Новый сервомотор Mitsubishi HF-SP81J HFSP81J

Mitsubishi HF-SP81J | MELSERVO-J3 AC Сервомотор — 850 Вт, 8,12 Нм, 1000 об/мин номинальная / 1500 об/мин макс., маслосъемное уплотнение, 18-битный абсолютный энкодер, IP67

Номер детали: HF-SP81J

Серия: MELSERVO-J3 — Серия HF-SP средней инерционности, средней мощности

Конструкция: Прямой вал, маслосъемное уплотнение, встроенный 18-битный абсолютный энкодер

Номинальная выходная мощность: 850 Вт (0,85 кВт)

Номинальный крутящий момент: 8,12 Нм

Пиковый крутящий момент: 24,4 Нм

Номинальная скорость: 1000 об/мин

Максимальная скорость: 1500 об/мин

Номинальный ток: 4,5 А

Напряжение питания: Класс 200 В переменного тока

Момент инерции: 0,00178 кг·м² (17,8 кг·см²)

Размер фланца: 130 × 130 мм

Степень защиты: IP67

Габариты: В177,5 мм × Ш130 мм × Г217,5 мм

Состояние: Новый

Обзор

Сервомотор Mitsubishi HF-SP81J — это AC сервомотор средней инерционности мощностью 850 Вт из серии MELSERVO-J3 HF-SP, оптимизированный для работы с высоким крутящим моментом на низких скоростях — номинальная скорость 1000 об/мин с максимальной скоростью 1500 об/мин.При номинальном крутящем моменте 8,12 Нм и пиковом крутящем моменте 24,4 Нм этот двигатель обеспечивает выходной крутящий момент, значительно превышающий тот, который мог бы развить двигатель мощностью 850 Вт при скорости 3000 об/мин.Низкая номинальная скорость является инженерным обоснованием: крутящий момент равен мощности, деленной на угловую скорость, поэтому при фиксированной выходной мощности и снижении скорости пропорционально увеличивается доступный крутящий момент. HF-SP81J при 1000 об/мин создает более чем в три раза больший номинальный крутящий момент, чем эквивалентный двигатель мощностью 850 Вт с номинальной скоростью 3000 об/мин.

Суффикс "J" указывает на наличие маслосъемного уплотнения — кромчатого уплотнения на выходе вала, которое защищает от масляного тумана, брызг охлаждающей жидкости и проникновения частиц через зазор вала. В сочетании с классом защиты корпуса IP67, HF-SP81J герметизирован от кратковременного погружения на определенную глубину, что делает его одним из наиболее надежно защищенных двигателей в серии HF-SP.

Такой уровень герметизации подходит для более влажных и загрязненных сред, в которых часто работают оси с низким крутящим моментом и высоким крутящим моментом: наматывающие машины, ролики контроля натяжения, приводы конвейеров, работающие рядом с охлаждающей жидкостью, а также поворотные столы или револьверные головки станков, где двигатель находится внутри корпуса, насыщенного охлаждающей жидкостью.

18-битный абсолютный энкодер с разрешением 262 144 импульса на оборот обеспечивает сохранение положения при отключении питания без необходимости возврата в исходное положение при запуске, подавая в усилитель MELSERVO-J3 высокоточный контур управления скоростью и положением.

Фланец размером 130 × 130 мм и общий габарит 177,5 × 130 × 217,5 мм относят его физически к тому же классу, что и другие сервомоторы средней мощности с фланцем 130 мм, в то время как увеличенная глубина (217,5 мм против 173,5 мм для сопоставимой модели на 2000 об/мин) отражает более длинный статор, необходимый для производства высокого крутящего момента при низкой электрической частоте.

Основные характеристики

Параметр

Значение

Большинство сервомоторов этого класса мощности работают на номинальной скорости 2000 или 3000 об/мин, что отражает типичные требования к подающим осям станков с ЧПУ, где скорость шарико-винтовой передачи определяет требуемую скорость двигателя. Вариант с номинальной скоростью 1000 об/мин — "1" в обозначении скорости SP81 — существует для сценариев применения, где высокий крутящий момент на низкой скорости вала является основным требованием, без инерции и сложности промежуточного редуктора между двигателем и нагрузкой.

