um VFD de{0}loop aberto mantém a velocidade dentro de uma pequena porcentagem do ponto de ajuste sob mudança de carga, e o feedback do codificador reduz isso em uma ordem de magnitude. Em vez disso, um servoeixo é classificado para repetibilidade posicional, retornando a uma posição comandada dentro de algumas contagens do codificador.

Esses números não são comparáveis, portanto escolher o número menor não faz sentido. O erro de campo comum é o seguinte: adicione um codificador a um VFD padrão, espere o posicionamento e você terá rastreamento e caça em baixa velocidade perto do alvo.

2.2 Largura de banda de resposta e tempo de acomodação

Os loops de velocidade do servo geralmente atingem a faixa de kHz, enquanto os VFDs de uso geral ficam na casa das centenas de Hz, e um servo motor descarregado atingindo 2.000 rpm a partir da paralisação em aproximadamente 20 ms é normal. Estas são ordens de grandeza típicas, não garantias.

O que importa é quando a lacuna se torna visível. Indexe uma vez a cada dois segundos e a diferença nunca chega ao produto. Indexe oito vezes por segundo com acomodação dentro de cada ciclo e nenhuma quantidade de ajuste do VFD chega lá.

2.3 Capacidade de sobrecarga e por que ela decide seu dimensionamento

Um servoacionamento normalmente fornece cerca de 3x o torque nominal brevemente; um VFD de uso geral cerca de 1,5x.

Essa lacuna muda a forma como você dimensiona. Com uma demanda de pico no rompimento ou durante a aceleração, a rota do servo é dimensionada de acordo com a necessidade contínua e utiliza sobrecarga para o pico, enquanto a rota do VFD deve ser dimensionada mais próxima do pico. Isso aumenta um ou dois tamanhos de quadro e, com ele, o espaço do motor e do painel, de modo que a diferença de custo real é menor do que a lacuna do adesivo.

2.4 Taxa de inércia de carga: o parâmetro que a maioria das pessoas ignora

Para seleção de servos é um veto oculto. Empurre-o muito alto e você terá um ajuste difícil, oscilação no assentamento, às vezes um eixo que nunca se estabiliza, por mais longo que seja o comissionamento. Muitos construtores mantêm a proporção em um dígito baixo para movimentos exigentes e aceitam até cerca de dez onde a dinâmica é suave.

Para aplicações VFD você pode deixar isso de lado, já que a alta inércia suaviza a saída do inversor em vez de combatê-la. Envie seu modelo de carga na fase de cotação.

3. A terceira opção sobre a qual ninguém fala: VFDs-de vetor de loop fechado

Quase todos os artigos sobre esse assunto dividem o mundo ao meio e pedem que você escolha um lado. Esse enquadramento está errado o suficiente para ser caro. Muitas aplicações precisam de mais controle de torque do que um VFD básico oferece, mas menos capacidade posicional do que um servo oferece, e uma escolha binária forçada faz com que tenham desempenho inferior ou gasto excessivo.

3.1 O que um VFD de vetor-de circuito fechado realmente faz

O recurso VFD vem em três níveis: controle V/Hz, controle vetorial sem sensor e controle vetorial-de circuito fechado, que adiciona um codificador e fecha circuitos de velocidade e torque em torno da medição real.

O terceiro nível fornece torque total em velocidade zero e precisão de torque boa o suficiente para tensão e compartilhamento de carga-, que é onde ele se sobrepõe à capacidade do servo. Ele não se sobrepõe em todos os lugares: a largura de banda do loop de posição e a sincronização multi{2}}eixos permanecem um nível abaixo e o ajuste não fecha essa lacuna.

3.2 Acionando um motor de ímã permanente com um VFD de alto-desempenho

Um motor síncrono de ímã permanente não é a mesma coisa que um servo motor. PMSM descreve construção; servo descreve a função que um motor desempenha dentro de um sistema de malha-fechada. A maioria dos VFDs modernos de alto-desempenho suportam o controle PMSM diretamente, para que você possa capturar a eficiência do ímã permanente sem comprar um sistema servo. A resposta dinâmica permanece no território do VFD, o que é adequado para ventiladores e bombas de alta eficiência e cargas de torque constante.

