SYNCHRONOUS SERVOMOT 1FK7083-5AF71-1DG5 1FK70835AF711DG5 1FK7 083-5AF71-1DG5

Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 | SIMOTICS S 1FK7 Kompakt Synchronous Servomotor — 3,3 kW, 16 Nm, 3000 obr./min, 7,4 A, Wysokość wału 80 mm, Gładki wał, Hamulec postojowy, IP65/IP67

Przegląd

The Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 to kompaktowy synchroniczny serwomotor z magnesami trwałymi SIMOTICS S 1FK7 o mocy 3,3 kW, momencie obrotowym 16 Nm i prędkości 3000 obr./min, z hamulcem postojowym na gładkim wale o wysokości 80 mm, prąd znamionowy 7,4 A, zbudowany wokół wirnika z magnesów ziem rzadkich, który osiąga wyjątkowo wysoką gęstość momentu obrotowego dla silnika z kołnierzem 155 × 155 mm chłodzonego naturalnie.

IP65 na całym korpusie silnika i IP67 na kołnierzu od strony napędu (DE) — interfejs mechaniczny, który jest najbardziej narażony na kontakt z płynami w rzeczywistych instalacjach obrabiarek — uzupełniają specyfikację środowiskową.

Oznaczenie 1FK7 Compact w rodzinie SIMOTICS S oznacza, że silnik został zaprojektowany z myślą o maksymalnej wydajności mocy do objętości: większy moment obrotowy na kilogram, więcej kilowatów na litr objętości silnika w porównaniu do konwencjonalnych silników z uzwojeniem wzbudzenia o tym samym rozmiarze ramy.

Magnesy ziem rzadkich — ta sama klasa stopu neodymowo-żelazowo-borowego, która jest stosowana w całym sektorze wysokowydajnych serwomotorów — umożliwiają osiągnięcie tej gęstości.

Magnesy wytwarzają strumień wirnika, który tworzy moment obrotowy, gdy prąd trójfazowy stojana reaguje z nim, a ponieważ magnesy ziem rzadkich wytwarzają znacznie większy strumień na jednostkę objętości niż ferryt, aktywna długość silnika może być krótka, jednocześnie spełniając specyfikację momentu obrotowego 16 Nm.

Naturalne chłodzenie powietrzem — bez wentylatora zewnętrznego, bez wymuszonego wentylacji, bez wody chłodzącej — oznacza, że silnik rozprasza swoje obciążenie termiczne przez konwekcję i promieniowanie z powierzchni obudowy i kołnierza maszyny, na którym jest zamontowany.

Odpowiedni kontakt termiczny między powierzchnią montażową silnika a konstrukcją maszyny nie jest zatem kosmetyczny; jest częścią systemu zarządzania termicznego silnika, a izolowanie silnika od jego powierzchni montażowej za pomocą uszczelek lub elementów złącznych odpornych na ciepło zmniejsza osiągalny znamionowy moment obrotowy poniżej wartości znamionowej 3,3 kW.

Kluczowe specyfikacje

16 Nm w silniku z kołnierzem 155 mm chłodzonym naturalnie

Szesnaście niutonometrów przy 3000 obr./min i 3,3 kW z silnika, który nie wymaga wymuszonego chłodzenia i jest montowany na kołnierzu 155 × 155 mm, jest osiągnięciem, które umożliwia wirnik z magnesami ziem rzadkich 1FK7 Compact.

Dla porównania, konwencjonalny silnik indukcyjny osiągający tę samą moc wyjściową przy tej samej prędkości wymagałby albo większej ramy, aby zarządzać większym generowaniem ciepła przez straty w wirniku, albo zewnętrznego wentylatora chłodzącego, który dodaje objętości, wagi i elementu konserwacyjnego.

Konstrukcja synchroniczna z magnesami trwałymi całkowicie eliminuje straty miedzi w wirniku — w wirniku nie płynie żaden prąd, nie ma grzania rezystancyjnego w prętach wirnika ani strat wydajności zależnych od poślizgu.

Wszystkie straty elektryczne znajdują się w uzwojeniu stojana, skąd mogą być odprowadzane do obudowy silnika i rozpraszane przez powierzchnię obudowy i masę termiczną kołnierza maszyny.

Ta fundamentalna różnica w rozkładzie strat wyjaśnia, dlaczego synchroniczny serwomotor o mocy 3,3 kW w tym rozmiarze ramy może pracować bez wymuszonego chłodzenia, podczas gdy silnik indukcyjny o podobnej ramie i mocy generowałby więcej ciepła, niż mogłaby usunąć naturalna konwekcja.

Moment rozruchowy 16 Nm jest wartością, względem której należy dobrać obciążenie osi. Moment szczytowy — dostępny podczas faz przyspieszania przy maksymalnej wydajności prądowej napędu — będzie wyższy, zazwyczaj 2,5 do 3 razy większy od wartości znamionowej, w zależności od konfiguracji napędu i ograniczeń termicznych.

Moment RMS w całym cyklu pracy musi pozostać w granicach 16 Nm, aby silnik pracował stale w swoich granicach termicznych; krótkotrwałe przejścia do momentu szczytowego podczas przyspieszania są dozwolone w ramach modelu termicznego napędu.