Наибольшую выгоду от такой конструкции получают приложения с прямым приводом.

Двигатель, вращающийся со скоростью 1000 об/мин и напрямую соединенный с механизмом, может непрерывно выдавать 8,12 Нм без редуктора — устраняя люфт, снижая механическую податливость, упрощая обслуживание и исключая редуктор как потенциальный источник отказа. Для приложений, где естественный диапазон скоростей механизма составляет 0–1000 об/мин и требуется постоянный крутящий момент, HF-SP81J обеспечивает это за счет самого двигателя, а не через редуктор, снижающий скорость от 3000 об/мин.

Пиковый крутящий момент 24,4 Нм — трехкратный номинальный крутящий момент — обеспечивает импульс ускорения, необходимый для быстрого перемещения тяжелых нагрузок из состояния покоя в рабочую скорость.

При моменте инерции 0,00178 кг·м² сам ротор является существенным по сравнению с меньшими двигателями, что означает, что двигатель может быть соединен с умеренно тяжелыми нагрузками без дестабилизации сервосистемы из-за больших несоответствий инерции.

Пиковый крутящий момент 24,4 Нм — ускорение при высоких нагрузках по инерции

Соотношение пикового и номинального крутящего момента 3:1 является постоянным для всей серии HF-SP, и при номинальном значении 8,12 Нм оно дает пиковое значение 24,4 Нм, обеспечивающее значительную мощность ускорения для нагрузок, для которых предназначен HF-SP81J.

Намоточные шпиндели, поворотные столы, приводы роликов конвейера и аналогичные механизмы могут иметь значительную вращающуюся массу — и перемещение этой массы из состояния покоя до рабочей скорости в рамках бюджета цикла машины зависит от наличия пикового крутящего момента выше рабочего требования.

Практическим ограничением является рабочий цикл. Пиковый крутящий момент потребляет пиковый ток — в 3,2 раза больше номинального тока при соотношении пикового и номинального значения 3:1 — и электронная тепловая защита усилителя MELSERVO-J3 отслеживает среднеквадратичное значение потребляемого тока с течением времени.

Кратковременные импульсы ускорения при пиковом крутящем моменте допускаются в рамках тепловой модели; длительная работа при пиковом крутящем моменте — нет.

Расчет размера сервопривода — инерция нагрузки, расстояние перемещения, время ускорения, постоянный рабочий крутящий момент — должен подтверждать, что среднеквадратичное значение потребляемого крутящего момента, усредненное по рабочему циклу, остается в пределах номинального значения 8,12 Нм, в то время как пиковый крутящий момент ускорения не превышает 24,4 Нм.

Для применений намотки и контроля натяжения, где инерция нагрузки постоянно меняется по мере накопления или сматывания материала со шпинделя, момент инерции двигателя 0,00178 кг·м² обеспечивает эталонную массу в контуре сервоуправления.

По мере изменения инерции шпинделя автоматическая настройка коэффициентов усиления усилителя отслеживает изменение и соответствующим образом корректирует коэффициенты усиления сервопривода.

18-битный абсолютный энкодер — отсутствие возврата в исходное положение, непрерывность положения

18-битный абсолютный энкодер, встроенный в HF-SP81J, обеспечивает обратную связь по положению с разрешением 262 144 импульса на оборот и сохранением абсолютного положения при потере питания.

При включении усилителя MELSERVO-J3 он считывает фактическое положение вала непосредственно с энкодера — ось сразу же имеет правильные данные о положении, без необходимости перемещения к эталонному переключателю.

Для оси с низким крутящим моментом и низким крутящим моментом это имеет большее значение, чем может показаться. Оси с низким крутящим моментом часто соединены с механизмами, где сбой питания в середине хода может оставить нагрузку в неопределенном, потенциально небезопасном положении — веб-лента под контролем натяжения, подвешенная между ведущими роликами, намоточный шпиндель на полпути через перемещение, поворотный индексный стол между станциями.