3.3 Quando o caminho do meio é suficiente e quando não é

Execute seu aplicativo em seis condições. Todos os seis estão claros, o caminho do meio geralmente é suficiente. Qualquer um falhar, vá direto para o servo.

1. Não é necessário controle absoluto de posição, apenas regulação de velocidade ou torque.
2. Nenhuma relação de fase mantida em relação a outro eixo.
3. A resolução é permitida em centenas de milissegundos em vez de dezenas.
4. A repetibilidade do posicionamento, se houver, é necessária em nível milimétrico, em vez de mais rigorosa.
5. Taxa de inércia de carga alta, mas estável, sem alterações abruptas no meio do-ciclo.
6. Não há came eletrônico, interpolação ou contorno envolvido.

As aplicações que geralmente eliminam todos os seis incluem enrolamento de tensão constante, partida e parada com alta inércia e corte simples-no-comprimento. Aqueles que falham incluem sincronização de cames multi{3}}eixos e cisalhamento flutuante de alta-taxa.

3.4 Um VFD pode substituir um servoconversor? Uma resposta direta

Às vezes sim, sob certas condições, e muitas vezes não.

Funciona quando o eixo necessita de controle de velocidade ou torque sem posicionamento absoluto, quando nenhuma sincronização é necessária e quando o assentamento não afeta a qualidade do produto. Ele falha quando o eixo deve atingir uma posição comandada repetidamente, manter a fase com outro eixo ou seguir um perfil interpolado ou de came.

Quando não tiver certeza, presuma que não. A adaptação posterior de um servoeixo custa muito mais do que a diferença de preço original.

4. Um caminho de seleção prático: seis perguntas em ordem

Essas questões são ordenadas por força de veto. Assim que alguém produzir uma resposta desqualificante, pare; o resto não pode revertê-lo.

4.1 O fluxo de decisão

1. O eixo requer controle de posição?Não, e você já está na filial VFD. Sim, continue.
2. Que repetibilidade posicional é necessária?O nível milimétrico ou mais flexível mantém o VFD de vetor de loop fechado-em ação. Mais apertado elimina todas as opções de VFD imediatamente. Isso ocupa o segundo lugar porque é o desqualificador mais comum.
3. Eixo único ou eixos sincronizados?Qualquer requisito para manter a fase move você para o servo, independentemente da precisão.
4. Qual tempo de ciclo é necessário?A acomodação em dezenas de milissegundos leva você ao servo; centenas de milissegundos mantém a ramificação do VFD aberta.
5. Qual é a razão de inércia da carga?Relações altas e instáveis ​​complicam o ajuste do servo e podem forçar uma troca de caixa de câmbio. Execute isso antes de finalizar um modelo.
6. Qual é o orçamento?Por último, deliberadamente. O orçamento determina qual modelo você compra dentro de uma rota, nunca qual rota você segue.

Não tem certeza de qual tamanho de quadro se adapta ao seu motor?

Envie-nos a placa de identificação e os dados de carga e verificaremos a correspondência.

Entre em contato com nossa equipe de engenharia.

4.2 Exemplo resolvido: um transportador que não precisa de servo

Um transportador de correia de 15 kW movimenta caixas em velocidade de linha variável, sem necessidade de posição, carga constante. A pergunta 1 responde não e o fluxo termina aí. A seleção se transforma em dimensionamento: combine o inversor com a corrente de carga total do motor, em vez de kW na placa de identificação, e deixe margem para uma partida com carga.

4.3 Exemplo prático: um eixo de embalagem que não

Uma mandíbula de vedação-cruzada em uma embaladora de fluxo, sincronizada com a alimentação do filme, alta taxa de ciclo. A questão 2 exige repetibilidade bem abaixo de um milímetro na vedação, o que já remove a ramificação do VFD. A questão 3 resolve de forma independente, pois a mandíbula deve manter fase com o eixo do filme.

