DC-schijven als vervanging voor AC-servo's

Door wisselstroom (AC) aangedreven servosystemen zijn niet langer de enige betrouwbare optie voor industriële motion control, met vooruitgang in gelijkstroom (DC) stappen- en servomotoren en aandrijvingen die robuuste alternatieven bieden. Hoewel veel traditionele laagspannings-DC-drives de strengheid van vijandige fabrieksomgevingen niet aankunnen, veranderen moderne high-performance drives deze situatie ten goede.

Voordat we AC- naar DC-systemen vergelijken, zijn er verschillende belangrijke verschillen tussen steppers en servo's. De toepassingskloof tussen stappen- en servomotoren en aandrijvingen wordt snel kleiner, aangezien de vooruitgang in de nauwkeurigheid van de stepperaandrijving hun bruikbaarheid aanzienlijk vergroot. De belangrijkste prestatieverschillen tussen de twee sluiten echter nog steeds het gebruik van steppers in de meest veeleisende toepassingen uit.

Het meest opvallende is dat steppers een hoog koppel leveren bij lage snelheid, maar dit neemt aanzienlijk af naarmate de snelheid toeneemt. Servo's daarentegen behouden een consistent koppel over het hele motortoerentalspectrum, waardoor ze uitstekend geschikt zijn voor het uitvoeren van veiligheidsfuncties zoals veiligheidsbeperkt koppel (SLT) en snelheid (SLS) met actief remmen.

Steppers bieden middelen voor STO-veiligheidsregeling (Safe Torque Off) en kunnen doorgaans in een open lus worden uitgevoerd, wat betekent dat er geen encoder of resolver nodig is. Servo's leveren een hogere snelheid, acceleratie en nauwkeurigheid dan steppers, maar ze kosten meer en vereisen een encoder voor nauwkeurige positioneringsfeedback.

Hoewel ze technisch discreet zijn vanwege hun incrementele bewegingen bij elke consistente puls, benaderen de 50 tot 100 polen per omwenteling van moderne steppers de prestaties van analoge continue positionering en snelheid. Dit maakt steppers in veel toepassingen een levensvatbaar alternatief voor servo's.

Hoewel AC-aandrijvingen met variabele frequentie en servoaandrijvingen met midden- tot hoogspanning in veel behoeften voorzien op een typische fabrieksvloer, is wisselstroom soms niet beschikbaar of onaanvaardbaar voor bepaalde toepassingen. Dit omvat met name batterijaangedreven en menscontacttoepassingen, zoals magnetische resonantiebeeldvorming (Figuur 1), met behulp van robots of cobots.

Bovendien kunnen moderne laagspannings-DC-aandrijvingen (Afbeelding 2) andere toepassingen verbeteren, omdat ze compacter en efficiënter zijn dan traditionele AC-systemen, snelle acceleratie en vertraging van de motor bieden en doorgaans minder gecompliceerd zijn om te configureren. In tegenstelling tot schijven van consumentenkwaliteit, zijn ze industrieel gehard om bestand te zijn tegen extreme temperaturen, trillingen en elektrische ruis.

Bij gebruik in veiligheidssystemen kunnen ingenieurs profiteren van de bedrade STO-functionaliteit van laagspanningsstappenaandrijvingen om direct koppel- of krachtproducerende energie te verminderen die aan de motor wordt geleverd. DC-servoaandrijvingen zijn klaar voor veiligheid met configureerbare SLT en SLS. Deze aandrijvingen bieden een interface voor het verzamelen van motorgegevens, waardoor compatibele controllers de motorstatus kunnen verwerken en erop kunnen reageren zoals geconfigureerd in de programmeeromgeving. Een PLC die met de omvormer communiceert, regelt de motorbeweging via in software ingebouwde technologieobjecten voor naadloze integratie met de rest van het automatiseringssysteem (Afbeelding 3).

DC-stappenaandrijvingen en -motoren bevatten relatief weinig componenten, terwijl elektronisch gecommuteerde DC-servomotoren het voordeel hebben dat er geen slijtageonderdelen zoals ventilatoren of borstels zijn. Deze kenmerken helpen zowel DC-stepper- als servosystemen gedurende lange tijd vol te houden met minimaal onderhoud. Beide aandrijftypes zijn zeer geschikt voor een breed scala aan toepassingen met variabele snelheid, positionering, synchrone assen en tandwieloverbrengingen.

In veel gevallen kijken ingenieurs en ontwerpers eerst naar traditionele frequentieregelaars voor industriële toepassingen. Maar industriële DC-stappen- en servoaandrijvingen met extra laag voltage bieden betrouwbare en zeer configureerbare motorbesturing en wanneer ze op de juiste manier worden geselecteerd, voldoen ze aan de behoeften van industriële toepassingen.

Dit artikel is geschreven door Kevin Wu, SIMATIC-productmarketingmanager voor motion controllers voor Siemens Industry, Norcross, GA. Ga voor meer informatie naar hier .