原创 如何选择带有集成驱动器的伺服电机？

　尽管新的分布式伺服驱动系统承诺了令人难以置信的性能，但工程师应该在平台标准化之前考虑布线、外形和安全集成。

　　带有集成驱动器的伺服电机在投放市场时是一项开创性的技术，但它们的全部潜力很少被充分发挥。这些伺服电机旨在减少占地面积和调试时间，同时提高安全性和性能。但是运动控制架构实施起来既复杂又成本高昂……因此了解高质量伺服系统与其他系统的区别非常重要。

　　菊花链与分布式伺服驱动系统

　　当只需要一台电机时，带有集成驱动技术的伺服电机大大简化了安装。工程师可以轻松地将设备连接到电源和工业以太网通信，例如EtherCAT。

　　然而，大多数工厂设置需要更复杂的拓扑结构，伺服电机分布在不同的机器和生产线上。在这些情况下，工程师必须在级联系统或分布式系统之间做出决定。

　　一个级联系统的菊花链伺服电机一起。第一个单元直接连接到电源和控制面板中的I/O端子，然后与后续单元共享。这里的潜在缺点是设置引入了许多潜在的故障点。如果一个电机、电源线或以太网电缆出现单一错误，整个运动控制架构可能会陷入停顿。

　　另一方面，一些分布式伺服驱动系统使用一个分配模块来管理多个具有IP65或更高等级的伺服电机。在这里，机器安装模块通过单个耦合连接控制柜和分布式伺服驱动器之间的电源和通信——以支持级联架构，同时限制故障点。这意味着如果一根电缆损坏，它通常不会停止整个系统的所有操作。

　　进一步简化布线的是用于电力和工业以太网通信的单电缆技术(OCT)。这种布线减少了调试时间和机器占地面积，这在大多数制造环境中都很重要。将OCT与分布式伺服驱动系统相结合，可以提供最干净、最高效的运动控制解决方案。

　　顶部或侧面安装的集成驱动器与背面安装

　　对于带有集成驱动器的伺服电机来说，外形尺寸是关键，因为将两种设备组合成一个功能单元比听起来要困难得多。分布式伺服驱动系统应减少新机器的占地面积要求，并保持与以前型号相同的安装板和矩形形状，以支持旧设备的成功改造，并最大限度地减少对机械设计的任何影响。

　　一些制造商一直在努力将驱动器成功嵌入伺服电机的最佳位置。许多当前型号通常将驱动器堆叠在电机的顶部或侧面，这会显着改变外形，导致更多的机械变化和更大的占地面积。驱动器最合乎逻辑地安装在电机的后部，但大多数试图将其集成到该位置的制造商无法解决电机和驱动器技术融合带来的散热问题。

　　使用IP65级分配模块的分布式伺服驱动系统甚至可以支持最苛刻的拓扑结构。

　　通过以不同的方式应对设计挑战，一些集成电机供应商已成功将驱动器集成到伺服电机的后部，同时与纯伺服电机型号相比略微延长了外形尺寸。有些甚至设计了解决方案来防止这些产品中的散热问题……尽管达到标准伺服电机的高性能具有挑战性。

　　一些集成电机迫使所有热量通过电机背面，因此通过集成驱动器。但是一些电机制造商的设计通过电机外壳的侧面沿整个长度有效地释放热量。仔细的电机绕组重新设计使这成为可能……因此工程师可以选择分布式伺服驱动系统，这些系统占用空间小，不会使新安装或改造过热。

　　IGBT与MOSFET

　　另一种改善分布式伺服系统散热和外形的方法是通过选择用于驱动电子设备的半导体。许多集成电机和驱动器型号使用IGBT（因为IGBT已在市场上销售多年并已被证明在该领域取得了成功），但MOSFET产生的热量较少……事实上，最近的MOSFET设计更新使其成为可靠的开关选项用于运动控制。

　　作为双极器件，IGBT可以处理高电压和电流。作为场效应晶体管，即使在数百毫安切换到两位数安培或将小电压切换到数千伏时，MOSFET也支持更高的电流和更少的开关损耗。

　　在伺服电机后部集成驱动器和使用单电缆技术(OCT)是最大限度减少新设计或改造占地面积的两个关键因素。

　　一般来说，IGBT还需要更多的配套元件，包括风扇、散热器和额外的接线。这意味着通过更高的电压和电流获得的好处伴随着占地面积和价格的牺牲。MOSFET可在较低温度下提供高性能操作并使用较少的组件，这使其成为这些分布式运动控制架构的首选半导体类型。

　　工业自动化的分离安全与集成安全

　　在任何制造环境中，安全始终是头等大事。大多数带有集成驱动器的伺服电机使用单独的、独立的安全系统。这更昂贵且效率更低，因为它需要专用布线并且通常需要单独的软件平台和网络。但是，默认情况下，带有集成驱动器的新型伺服电机可以在每个单元中提供集成的STO和SS1安全功能。这些还应与同一EtherCAT工业以太网网络上的安全I/O终端接口。

　　单独考虑时，这些特性和设计上的每一个差异都可能看起来很小，但它们一起可能意味着带有集成驱动器的伺服电机，可以改善或严重降低运动控制架构。始终考虑每个解决方案的独特外形、安装注意事项、布线和安全要求，为应用选择最佳分布式伺服驱动系统。

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