4.4 Exemplo prático: um enrolador que cai no meio

Um suporte de desenrolamento que mantém uma tensão constante da trama, com uma grande inércia do rolo que muda continuamente. A pergunta 1 responde que não, mas o eixo precisa de mais que V/Hz porque a precisão da tensão depende da precisão do torque. Todas as seis condições na seção 3.3 são resolvidas, então isso resulta em um VFD de vetor-de malha fechada por uma fração do custo do servo.

5. Mapa de aplicação: onde cada tipo de unidade pertence

5.1 Aplicações típicas de VFD

• Bombas e ventiladores.A demanda varia continuamente e nada depende da posição. Veja nossoGuia de dimensionamento de HVAC VFD.
• Transportadores.A velocidade da linha muda entre produtos; onde a correia para é irrelevante.
• Compressores e misturadores.A demanda varia durante o turno, e a operação com-carga parcial é onde reside a economia.
• Torres de resfriamento e manipuladores de ar.Serviço contínuo com rastreamento de carga.

O serviço de torque baixo-alto{1}}de velocidade é onde o V/Hz básico se esgota, e esse é um motivo para subir um nível de controle em vez de servo. Navegue pelofaixa de acionamento de frequência variável.

5.2 Aplicações servo típicas

• Articulações robóticas.Cada junta mantém um ângulo comandado e é coordenada com as outras.
• Eixos de alimentação CNC.Os caminhos são interpolados, portanto o erro seguinte torna-se um erro de geometria da peça.
• Eixos de empacotamento e conversão.Vários eixos mantêm fase em altas taxas de ciclo.
• Escolha e coloque.A repetibilidade fina é toda a função do eixo.

Uma observação sobre nosso posicionamento: fornecemos VFDs, CLPs, IHMs e módulos CLP, e não vendemos servoconversores. A orientação acima reflete a experiência de seleção e não o interesse em vendas, e é por isso que podemos dizer claramente quando um servo é a resposta certa.

5.3 Instalações mistas: como traçar a linha

A maioria das fábricas opera ambos, então o que ajuda é um princípio e não uma lista, e a mistura acarreta um custo oculto porque duas famílias significam dois estoques extras e dois conjuntos de habilidades. Função primeiro: motores utilitários, como bombas, ventiladores e circulação de refrigerante, vão para os VFDs, enquanto os eixos do processo vão para o servo. Segundo contato com o produto: se o movimento determinar uma dimensão, qualidade de vedação ou peso de preenchimento, trate-o como um candidato a servo. Terceira coordenação: se o eixo deve manter fase com outro eixo, ele é um eixo servo de qualquer maneira. Nossosoluções para o setor de energiamostre uma divisão trabalhada.

5.4 Onde o PLC e o controlador de movimento se encaixam

A restrição está na rede. PROFINET domina as arquiteturas Siemens, EtherNet/IP domina as arquiteturas Allen-Bradley, EtherCAT aparece amplamente em máquinas pesadas-de movimento e Modbus RTU permanece comum para controle simples de VFD. Confirme a marca do seu controlador e o tipo de barramento antes de selecionar qualquer unidade; essa etapa geralmente remove metade dos candidatos. Revisão compatívelCLPeIHMopções nas mesmas seis marcas.

6. Custo, prazo de entrega e fornecimento: o que a folha de especificações não diz

A seleção técnica decide se a máquina funciona. As condições de aquisição decidem se o projeto será entregue dentro do prazo e quase nenhum artigo de seleção cobre o segundo semestre.

6.1 Além do preço de compra: a comparação real dos custos

6.2 Marca-por{2}}linha de marca-: correspondência entre famílias de VFD e servo

6.3 Substituindo uma unidade obsoleta: pontos de verificação de compatibilidade

Substituir uma unidade descontinuada é um exercício diferente de uma nova seleção. As trocas-entre marcas adicionam risco nos pontos 3, 4 e 6 em particular.

