转向直流驱动：工业运动控制中交流伺服的可靠替代方案
交流（AC）驱动伺服系统不再是工业运动控制唯一可靠选择，直流（DC）步进和伺服电机及驱动器的进步提供了强有力的替代方案。虽然许多传统低压直流驱动器无法应对恶劣工厂环境的严苛要求，但现代高性能驱动器正在改善这一局面。
步进与伺服差异
比较交流直流系统前，需了解步进电机和伺服电机几个重要差异。步进和伺服电机驱动器的应用差距正快速缩小，步进驱动器精度进步大幅提高其可用性。但关键性能差异仍排除步进电机在最苛刻应用中的使用。
最显著：步进电机低速提供高扭矩，但随速度增加大幅下降。伺服电机则在整个电机转速范围内保持恒定扭矩，使其非常适合执行安全功能，如带主动制动的安全限制扭矩（SLT）和速度（SLS）。
步进电机提供安全扭矩关断（STO）安全控制，通常可开环运行，无需编码器或解析器。伺服电机提供比步进电机更高速度、加速度、精度，但成本更高且需编码器进行精确位置反馈。
尽管技术上因每个一致脉冲的增量运动而离散，现代步进电机每转50-100极接近模拟连续定位和速度性能。这使步进电机在许多应用中成为伺服电机可行替代品。
直流驱动优势
虽然中高压交流变频驱动器和伺服驱动器满足典型车间许多需求，但交流电源有时不可用或不可接受。最典型包括电池驱动和人体接触应用，如磁共振成像（图1），使用机器人或协作机器人。
此外，现代低压直流驱动器（图2）能增强其他应用，因其比传统交流系统更紧凑高效，提供快速电机加减速，通常配置更简单。与消费级驱动器不同，它们工业强化以承受极端温度、振动、电气噪声。
用于安全系统时，工程师可利用低压步进驱动器硬连线STO功能直接切断供给电机的扭矩/力产生能量。直流伺服驱动器安全就绪，具可配置SLT和SLS。这些驱动器提供电机数据采集接口，使兼容控制器能按编程环境配置处理电机状态并采取行动。PLC与驱动器通信通过软件嵌入技术对象控制电机运动，与自动化系统其余部分无缝集成（图3）。
直流步进驱动器和电机组件相对较少，电子换向直流伺服电机具无风扇电刷等磨损部件优势。这些属性帮助直流步进和伺服系统长期运行且维护最少。两种驱动类型均适合广泛变速、定位、同步轴、齿轮应用。
许多情况下工程师和设计师首选传统交流驱动器用于工业应用。但超低压工业直流步进和伺服驱动器提供可靠高度可配置电机控制，妥善选择时满足工业应用需求。
本文由西门子工业SIMATIC运动控制器产品营销经理Kevin Wu撰写（美国佐治亚州诺克罗斯）。更多信息访问此处。
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