Симотика S СИНХРОННЫЙ СЕРВОМОТ 1FK7083-5AF71-1DG5 1FK70835AF711DG5 1FK7 083-5AF71-1DG5

Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 | SIMOTICS S 1FK7 Компактный синхронный серводвигатель — 3,3 кВт, 16 Нм, 3000 об/мин, 7,4 А, высота оси 80 мм, гладкий вал, удерживающий тормоз, IP65/IP67

Обзор

Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 представляет собой компактный синхронный серводвигатель SIMOTICS S 1FK7 с постоянными магнитами, обеспечивающий мощность 3,3 кВт при номинальном крутящем моменте 16 Нм и скорости 3000 об/мин, с удерживающим тормозом на гладком валу высотой 80 мм, номинальным током 7,4 А и ротором из редкоземельных металлов, который обеспечивает исключительно высокую плотность крутящего момента для естественно охлаждаемого фланцевого двигателя размером 155 × 155 мм.

Степень защиты IP65 по всему корпусу двигателя и IP67 на фланце со стороны привода (DE) — механический интерфейс, который подвергается наибольшему воздействию жидкостей в реальных установках станков — завершает спецификацию окружающей среды.

Обозначение 1FK7 Compact в семействе SIMOTICS S означает, что двигатель разработан с максимальной эффективностью мощности на единицу объема: больше крутящего момента на килограмм, больше киловатт на литр объема двигателя по сравнению с традиционными двигателями с обмоткой возбуждения того же типоразмера.

Редкоземельные магниты — тот же класс сплава неодим-железо-бор, который используется во всем секторе высокопроизводительных серводвигателей — делают эту плотность возможной.

Магниты создают поток ротора, который создает крутящий момент при взаимодействии трехфазного тока статора с ним, и поскольку редкоземельные магниты создают значительно больший поток на единицу объема, чем ферритовые, активная длина двигателя может быть небольшой при сохранении номинального крутящего момента 16 Нм.

Естественное воздушное охлаждение — без внешнего вентилятора, принудительной вентиляции или охлаждающей воды — означает, что двигатель рассеивает тепловую нагрузку за счет конвекции и излучения с поверхности корпуса и монтажного фланца станка.

Адекватный тепловой контакт между монтажной поверхностью двигателя и конструкцией станка поэтому не является косметическим; это часть системы терморегулирования двигателя, а изоляция двигателя от монтажной поверхности прокладками или термостойкими крепежными элементами снижает достижимый номинальный непрерывный крутящий момент ниже значения 3,3 кВт, указанного на табличке.

Ключевые характеристики

16 Нм в естественно охлаждаемом фланцевом двигателе 155 мм

Шестнадцать ньютон-метров при 3000 об/мин и 3,3 кВт от двигателя, который не требует принудительного охлаждения и монтируется на фланец 155 × 155 мм, стало возможным благодаря редкоземельному ротору 1FK7 Compact.

Для сравнения, традиционный асинхронный двигатель, обеспечивающий ту же выходную мощность на той же скорости, потребовал бы либо большего корпуса для управления большим тепловыделением от своих резистивных потерь в роторе, либо внешнего охлаждающего вентилятора, который увеличивает объем, вес и является элементом обслуживания.

Конструкция синхронного двигателя с постоянными магнитами полностью исключает потери меди в роторе — в роторе вообще нет тока, нет резистивного нагрева в стержнях ротора и нет потерь эффективности, зависящих от скольжения.

Все электрические потери приходятся на обмотку статора, где они могут отводиться к корпусу двигателя и рассеиваться площадью поверхности корпуса и тепловой массой фланца станка.

Это фундаментальное различие в распределении потерь объясняет, почему синхронный серводвигатель мощностью 3,3 кВт такого типоразмера может работать без принудительного охлаждения, в то время как асинхронный двигатель аналогичного типоразмера и мощности выделял бы больше тепла, чем могло бы рассеять естественное конвективное охлаждение.

Номинальный крутящий момент при остановке 16 Нм — это показатель, по которому необходимо выбирать нагрузку оси. Пиковый крутящий момент — доступный во время фаз ускорения при максимальном выходном токе привода — будет выше, обычно в 2,5-3 раза выше номинального значения в зависимости от конфигурации привода и тепловых ограничений.

Среднеквадратичный крутящий момент по полному рабочему циклу должен оставаться в пределах 16 Нм, чтобы двигатель работал непрерывно в пределах своих тепловых ограничений; кратковременные пиковые нагрузки во время ускорения допускаются в рамках тепловой модели привода.

Удерживающий тормоз — безопасное обеспечение безопасности оси

Удерживающий тормоз, интегрированный в 1FK7083-5AF71-1DG5, является пружинным типом, используемым во всем семействе SIMOTICS S: фрикционный диск с пружинным приводом, который удерживается от вала электромагнитной силой при подаче напряжения питания тормоза и мгновенно срабатывает при снятии этого напряжения.