С абсолютным энкодером восстановление питания немедленно возвращает систему положения в известное, проверенное состояние.

Инкрементальный энкодер потребовал бы от оси возврата в исходное положение — потенциально перемещая нагрузку через небезопасное перемещение — прежде чем можно было бы возобновить управляемую работу.

Разрешение 18 бит также обеспечивает гранулярность обратной связи по скорости, которая требуется для работы HF-SP81J на низких скоростях.

При 1000 об/мин каждый оборот занимает 60 мс; при 262 144 имп/об усилитель получает примерно 4369 импульсов обратной связи в миллисекунду при номинальной скорости. Такая плотность обратной связи позволяет точно контролировать скорость до очень низких значений — плавное, контролируемое движение на низких скоростях, которое требуется системам намотки, контроля натяжения и обработки веб-материалов.

IP67 и маслосъемное уплотнение — полная защита от влажной среды

IP67 означает полную защиту от пыли и кратковременного погружения на определенную глубину — на один шаг выше защиты IP65 от струй воды, которую имеют большинство сервомоторов этого класса.

Рейтинг IP67 HF-SP81J означает, что корпус двигателя может выдерживать кратковременное погружение в жидкость без повреждения внутренних компонентов, и он рассчитан на работу в условиях периодического затопления охлаждающей жидкостью, циклов очистки и высокой влажности, которые характеризуют многие применения этого двигателя.

Маслосъемное уплотнение "J" на выходе вала добавляет элемент герметизации, который не обеспечивает сама по себе защита корпуса IP67. Зазор вала — кольцевое пространство между вращающимся валом и торцевым щитом двигателя — является путем для масляного тумана и мелких частиц даже в корпусе двигателя с герметизацией IP67, поскольку вал должен свободно вращаться, а зазор не может быть полностью герметизирован конструктивным корпусом.

Кромчатое уплотнение на выходе вала механически закрывает этот путь: кромка прилегает к поверхности вращающегося вала и отводит жидкости и частицы обратно.

В течение срока службы двигателя периодический осмотр кромки уплотнения вала на предмет затвердевания или растрескивания является основной задачей технического обслуживания — поврежденное уплотнение допускает прогрессивное загрязнение через единственный путь, который не защищен рейтингом корпуса IP67.

Вместе IP67 и маслосъемное уплотнение делают HF-SP81J подходящим для сред, которые могут привести к деградации стандартного двигателя IP65 в течение разумного срока службы: постоянное воздействие масляного тумана, регулярная очистка под высоким давлением, применение, частично погружаемое во время работы, и установки рядом с системами подачи смазочно-охлаждающей жидкости.

HF-SP81J в серии HF-SP — место варианта на 1000 об/мин

Серия HF-SP охватывает диапазон выходных мощностей от 0,5 кВт до 7,0 кВт, каждый из которых доступен в вариантах с номинальной скоростью 1000 об/мин (код скорости "1") и 2000 об/мин (код скорости "2"). SP81J — это вариант мощностью 850 Вт, 1000 об/мин, с маслосъемным уплотнением:

Эквивалентный вариант на 2000 об/мин — HF-SP82J — обеспечивает ту же выходную мощность 850 Вт при номинальной скорости 2000 об/мин с соответственно более низким номинальным крутящим моментом (приблизительно 4,1 Нм против 8,12 Нм), меньшей общей длиной и сниженным моментом инерции.

Выбор между SP81J и SP82J зависит от механической системы: если нагрузка естественным образом работает в диапазоне 0–1000 об/мин на валу двигателя (прямой привод или муфта с низким передаточным числом), SP81J обеспечивает вдвое больший крутящий момент при той же мощности.

Если нагрузка работает в диапазоне 0–2000 об/мин, SP82J является подходящим выбором с более коротким корпусом двигателя.

Разница в физической глубине — 217,5 мм для SP81J против примерно 173,5 мм для эквивалента на 2000 об/мин — отражает более длинный статор, необходимый для производства высокого крутящего момента при более низкой электрической частоте, связанной с работой на 1000 об/мин.