• Potência e classificação atual.Combine com a corrente de carga total do motor, não com a kW da placa de identificação.
• Método de controle.A unidade AV/Hz em uma aplicação vetorial sem sensor mantém a velocidade mal sob mudança de carga.
• Interface de comunicação.Uma placa fieldbus diferente transforma uma troca de componentes em uma tarefa de software.
• Definições de terminal de controle.A numeração e a polaridade lógica não são padronizadas entre as famílias e o esforço de religação é rotineiramente subestimado.
• Gabinete e montagem.Padrão de parafuso, profundidade e folga de resfriamento necessária.
• Migração de parâmetros.A numeração raramente mapeia um para um, mesmo dentro de uma marca através de gerações.

O ponto de verificação que causa a maior parte do retrabalho não é elétrico, é o número 5, porque os acionamentos modernos costumam ter um formato diferente das unidades que substituem. Meça antes de fazer o pedido epesquise na biblioteca de modelospara uma alternativa-em estoque.

6.4 Lead time e estoque: por que a disponibilidade muda a decisão

Em projetos ativos, o lead time inverte a ordem usual de decisões com mais frequência do que se planeja. Quando o modelo preferido apresenta um longo prazo de entrega, você pode esperar, escolher um modelo diferente da mesma família ou mudar de marca.

O risco aumenta acentuadamente entre esses três. Ficar dentro de uma família não muda nada além do número da peça, mudar a marca no mesmo fieldbus custa principalmente tempo de comissionamento, e mudar a marca e o barramento juntos significa revisitar a arquitetura. Solicite o prazo de entrega durante a revisão do projeto, não depois que o modelo for consertado.

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Envie o número do seu modelo ou uma breve descrição da aplicação com a quantidade e a data prevista de entrega, e retornaremos o status do estoque e os preços em 24 horas. ou entre em contato conosco pelo WhatsApp ou pelojerry@szct-automation.com.

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Perguntas frequentes

 

 

Um VFD pode controlar um servo motor?

Não é um VFD padrão, porque um servo motor espera um inversor que feche um circuito de posição em torno de seu dispositivo de feedback. Se um VFD pode acionar um motor síncrono de ímã permanente é uma questão à parte, e aí a resposta é sim na maioria dos modelos-de alto desempenho.

Qual é a diferença de precisão entre um VFD e um servoacionamento?

Eles são especificados de forma diferente, portanto a comparação direta é inválida. Um VFD é classificado para regulação de velocidade como uma porcentagem da velocidade nominal, um servo para repetibilidade posicional em contagens ou{1}}minutos de arco.

Um VFD de vetor-de circuito fechado é tão bom quanto um servoconversor?

Em termos de precisão de torque e estabilidade de baixa-velocidade, ele chega perto o suficiente para muitas aplicações, mas em largura de banda de loop de posição e sincronização de vários-eixos, ele permanece um nível abaixo. Use as seis condições da seção 3.3 em seu próprio caso.

Quanto mais caro é um sistema servo do que um VFD?

Por eixo, várias vezes mais, uma vez contados o motor correspondente, o cabeamento de feedback e o software de configuração. A relação diminui quando a rota do VFD precisa de superdimensionamento para pico de torque. Envie-nos a contagem de eixos e o perfil de serviço para obter valores reais.

Posso usar um VFD e um servoconversor no mesmo CLP?

Sim, e a maioria das máquinas de produção o faz. A restrição é a rede e não o controlador, portanto mantenha ambos em um barramento que o PLC suporte nativamente e confirme a placa de interface antes de fazer o pedido.

Meu modelo de unidade foi descontinuado. Quais são minhas opções?

Três, em ordem de preferência: um sucessor na mesma família, outra família da mesma marca no mesmo fieldbus ou um equivalente-de marca cruzada. Envie-nos o número da sua peça e verificaremos obiblioteca de modelospara uma correspondência-em estoque.

Conclusão

A versão mais curta: se o eixo precisar retornar repetidamente para uma posição definida ou manter a fase com outro eixo, você precisará de um servo e nenhum argumento de orçamento mudará isso. Se precisar apenas de velocidade ajustável, um VFD está correto. Se precisar de torque preciso sem posicionamento, verifique a rota VFD do vetor-de circuito fechado antes de definir o preço de um eixo servo.

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