Тормоз не участвует в динамическом торможении — он не предназначен для замедления двигателя со скорости — но обеспечивает механическое удержание после того, как сервопривод остановил ось.

На вертикальных и наклонных осях в станкостроении и погрузочно-разгрузочных работах тормоз предотвращает движение нагрузки во время отключения сервопривода: аварийная остановка, прерывание питания, программная пауза между операциями или перезапуск системы управления. 

Без тормоза на вертикальной оси каждое отключение сервопривода позволяет оси смещаться под действием силы тяжести до восстановления крутящего момента сервопривода — состояние, которое может привести к столкновению инструмента или заготовки при перезапуске, если ось сместилась от последнего заданного положения.

Напряжение питания тормоза следует проверить в документации по электропроводке станка перед установкой — тормоза SIMOTICS S этого класса обычно используют 24 В постоянного тока, но конкретное напряжение для этого двигателя следует проверить.

Привод SINAMICS управляет размыканием и замыканием тормоза как частью последовательности включения/отключения оси, обеспечивая замыкание тормоза перед снятием крутящего момента сервопривода и размыкание только после включения сервопривода и его готовности.

Гладкий вал, высота оси 80 мм

Гладкий вал 1FK7083-5AF71-1DG5 не имеет шпоночного паза.

Высота оси 80 мм относится к расстоянию от монтажной поверхности фланца двигателя до центральной линии вала — размерный параметр, который определяет, совместим ли этот двигатель геометрически с посадочным местом двигателя и выравниванием муфты станка.

Гладкий вал передает крутящий момент за счет трения с внутренней поверхностью втулки муфты. При номинальном крутящем моменте 16 Нм и пиковых значениях, потенциально достигающих 40 Нм и выше, конструкция муфты и момент затяжки должны быть указаны в соответствии с пиковым выходным моментом двигателя. Допуск на внутреннюю поверхность втулки (посадка ISO), качество поверхности и заданный момент затяжки механизма зажима совместно определяют достижимый момент трения на интерфейсе.

Для применений с частыми реверсами при полном крутящем моменте — типичных для осей станков с сервоуправлением — спецификация муфты должна включать запас прочности выше пикового крутящего момента для учета усталости и эффектов микроскольжения в течение срока службы станка.

Конфигурация крепления IM B5 располагает двигатель валом горизонтально, а фланцевой поверхностью вертикально, что является стандартной ориентацией для прямого соединения с шарико-винтовой передачей или входом редуктора на оси станка с ЧПУ.

Двигатель также может монтироваться в ориентациях IM V1 (вал вверх) и IM V3 (вал вниз) — обе из которых покрываются рейтингом IP67 для фланца DE, поскольку соединение фланца является наиболее уязвимым для жидкости интерфейсом и герметизировано по более высокому стандарту IP67 независимо от направления монтажа.

Корпус IP65 / фланец DE IP67 — Целенаправленная защита окружающей среды

Раздельный рейтинг IP на 1FK7083-5AF71-1DG5 отражает различные риски воздействия жидкостей на разные части двигателя.

Корпус — цилиндрический корпус, покрывающий статор и обмотку — имеет рейтинг IP65: полная защита от пыли и защита от струй воды с любого направления. Это охватывает окружающую среду большинства станков с ЧПУ, включая туман охлаждающей жидкости, струи для очистки и влажность.

Фланец со стороны привода (DE) — механическая поверхность, которая соприкасается с конструкцией станка, через которую выходит вал — имеет более строгий рейтинг IP67: защита от временного погружения в дополнение к устойчивости к струям воды.

Фланец DE является интерфейсом, наиболее подверженным затоплению из-за скопления охлаждающей жидкости или прямого воздействия чистящей жидкости, а сальник вала на этой поверхности является единственным компонентом, отказ которого допускает проникновение жидкости в полость подшипника. Герметизация этого интерфейса до IP67 обеспечивает дополнительный запас прочности, соответствующий его положению.

IP65/67 не покрывает непрерывное химическое воздействие режущей жидкости: масла с высоким содержанием серы, синтетические режущие жидкости и щелочные чистящие средства со временем могут повредить материалы уплотнительных губок и покрытия корпуса независимо от рейтинга IP.

Siemens указывает, что поверхность двигателя должна быть защищена от растворителей, а прокладка кабелей должна включать капельную петлю, чтобы предотвратить стекание жидкости в двигатель по оболочке кабеля.

Интеграция SINAMICS и совместимость привода

1FK7083-5AF71-1DG5 работает в системах приводов SINAMICS S120 и S210.

Комбинация SINAMICS-1FK7 является одной из самых тесных интеграций двигателя и привода на рынке сервоприводов: электрические параметры двигателя — сопротивление статора, индуктивность, постоянная противо-ЭДС, интерфейс энкодера — хранятся в базе данных двигателей Siemens в программном обеспечении для ввода в эксплуатацию SINAMICS, поэтому привод автоматически конфигурирует регулятор тока, начальные коэффициенты регулятора скорости и модель тепловой защиты при выборе типа двигателя.