Эта глубина должна учитываться при проектировании полости крепления двигателя в машине, особенно при модернизации, когда оригинальный двигатель был типа на 2000 об/мин.

Часто задаваемые вопросы

В1: Почему HF-SP81J имеет более низкую максимальную скорость (1500 об/мин), чем большинство сервомоторов?

Номинальная скорость 1000 об/мин / максимальная скорость 1500 об/мин — определяющая характеристика варианта скорости "1" в серии HF-SP.

Низкая номинальная скорость — это конструктивное решение для максимизации крутящего момента при заданном уровне мощности — те же 850 Вт, подаваемые на скорости 1000 об/мин, создают номинальный крутящий момент 8,12 Нм, по сравнению с примерно 4,1 Нм, если бы та же мощность подавалась на скорости 2000 об/мин.

Приложения, требующие высокого крутящего момента на низкой скорости вала — прямые приводы, оси намотки, контроль натяжения, системы с редуктором с низким передаточным числом — выигрывают от такой конструкции без люфта и сложности редуктора.

В2: В чем разница между HF-SP81J и HF-SP82J?

Оба являются двигателями серии HF-SP мощностью 850 Вт с фланцем 130 × 130 мм, маслосъемным уплотнением и IP67. HF-SP81J рассчитан на 1000 об/мин / 8,12 Нм номинальный / 24,4 Нм пиковый. HF-SP82J рассчитан на 2000 об/мин с примерно вдвое меньшим номинальным крутящим моментом при той же выходной мощности.

SP81J физически длиннее (глубина 217,5 мм против примерно 173,5 мм) из-за более длинного статора, необходимого для работы с высоким крутящим моментом на низкой скорости. Выбирайте SP81J для приложений с прямым приводом и высоким крутящим моментом на низкой скорости; выбирайте SP82J для осей с более высокой скоростью, где 2000 об/мин является естественной рабочей скоростью.

В3: Энкодер 18-битный абсолютный — требуется ли HF-SP81J возврат в исходное положение при каждом запуске?

Нет. 18-битный абсолютный энкодер сохраняет фактическое положение вала при потере питания. При включении усилителя MELSERVO-J3 он считывает положение непосредственно с энкодера без какого-либо перемещения для возврата в исходное положение.

Это особенно важно для типов приложений, которые обслуживает этот двигатель — намотка, контроль натяжения и поворотные столы — где сбои питания не должны требовать от оси перемещения в эталонное положение перед возобновлением управляемой работы. Абсолютный энкодер полностью исключает это требование.

В4: Что делает IP67 необходимым вместо стандартного рейтинга IP65?

IP65 защищает от струй воды с любого направления. IP67 дополнительно защищает от кратковременного погружения. Для большинства установок сервомоторов IP65 является достаточным.

IP67 указан для сред, где двигатель может периодически погружаться — частичное погружение во время очистки, затопление резервуарами охлаждающей жидкости станка или работа в условиях промывки, где струи воды недостаточны для уровня воздействия жидкости.

Если установка предполагает только воздействие тумана или струй воды, IP65 достаточен; если кратковременное погружение является реалистичным условием эксплуатации, IP67 обеспечивает дополнительный уровень защиты.

В5: HF-SP81J имеет момент инерции 0,00178 кг·м² — как это влияет на размер оси?

Инерция ротора 0,00178 кг·м² является эталонным значением для согласования нагрузки. Mitsubishi рекомендует поддерживать инерцию нагрузки, отраженную на валу двигателя, в пределах 15-кратного значения инерции ротора для стабильной работы сервопривода при рекомендуемых настройках коэффициента усиления — в данном случае, до примерно 0,0267 кг·м² отраженной инерции нагрузки.

Для нагрузок, превышающих это соотношение, настройка коэффициента усиления становится более сложной, и полоса пропускания сервопривода может быть снижена.

Относительно высокий момент инерции двигателя по сравнению с меньшими двигателями означает, что он изначально допускает более тяжелые нагрузки, прежде чем приблизится к границе несоответствия инерции — одно из практических преимуществ конструкции HF-SP средней инерционности для приложений с тяжелыми вращающимися массами.