Приводы постоянного тока в качестве замены сервоприводов переменного тока

Сервосистемы с приводом от переменного тока (AC) больше не являются единственным надежным вариантом для промышленного управления движением, а достижения в области шаговых и серводвигателей постоянного тока (DC) и приводов обеспечивают надежную альтернативу. В то время как многие традиционные низковольтные приводы постоянного тока не могут справиться с неблагоприятными производственными условиями, современные высокопроизводительные приводы меняют эту ситуацию к лучшему.

Прежде чем сравнивать системы переменного и постоянного тока, следует отметить несколько важных различий между шаговыми двигателями и сервоприводами. Разрыв в применении шаговых и серводвигателей и приводов быстро сокращается, поскольку повышение точности шаговых приводов значительно увеличивает удобство их использования. Однако ключевые различия в производительности между ними по-прежнему исключают использование шаговых двигателей в самых требовательных приложениях.

В частности, шаговые двигатели обеспечивают высокий крутящий момент на низкой скорости, но он существенно уменьшается с увеличением скорости. Сервоприводы, с другой стороны, поддерживают постоянный крутящий момент во всем диапазоне скоростей двигателя, что делает их превосходными для выполнения функций безопасности, таких как безопасный крутящий момент (SLT) и скорость (SLS) с активным торможением.

Шаговые двигатели предоставляют средства для безопасного управления безопасным отключением крутящего момента (STO), и они обычно могут работать без обратной связи, что означает, что не требуется энкодер или резольвер. Сервоприводы обеспечивают более высокую скорость, ускорение и точность, чем шаговые двигатели, но они стоят дороже и требуют энкодера для точной обратной связи по позиционированию.

Хотя технически дискретные из-за их пошаговых движений с каждым последовательным импульсом, от 50 до 100 полюсов на оборот современных шаговых двигателей приближаются к производительности аналогового непрерывного позиционирования и скорости. Это делает шаговые двигатели жизнеспособной альтернативой сервоприводам во многих приложениях.

В то время как частотно-регулируемые приводы переменного тока среднего и высокого напряжения и сервоприводы удовлетворяют многие потребности типичного производственного цеха, питание переменного тока иногда недоступно или неприемлемо для определенных приложений. В частности, сюда входят приложения с питанием от батареи и контакт с человеком, такие как магнитно-резонансная томография (рис. 1) с использованием роботов или коботов.

Кроме того, современные низковольтные приводы постоянного тока (рис. 2) могут улучшить другие приложения, поскольку они более компактны и эффективны, чем традиционные системы переменного тока, обеспечивают быстрое ускорение и торможение двигателя и, как правило, менее сложны в настройке. В отличие от накопителей потребительского класса, они проходят промышленную закалку, чтобы выдерживать экстремальные температуры, вибрацию и электрические помехи.

При использовании в системах безопасности инженеры могут использовать встроенную функцию STO низковольтных шаговых приводов, чтобы напрямую отключать энергию, создающую крутящий момент или силу, от подачи на двигатель. Сервоприводы постоянного тока готовы к обеспечению безопасности благодаря настраиваемым SLT и SLS. Эти приводы обеспечивают интерфейс сбора данных двигателя, позволяя совместимым контроллерам обрабатывать состояние двигателя и действовать в соответствии с настройками в среде программирования. ПЛК, взаимодействующий с приводом, управляет движением двигателя с помощью встроенных в программное обеспечение технологических объектов для бесшовной интеграции с остальной частью системы автоматизации (рис. 3).

Шаговые приводы и двигатели постоянного тока содержат относительно мало компонентов, в то время как серводвигатели постоянного тока с электронной коммутацией обладают преимуществом отсутствия изнашиваемых деталей, таких как вентиляторы или щетки. Эти атрибуты помогают как шаговым двигателям постоянного тока, так и сервосистемам работать в течение длительного периода времени с минимальным обслуживанием. Оба типа привода хорошо подходят для широкого спектра применений с переменной скоростью, позиционированием, синхронной осью и зубчатой ​​передачей.

Во многих случаях инженеры и конструкторы в первую очередь обращают внимание на традиционные приводы переменного тока для промышленного применения. Но промышленные шаговые двигатели и сервоприводы постоянного тока со сверхнизким напряжением обеспечивают надежное управление двигателем с широкими возможностями настройки, а при правильном выборе они удовлетворяют требованиям промышленного применения.

Эта статья была написана Кевином Ву (Kevin Wu), менеджером по маркетингу контроллеров движения SIMATIC компании Siemens Industry, Норкросс, Джорджия. Для получения дополнительной информации посетите здесь .