Класс напряжения звена постоянного тока 600 В означает, что этот двигатель предназначен для трехфазного переменного тока 400 В, который является европейским и мировым промышленным стандартом, преобразуемым через вход SINAMICS в шину постоянного тока 600 В.

Североамериканская сеть 480 В также питает ту же номинальную шину постоянного тока.

Номинальный ток двигателя 7,4 А определяет минимальный требуемый номинал модуля привода: выбранный модуль оси привода должен иметь номинальный непрерывный выходной ток не менее 7,4 А, с пиковой мощностью, достаточной для максимального требуемого крутящего момента ускорения.

Часто задаваемые вопросы

В1: Требует ли 1FK7083-5AF71-1DG5 конкретный привод SINAMICS или он совместим со всем диапазоном S120?

1FK7083-5AF71-1DG5 совместим с модулями привода SINAMICS S120 и одноосным сервоприводом S210. Данные двигателя хранятся в базе данных двигателей SINAMICS, поэтому ввод в эксплуатацию заключается в выборе параметров, а не в ручном вводе данных.

Конкретный модуль привода должен быть рассчитан как минимум на 7,4 А непрерывного тока и требуемый пиковый ток для ускорения, необходимого для приложения.

Модули оси S120 в классе тока 9 А и выше покрывают номинальный непрерывный ток; требования к пиковому току зависят от профиля ускорения. Обратитесь к инструменту конфигурации SINAMICS или программному обеспечению для подбора привода Siemens, чтобы подтвердить выбор модуля.

В2: Напряжение питания тормоза — какое правильное значение и откуда оно берется?

Удерживающие тормоза SIMOTICS S 1FK7 этого класса обычно питаются от 24 В постоянного тока, управляемого выходом управления тормозом SINAMICS как частью последовательности включения/отключения сервопривода.

Тормоз размыкается (подается 24 В), когда сервопривод включен и готов; он замыкается (снимается 24 В) перед отключением выхода сервопривода. 

Всегда проверяйте конкретное напряжение тормоза по табличке двигателя или по техническому описанию двигателя для этого точного номера артикула — не предполагайте на основе серии. Подача неправильного напряжения либо не размыкает тормоз (двигатель работает с постоянным тормозным сопротивлением), либо не удерживает (усилие пружины недостаточно).

В3: Каково значение IP67 на фланце DE по сравнению с IP65 на корпусе двигателя?

Фланец со стороны привода — это механический интерфейс между двигателем и станком, через который выходит вал и где наиболее высокое воздействие охлаждающей жидкости.

IP67 на этом интерфейсе обеспечивает защиту от временного погружения выше, чем защита от струй воды IP65 корпуса двигателя — в частности, он покрывает герметичное соединение фланца и сальник вала от затопления охлаждающей жидкостью и скопления, типичных для станков, где двигатель установлен рядом с рабочей зоной.

Корпус двигателя IP65 покрывает общую окружающую среду (туман, брызги, струи для очистки); фланец DE IP67 покрывает наиболее подверженный воздействию жидкости структурный интерфейс.

В4: Можно ли заменить гладкий вал на вал со шпоночным пазом, если станок требует шпоночный паз?

Это потребует механической модификации вала — либо фрезеровки шпоночного паза на существующем гладком валу, либо замены узла вала. Оба варианта требуют квалифицированного заводского обслуживания, поскольку подшипники двигателя, предварительный натяг вала и геометрия переднего щита являются частью прецизионной сборки.

Если конструкция муфты станка требует вала со шпоночным пазом, правильный подход — указать вариант с шпоночным пазом при заказе: серия 1FK7083-5AF71-1 включает варианты со шпоночным пазом (обычно обозначения конца вала "B" или "H"), которые можно заказать напрямую.

Переоборудование шпоночного паза на гладком валу в полевых условиях сопряжено с риском повреждения подшипников и смещения энкодера, если это делается без соответствующего инструмента и поддержки вала.

В5: Каковы критические проверки при установке 1FK7083-5AF71-1DG5?

Проверьте, соответствует ли посадочное отверстие втулки муфты гладкому валу с правильным допуском и соответствует ли момент затяжки втулки спецификации для пикового крутящего момента приложения.

Убедитесь, что контакт монтажного фланца достаточен для теплоотвода — номинальная мощность двигателя предполагает отвод тепла через фланец в конструкцию станка, поэтому монтаж на изолирующие материалы или плохой контакт с поверхностью снижает достижимый непрерывный крутящий момент. 

Проверьте удерживающий тормоз перед механическим соединением, циклически подавая напряжение питания тормоза и подтверждая чистое размыкание и замыкание.

После ввода в эксплуатацию привода убедитесь, что автоматическая идентификация двигателя правильно принята системой SINAMICS и что данные двигателя привода соответствуют табличке двигателя перед выполнением первой команды движения.