Overschakelen naar DC-aandrijvingen: Betrouwbare Alternatief voor AC-servos in Industriële Bewegingbesturing

Wisselstroom (AC)-gedreven servo-systemen zijn niet langer de enige betrouwbare optie voor industriële bewegingbesturing, met vooruitgang in gelijkstroom (DC) stapmotor- en servomotoren en -aandrijvingen die robuuste alternatieven bieden. Hoewel veel traditionele laagspanning DC-aandrijvingen de rigoreuze plantomgevingen niet kunnen aan, veranderen moderne hoogpresterende aandrijvingen deze situatie ten goede.

Verschillen Tussen Stapmotoren en Servomotoren

Voordat AC met DC systemen vergeleken worden, zijn er verschillende belangrijke verschillen tussen stapmotoren en servomotoren. De toepassingskloof dichts zich snel tussen stapmotor- en servomotoren en -aandrijvingen, naarmate vooruitgang in stapmotor-aandrijvingnauwkeurigheid hun bruikbaarheid aanzienlijk vergroot. Echter, sleutelprestatieverschillen tussen de twee sluiten nog steeds het gebruik van stapmotoren uit in de meest veeleisende toepassingen.

Het meest opvallend, leveren stapmotoren hoog koppel bij lage snelheid, maar dit neemt aanzienlijk af naarmate de snelheid toeneemt. Servomotoren, aan de andere kant, behouden consistent koppel over het motor-snelheidsspectrum, wat ze uitstekend maakt voor het uitvoeren van veiligheidsfuncties zoals veiligheidsbeperkt koppel (SLT) en snelheid (SLS) met actieve remming.

Stapmotoren bieden middelen voor safe-torque off (STO) veiligheidscontrole en ze kunnen typisch open-lus gedreven worden, wat betekent dat geen encoder of resolver vereist is. Servomotoren leveren hogere snelheid, versnelling, en nauwkeurigheid dan stapmotoren, maar ze kosten meer en vereisen een encoder voor nauwkeurige positioneringsfeedback.

Hoewel technisch discreet vanwege hun incrementele bewegingen met elke consistente puls, benaderen de 50 tot 100 polen per omwenteling van moderne stapmotoren de prestaties van analoge continue positionering en snelheid. Dit maakt stapmotoren een haalbare alternatief voor servomotoren in veel toepassingen.

Toepassingen Waar AC Niet Beschikbaar of Acceptabel Is

Hoewel middel- tot hoogspanning AC variable frequency drives en servo drives veel behoeften op een typische plantvloer vervullen, is AC-stroom soms onbeschikbaar of onacceptabel voor bepaalde toepassingen. Het meest opvallend omvat dit batterij-aangedreven en mens-contact toepassingen, zoals magnetische resonantie imaging (Figuur 1), met behulp van robots of cobots.

Daarnaast kunnen moderne laagspanning DC-aandrijvingen (Figuur 2) andere toepassingen verbeteren omdat ze compacter en efficiënter zijn dan traditionele AC-systemen, snelle motorversnelling en -vertraging bieden, en typisch minder gecompliceerd te configureren zijn. In tegenstelling tot consumenten-aandrijvingen, zijn ze industri gehard om extreme temperaturen, trillingen, en elektrische ruis te weerstaan.

Veiligheidssystemen met DC-aandrijvingen

Wanneer gebruikt in veiligheidssystemen, kunnen ingenieurs voordeel trekken van laagspanning stapmotor-aandrijvingen' hardwired STO-functionaliteit om direct koppel- of kracht-producerende energie te ontkoppelen van de motor. DC servo-aandrijvingen zijn veiligheids-klaar met configureerbare SLT en SLS. Deze aandrijvingen bieden een motordata-verzamelinterface, wat compatibele controllers in staat stelt om motorstatus te verwerken en erop te handelen zoals geconfigureerd in de programmeeromgeving. Een PLC die communiceert met de aandrijving controleert motormotie door software-ingebedde technologie-objecten voor naadloze integratie met de rest van het automatie-systeem (Figuur 3).

DC stapmotor-aandrijvingen en -motoren bevatten relatief weinig componenten, terwijl elektronisch gecommuteerde DC servomotoren het voordeel bezitten van geen slijtageonderdelen zoals ventilatoren of borstels. Deze attributen helpen zowel DC stapmotor- als servosystemen om over lange perioden met minimaal onderhoud mee te gaan. Beide aandrijvingstypen zijn goed geschikt voor een breed bereik aan variable snelheid, positionering, synchrone as, en tandwieltoepassingen.

In veel gevallen kijken ingenieurs en ontwerpers eerst naar traditionele AC-aandrijvingen voor industriële toepassingen. Maar extra-lage-spanning industriële DC stapmotor- en servoaandrijvingen bieden betrouwbare en hoog configureerbare motorbesturing en voldoen, wanneer correct geselecteerd, aan industriële toepassingsbehoeftes.

Dit artikel is geschreven door Kevin Wu, SIMATIC motion controller product marketing manager voor Siemens Industry, Norcross, GA. Voor meer informatie, bezoek hier.