Сервопривод или ПЧ? Что выбрать и для каких задач?

Выбор между сервоприводом и частотным преобразователем (ПЧ) играет важнейшую роль при разработке автоматизированных систем. Ошибочный выбор способен повлечь за собой избыточные расходы и снижение эффективности работы всей установки. В данном материале мы рассмотрим сферы применения каждого типа привода, а также ключевые критерии, которые необходимо учитывать при выборе оборудования. Чёткое представление о сильных сторонах обоих вариантов поможет выбрать оптимальное с технической и экономической точек зрения решение.

Начнём с базовых понятий и реальных задач

Частотный преобразователь (ПЧ) - служит для управления асинхронными и синхронными электродвигателями, регулируя их работу по частоте и моменту. Это делает его оптимальным решением для оборудования, задействованного в непрерывных технологических процессах — например, в насосах, вентиляторах, транспортёрах или намоточных станциях.

Современные ПЧ поддерживают несколько режимов работы: скалярный (V/F), векторный без обратной связи (SVC) и векторный с обратной связью (FVC). В качестве примера можно рассмотреть линейку ПЧ VH6. В ней реализован закрытый контур управления с частотой до 1000 Гц. В режиме FVC преобразователь обеспечивает точность поддержания скорости до ±0,2%, а при нулевой частоте способен развивать стартовый момент до 180%. Кроме того, устройство выдерживает перегрузку в 150% на протяжении 60 с. В зависимости от конкретной модели эти преобразователи совместимы как с асинхронными машинами (ASM), так и с синхронными машинами на постоянных магнитах (PMSM).

Сервоприводы представляют собой замкнутые системы, предназначенные для точного контроля положения, скорости и момента. Их ключевыми преимуществами являются высокое разрешение обратной связи и широкая полоса пропускания скоростного контура — то есть частота, с которой система реагирует на изменения фактической скорости. В сериях DS5K2/DS5C2 полоса пропускания достигает 3 кГц.

Помимо этого, сервоприводы оснащены продвинутыми алгоритмами подавления резонансов, поддерживают S‑образную кривую ускорения и торможения, а также обеспечивают динамическое торможение — в том числе с возможностью замыкания фазы при аварии или обесточивании. Серводвигатели оснащены энкодерами: магнитные модели предлагают разрешение в 17 или 19 бит, а оптические — в 23 бита. Такое высокое разрешение существенно снижает низкоскоростные пульсации, обеспечивая плавность работы системы.

Сегодня векторные ПЧ в режиме FVC с датчиком обратной связи (PG‑картой энкодера) демонстрируют гораздо более широкие возможности. Они способны обеспечивать устойчивую тягу, поддерживать высокую точность скорости и реализовывать управляемое торможение. Благодаря этому такие преобразователи успешно справляются с так называемыми «полупозиционными» задачами. Например, они подходят для точного отсчёта метража, поддержания постоянного тянущего момента или выдержки угла при резке по метке. Иными словами, там, где критически важны динамические характеристики системы, но нет строгих требований к траектории движения, частотные преобразователи вполне могут заменить сервоприводы.

Однако в ситуациях, требующих высокой цикличности операций или синхронной работы нескольких осей, преимущества остаются за сервоприводами. Их конструкция и алгоритмы управления позволяют достичь такой точности и согласованности перемещений, которую невозможно обеспечить с помощью одних лишь частотных преобразователей.

Методика выбора типа используемого привода

Ниже приведена таблица, по которой, в зависимости от задачи или её признака, можно определить что же лучше подходит, сервопривод или частотный преобразователь.

Обзор линеек

Частотные преобразователи (ПЧ)

VH1 — экономичный ПЧ небольшой мощности

0,4…15 кВт; 1×220 В и 3×380 В; SVC/V/F, встроенный двухканальный PID регулятор, стандартный Modbus, аналог/дискретные входы/выходы; Перегрузка 150%/60с; встроенная функция торможения. Компактный корпус, отдельный воздушный канал системы охлаждения  

VHL — Компактные ПЧ с векторным управлением. Корпус с уменьшенной шириной, он рассчитан на небольшие шкафы, где критично занимаемое место.

0,4…1,5 кВт; 1×/3×220 В и 3×380 В; SVC/V/F; скорость ±0,3 %, перегрузка 150 %/60 с; двухканальный PID; поддержка протокола Modbus.

VH5 — универсальный бюджетный ПЧ с векторным управлением для малой/средней мощности (типично 0,75–5,5 кВт) в исполнениях 1×220 и 3×380 В. Поддерживает V/F и SVC, обеспечивает стабильность скорости до ±0,3% (SVC) и перегрузочную способность 150%/60 с (кратковременно до 180%/10 с, 200%/2 с). Встроены двухканальный PID, RS-485/Modbus RTU. Имеется возможность установить карты расширения EtherCAT и CANOpen.

