倍福 | 碳化硅：驱动器高性能与高能效的基石

　　倍福的 AX8000 多轴伺服系统素来以出色的性能而著称，如今再度创新，新增了一款采用碳化硅（SiC）半导体的轴模块，以替代传统的 IGBT 方案。这些碳化硅半导体在开关电压和速度、开关损耗和尺寸方面均树立了新标杆，展现了前所未有的卓越性能。AX8000 采用的碳化硅半导体显著降低了功耗，使得同一外壳现在能够同时容纳 28 A 额定电流和 18 A IGBT 器件，进一步提升了系统的性能和灵活性。此外，在保持与其它轴模块尺寸相同的前提下，该轴模块的输出功率高出 55%。

　　

　　AX8000 多轴伺服系统的电机性能范围为 0.5 至 20 kW。馈入功率为 40 kW 的组合式馈入和轴模块的外壳内直接集成了一个 12.5 或 20 kW 的逆变器。这些逆变器适用于操作数控机床转速高达 72,000 rpm 的高频主轴驱动器，也可用于驱动注塑机、吹塑机使用的大型电机等。直流母线上额外还提供 20 kW 的功率，可用于 X、Y、Z、A 和 B 轴。AX-Bridge 快速连接系统采用简单的免工具组装方法，显著简化了控制柜的装配工作。未来，用户能够便捷地从网络中移除每个单独的模块，无需移动或拆卸其它任何设备。

　　1　单电缆技术和安全驱动技术

　　早在 2011 年，倍福就前瞻性地针对驱动产品为市场引入了革命性的单电缆技术 (OCT)。迄今为止，90% 以上的倍福电机都采用了 OCT 技术。有了 OCT 技术，即使是安全驱动技术 TwinSAFE Safe Motion，也仅需一根电缆即可运行。这些电机可以配备 Hiperface DSL 或 EnDat 3 安全编码器，轻松实现高达 SIL 3 或 PL e 等级的安全功能。这些编码器的分辨率高达 24 位，能够实现出色的精度、一致的性能和高动态性。此外，这些编码器还提供无电池的单圈或多圈型号选项，无需担心参考位置丢失的风险。

　　AX8000 多轴伺服系统既可配备 TwinSAFE STO/SS1，也可配备 TwinSAFE Safe Motion。TwinSAFE 逻辑被直接集成在这两个选项中，显著提升了通信和安全应用的模块化程度。这些功能可以通过 FSoE 安全通信协议、直接布线或使用集成的 TwinSAFE 逻辑在伺服驱动器本地实现，从而为灵活地实现安全驱动功能奠定了基础。当使用配备经过认证的安全编码器的电机时，共有 17 种不同的功能可供用户选择。

　　2  配备 XFC 功能的伺服系统

　　采用倍福的 XFC 极速控制技术，即可提供一个能够满足下述需求的控制解决方案：

　　EtherCAT 周期时间 ≤ 10 µs

　　支持 EtherCAT 分布式时钟

　　极快的数字量输入

　　集成超采样功能

　　EtherCAT 周期时间最短为 62.5 µs，AX8000 多轴伺服系统因此成为市场上速度最快的总线设备之一。这也足以满足那些需要极高性能的应用场景，尤其是设定点变化速度极快的应用。分布式时钟功能的运用可以确保实现所有轴的纳秒级精确同步。每个轴模块或轴均配备两个高速数字量输入，并自动提供带有当前位置信息和时间戳的信号。通过超采样功能，即使在总线周期较慢较慢的情况下，也能确保设定点在当前的控制器周期内高精度、高度动态地传输。

　　3  用于配置、调试和维护的软件

　　TwinCAT 3 Motion Designer 能够帮助用户根据具体的应用需求，从众多的电机、齿轮箱、电缆和伺服驱动器型号中精准挑选出最佳匹配的组合。在此情况下，明确指定可用的电源电压对于出最佳的组件选择至关重要。接下来，可以从一系列预定义的负载情况中选择最合适的机构，并利用所需的运动曲线进行精确的计算。通过这种方式，Motion Designer 就能够为用户推荐最合适的齿轮箱、电机和伺服驱动器，再配以适当的连接电缆和制动电阻、能量再生模块或电源电抗器等附件，便生成完整的驱动技术零件清单，这不仅适用于单个轴，还能满足整台设备的需求。Motion Designer 甚至还能进一步计算出所有组件的预期功率损耗，为控制柜空调系统的选型提供有力的参考依据。

