如何選擇帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)？
盡管新的分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)承諾了令人難以置信的性能，但工程師應(yīng)該在平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化之前考慮布線、外形和安全集成。
帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)在投放市場時(shí)是一項(xiàng)開創(chuàng)性的技術(shù)，但它們的全部潛力很少被充分發(fā)揮。這些伺服電機(jī)旨在減少占地面積和調(diào)試時(shí)間，同時(shí)提高安全性和性能。但是運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)實(shí)施起來既復(fù)雜又成本高昂……因此了解高質(zhì)量伺服系統(tǒng)與其他系統(tǒng)的區(qū)別非常重要。
菊花鏈與分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)
當(dāng)只需要一臺(tái)電機(jī)時(shí)，帶有集成驅(qū)動(dòng)技術(shù)的伺服電機(jī)大大簡化了安裝。工程師可以輕松地將設(shè)備連接到電源和工業(yè)以太網(wǎng)通信，例如EtherCAT。
然而，大多數(shù)工廠設(shè)置需要更復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，伺服電機(jī)分布在不同的機(jī)器和生產(chǎn)線上。在這些情況下，工程師必須在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)或分布式系統(tǒng)之間做出決定。
一個(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)的菊花鏈伺服電機(jī)一起。第一個(gè)單元直接連接到電源和控制面板中的I/O端子，然后與后續(xù)單元共享。這里的潛在缺點(diǎn)是設(shè)置引入了許多潛在的故障點(diǎn)。如果一個(gè)電機(jī)、電源線或以太網(wǎng)電纜出現(xiàn)單一錯(cuò)誤，整個(gè)運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)可能會(huì)陷入停頓。
另一方面，一些分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)使用一個(gè)分配模塊來管理多個(gè)具有IP65或更高等級(jí)的伺服電機(jī)。在這里，機(jī)器安裝模塊通過單個(gè)耦合連接控制柜和分布式伺服驅(qū)動(dòng)器之間的電源和通信——以支持級(jí)聯(lián)架構(gòu)，同時(shí)限制故障點(diǎn)。這意味著如果一根電纜損壞，它通常不會(huì)停止整個(gè)系統(tǒng)的所有操作。
進(jìn)一步簡化布線的是用于電力和工業(yè)以太網(wǎng)通信的單電纜技術(shù)(OCT)。這種布線減少了調(diào)試時(shí)間和機(jī)器占地面積，這在大多數(shù)制造環(huán)境中都很重要。將OCT與分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)相結(jié)合，可以提供最干凈、最高效的運(yùn)動(dòng)控制解決方案。
頂部或側(cè)面安裝的集成驅(qū)動(dòng)器與背面安裝
對(duì)于帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)來說，外形尺寸是關(guān)鍵，因?yàn)閷煞N設(shè)備組合成一個(gè)功能單元比聽起來要困難得多。分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)減少新機(jī)器的占地面積要求，并保持與以前型號(hào)相同的安裝板和矩形形狀，以支持舊設(shè)備的成功改造，并最大限度地減少對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的任何影響。
一些制造商一直在努力將驅(qū)動(dòng)器成功嵌入伺服電機(jī)的最佳位置。許多當(dāng)前型號(hào)通常將驅(qū)動(dòng)器堆疊在電機(jī)的頂部或側(cè)面，這會(huì)顯著改變外形，導(dǎo)致更多的機(jī)械變化和更大的占地面積。驅(qū)動(dòng)器最合乎邏輯地安裝在電機(jī)的后部，但大多數(shù)試圖將其集成到該位置的制造商無法解決電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器技術(shù)融合帶來的散熱問題。
使用IP65級(jí)分配模塊的分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)甚至可以支持最苛刻的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。
通過以不同的方式應(yīng)對(duì)設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，一些集成電機(jī)供應(yīng)商已成功將驅(qū)動(dòng)器集成到伺服電機(jī)的后部，同時(shí)與純伺服電機(jī)型號(hào)相比略微延長了外形尺寸。有些甚至設(shè)計(jì)了解決方案來防止這些產(chǎn)品中的散熱問題……盡管達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)伺服電機(jī)的高性能具有挑戰(zhàn)性。
一些集成電機(jī)迫使所有熱量通過電機(jī)背面，因此通過集成驅(qū)動(dòng)器。但是一些電機(jī)制造商的設(shè)計(jì)通過電機(jī)外殼的側(cè)面沿整個(gè)長度有效地釋放熱量。仔細(xì)的電機(jī)繞組重新設(shè)計(jì)使這成為可能……因此工程師可以選擇分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)占用空間小，不會(huì)使新安裝或改造過熱。
IGBT與MOSFET
另一種改善分布式伺服系統(tǒng)散熱和外形的方法是通過選擇用于驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備的半導(dǎo)體。許多集成電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器型號(hào)使用IGBT（因?yàn)镮GBT已在市場上銷售多年并已被證明在該領(lǐng)域取得了成功），但MOSFET產(chǎn)生的熱量較少……事實(shí)上，最近的MOSFET設(shè)計(jì)更新使其成為可靠的開關(guān)選項(xiàng)用于運(yùn)動(dòng)控制。
作為雙極器件，IGBT可以處理高電壓和電流。作為場效應(yīng)晶體管，即使在數(shù)百毫安切換到兩位數(shù)安培或?qū)⑿‰妷呵袚Q到數(shù)千伏時(shí)，MOSFET也支持更高的電流和更少的開關(guān)損耗。
在伺服電機(jī)后部集成驅(qū)動(dòng)器和使用單電纜技術(shù)(OCT)是最大限度減少新設(shè)計(jì)或改造占地面積的兩個(gè)關(guān)鍵因素。
一般來說，IGBT還需要更多的配套元件，包括風(fēng)扇、散熱器和額外的接線。這意味著通過更高的電壓和電流獲得的好處伴隨著占地面積和價(jià)格的犧牲。MOSFET可在較低溫度下提供高性能操作并使用較少的組件，這使其成為這些分布式運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)的首選半導(dǎo)體類型。
工業(yè)自動(dòng)化的分離安全與集成安全
在任何制造環(huán)境中，安全始終是頭等大事。大多數(shù)帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)使用單獨(dú)的、獨(dú)立的安全系統(tǒng)。這更昂貴且效率更低，因?yàn)樗枰獙Ｓ貌季€并且通常需要單獨(dú)的軟件平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)。但是，默認(rèn)情況下，帶有集成驅(qū)動(dòng)器的新型伺服電機(jī)可以在每個(gè)單元中提供集成的STO和SS1安全功能。這些還應(yīng)與同一EtherCAT工業(yè)以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)上的安全I(xiàn)/O終端接口。
單獨(dú)考慮時(shí)，這些特性和設(shè)計(jì)上的每一個(gè)差異都可能看起來很小，但它們一起可能意味著帶有集成驅(qū)動(dòng)器的伺服電機(jī)，可以改善或嚴(yán)重降低運(yùn)動(dòng)控制架構(gòu)。始終考慮每個(gè)解決方案的獨(dú)特外形、安裝注意事項(xiàng)、布線和安全要求，為應(yīng)用選擇最佳分布式伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
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