VH6 — высокопроизводительная серия ПЧ.

3.7…110 кВт, только 3×380 В; режимы FVC/SVC/V/F; стабильность скорости до ±0,2 % (FVC), низкочастотный момент до ~180 % (0–0,5 Гц), перегрузка 150 %/60 с. Встроенный тормозной модуль. с 18,5 кВт — встроенный DC-дроссель. Опции: PG-карты (подключение энкодеров, EtherCAT/CANopen) Modbus RTU штатно; усиленная защита плат/EMC. Выходная частота до 1000 Гц.

Сервосистемы

DS5L2 / DS5K2 / DS5C2 — Модели высокопроизводительных сервоприводов

• Полоса скоростного контура: до 2.5 кГц (DS5L2) и 3 кГц (DS5K2/DS5C2) — быстрый отклик, выше производительность цикла
• Режимы: позиция/скорость/момент; подавление резонансов, S-форма разгона/торможения
• Энкодеры: 17/19/23 бит (магнитные и оптические) для высокой точности и устойчивости на низких скоростях
• Безопасность: STO и динамическое торможение (замыкание фаз при аварии/потере питания)
• Связь и управление: RS-232/Modbus-RTU по умолчанию, EtherCAT (DS5C2), Profinet (DSSP), импульсный интерфейс (ABZ/CW-CCW), аналог (DS5K)
• Диапазоны мощностей: от 0.1 кВт до 27 кВт

MS6 — Линейка сервомоторов

• IP-защита: до IP67 у B3/B4; сниженная температура нагрева, укороченный корпус (–18…–33% относительно предыдущего поколения)
• Скорость: до 6500 об/мин на 400 Вт с сохранением ~80% момента на максимальной скорости
• Опции: роторы с высокой/средней/низкой инерцией, тормоз, маслостойкие кабели, прямой/обратный вывод

Критерии выбора

Шаг 1. Тип задачи.

• Для непрерывных процессов без точной траектории (давление, расход, скорость ленты) оптимально применять частотный преобразователь (ПЧ) — с ПИД‑регулированием, профилями разгона и при необходимости PG‑картой. Модель VH6 в режиме FVC обеспечивает точность скорости ±0,2 %, достаточный низкочастотный момент и быстрые противоаварийные алгоритмы.
• Для задач с быстрыми перемещениями, высокой цикличностью и требованием повторяемости операций оптимально подходят сервоприводы: например, у серии DS5 полоса пропускания скоростного контура достигает 3 кГц, а встроенные фильтры и S‑кривые эффективно подавляют вибрации. Высокое разрешение энкодеров (до 23 бит) гарантирует точную повторяемость выполняемых операций.

Шаг 2. Динамика и перегрузки.

Если процесс предполагает частые пуски и торможения, а время выхода на заданный режим критично, оптимальным решением станет сервопривод — он обеспечит плавные переходы за счёт S‑кривых и эффективно подавит вибрации благодаря встроенным фильтрам.

Когда динамика процесса умеренная, но наблюдаются существенные перегрузки и резкие изменения нагрузки, лучше использовать частотный преобразователь с обратной связью (PG): его функции ограничения тока и анти‑стопа надёжно защитят систему и обеспечат стабильную работу в непростых условиях.

Шаг 3. Торможение.

Для динамических остановок проверяйте наличие встроенного резистора, мощность/сопротивление резистора (для VH6 — встроен в 3,7…110 кВт); у серво реализовано динамическое торможение, плюс штатные клеммы для резистора регенерации.

Шаг 4. Связь/ПЛК.

Если нужно управление по EtherCAT, на ПЧ используется VH6-CC100, а для серво линейка DS5C2.

Шаг 5. Цена.

• Когда ПЧ дешевле и достаточен функционал: непрерывные процессы без жёсткой позиционной точности. Экономия — на мощности/кабеле/драйвере и на эксплуатации за счёт энергосбережения и встроенного PID
• Когда серво окупается: «дорогие секунды» цикла, брак от неточности, синхронизация осей, деформации из-за вибраций — уменьшение за счёт 3 кГц контура, 23-бит энкодеров и алгоритмов подавления

В итоге граница между частотными преобразователями (ПЧ) и сервоприводами заметно размылась, однако принципиальное различие по‑прежнему определяется требованиями к динамике и точности. Сервоприводы с их высокой полосой пропускания и энкодерами сверхвысокого разрешения остаются безусловным выбором для цикличных процессов и задач, требующих синхронизации движений. В то же время современные ПЧ с векторным управлением эффективно решают широкий круг задач по регулированию скорости и момента, выгодно сочетая функциональность с экономической целесообразностью.

Если у Вас возникнут с этим сложности, Вы всегда можете обратиться к нашим специалистам по эл. адресу: support@ipc2u.ru