　　

　　Beckhoff Automation 驱动技术高级产品经理 Christian Mische

　　TwinCAT 3 Drive Manager 2 是一款直观、易用的调试软件，它能够在伺服轴的配置和调试过程中为用户提供全方位的支持和指导。Drive Manager 会自动扫描 EtherCAT 网络中所有已连接的伺服驱动器和电机，根据电源电压自动设置相应的参数，并准确读取电机的电子铭牌信息。不仅如此，它还能激活齿槽补偿功能，并通过 TwinCAT Scope 提供直观的图表，帮助用户轻松监测和调整电机的运动状态。另一项值得一提的新功能是自整定功能，它能够根据 Bode 图极为迅速地自动调整控制参数以及所需的滤波器。

　　在长时间的设备运行过程中，各个部件之间不可避免地会出现摩擦和磨损，这些现象最终会对控制系统产生负面影响，导致功耗在无形中逐渐增加，甚至可能显著增大滞后误差。TwinCAT Analytics 软件是显示这种影响因素的理想选择。TwinCAT Analytics 高效记录并处理伺服驱动器的各种测量变量，如温度、电流、电压、扭矩和制动功率，并且可以实现毫秒级的分析速度。用户可以在特性曲线周围设定包络曲线，一旦数据违反这些包络曲线的设定范围，系统将立即触发警告或报警。通过 TwinCAT Analytics，用户甚至能够定期记录每个部件的能耗情况，并生成详细的报告。如果需要，还可以借助长期存储功能轻松地对多年来的能耗数据进行比较和分析。

　　4 “德国制造”伺服电机

　　早在 2011 年，倍福便以 AM8000 系列为开端，开始生产高动态、高品质的伺服电机，同时创新性地引入了单电缆技术。在接下来的几年里，倍福不断拓展产品线，又研发了众多新的电机型号，包括配备更大的转子惯量、性能更强的主动式强制冷却方案、阳极氧化铝外壳、用于苛刻环境条件的不锈钢外壳，以及线性执行器和铁芯直线电机。集成有伺服驱动器的电机适用于低压（24 或 48 V DC）和高压应用中都展现出卓越的性能和适用性。AM8000 电机系列覆盖了 24 V...480 V 的电压范围，全面满足各类应用场景的多样化需求。

　　关于德国倍福

　　倍福（Beckhoff）是一家专注于自动化新技术的德资企业，创立于 1980 年，总部位于德国威尔市。作为全球自动化技术的驱动者，倍福定义了自动化领域的许多标准，是国际标准的制定者和推动者。公司所生产的工业 PC、现场总线模块、驱动产品和 TwinCAT 自动化软件构成了一套完整的、相互兼容的控制系统，可为各个工控领域提供开放式自动化系统和完整的解决方案。经过 40 年的发展和努力，倍福已在世界各地设立 30 多家分支机构，加上全球的合作伙伴，业务遍及 70 多个国家和地区。

　　倍福于 1997 年进入中国市场，中国区总部落户于上海市北高新产业园区，现有员工 300 人，办事处遍及国内 30 座大中城市。创新产品和解决方案广泛应用于风力发电、半导体、光伏太阳能、电子制造、金属加工、包装机械、印刷机械、塑料加工、轮胎加工、木材加工、玻璃机械、物流输送以及楼宇自动化等众多领域。

　　公司倾力推广的 EtherCAT 实时工业以太网于 2014 年成为中国国家推荐性标准，并已入编工信部的《国家智能制造标准体系建设指南》。作为一家技术驱动型公司，倍福一直注重在技术上寻求突破创新，在业内享有“创新引擎”的美誉。倍福基于 PC 的控制技术具有良好的开放性，它支持所有主流的工业通信协议，将 IT 技术、互联网和自动化技术完美融合在一起，为实现工业 4.0 和智能制造奠定了坚实的技术基础。

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