Hamulec postojowy — bezpieczne zabezpieczenie osi

Zintegrowany w 1FK7083-5AF71-1DG5 hamulec postojowy jest typu sprężynowego, stosowanego w całej rodzinie SIMOTICS S: sprężynowy dysk cierny, który jest odciągany od wału siłą elektromagnetyczną po podaniu napięcia zasilania hamulca i natychmiast załącza się po usunięciu tego napięcia.

Hamulec nie bierze udziału w dynamicznym zatrzymywaniu — nie jest przeznaczony do hamowania silnika z prędkości — ale zapewnia mechaniczne utrzymanie pozycji po zatrzymaniu osi przez serwo.

Na osiach pionowych i skośnych w zastosowaniach obrabiarek i manipulacyjnych hamulec zapobiega ruchowi obciążenia podczas zdarzeń wyłączenia serwo: E-stop, przerwa w zasilaniu, zaprogramowana pauza między operacjami lub ponowne uruchomienie systemu sterowania. 

Bez hamulca na osi pionowej każde zdarzenie wyłączenia serwo pozwala osi na dryf pod wpływem grawitacji do momentu przywrócenia momentu serwo — sytuacja, która może spowodować kolizje narzędzia lub przedmiotu obrabianego przy ponownym uruchomieniu, jeśli oś przesunęła się od ostatniej zadanej pozycji.

Napięcie zasilania hamulca należy potwierdzić w dokumentacji okablowania maszyny przed instalacją — hamulce SIMOTICS S tej klasy zazwyczaj wykorzystują 24V DC, ale konkretne napięcie dla tego silnika należy zweryfikować.

Napęd SINAMICS steruje zwalnianiem i załączaniem hamulca jako części sekwencji włączania/wyłączania osi, zapewniając, że hamulec załączy się przed usunięciem momentu serwo i zwolni dopiero po włączeniu serwo i gotowości.

Gładki wał, wysokość wału 80 mm

Gładki wał w 1FK7083-5AF71-1DG5 nie ma wyfrezowanego wpustu.

Wysokość wału 80 mm odnosi się do odległości od powierzchni kołnierza montażowego silnika do osi wału — parametr wymiarowy, który określa, czy ten silnik jest geometrycznie kompatybilny z daną wnęką montażową silnika maszyny i wyrównaniem sprzęgła.

Gładki wał przenosi moment obrotowy przez tarcie z otworem piasty sprzęgła. Przy momencie znamionowym 16 Nm i momentach szczytowych potencjalnie osiągających 40 Nm lub więcej, konstrukcja sprzęgła i moment dokręcania instalacji muszą być określone w stosunku do momentu wyjściowego silnika. Tolerancja otworu piasty (pasowanie ISO), wykończenie powierzchni i określony moment dokręcania mechanizmu zaciskowego wspólnie określają osiągalny moment tarcia na styku.

W zastosowaniach z częstymi zmianami kierunku przy pełnym momencie obrotowym — typowych dla osi obrabiarek sterowanych serwo — specyfikacja sprzęgła powinna zawierać margines bezpieczeństwa powyżej momentu szczytowego, aby uwzględnić efekty zmęczenia i mikropoślizgu w okresie eksploatacji maszyny.

Konfiguracja montażu IM B5 pozycjonuje silnik z wałem poziomym i powierzchnią kołnierza pionowo, co jest standardową orientacją do bezpośredniego sprzęgania ze śrubą kulową lub wejściem przekładni na osi maszyny CNC.

Silnik może być również montowany w orientacjach IM V1 (wał w górę) i IM V3 (wał w dół) — obie są objęte stopniem ochrony IP67 kołnierza DE, ponieważ połączenie kołnierza jest najbardziej narażonym na działanie płynów interfejsem i jest uszczelnione do wyższego standardu IP67 niezależnie od kierunku montażu.

Korpus IP65 / kołnierz DE IP67 — ukierunkowana ochrona środowiskowa

Podzielony stopień ochrony IP w 1FK7083-5AF71-1DG5 odzwierciedla różne ryzyka narażenia na płyny w różnych częściach silnika.

Korpus — cylindryczna obudowa pokrywająca stojan i uzwojenie — ma stopień ochrony IP65: całkowite wykluczenie pyłu i ochrona przed strumieniami wody z dowolnego kierunku. Obejmuje to środowisko pracy większości obrabiarek CNC, w tym mgłę chłodziwa, strumienie czyszczące i wilgoć.

Kołnierz od strony napędu (DE) — powierzchnia mechaniczna, która styka się z konstrukcją maszyny, przez którą wychodzi wał — ma bardziej wymagający stopień ochrony IP67: ochrona przed tymczasowym zanurzeniem oprócz odporności na strumienie.

Kołnierz DE jest interfejsem najbardziej narażonym na zalanie przez gromadzący się chłodziwo lub bezpośredni płyn czyszczący, a uszczelka olejowa wału na tej powierzchni jest jedynym elementem, którego awaria pozwala na przedostanie się płynu do komory łożyska. Uszczelnienie tego interfejsu do IP67 zapewnia dodatkowy margines ochrony odpowiedni do jego pozycji narażenia.

IP65/67 nie obejmuje ciągłego ataku chemicznego ze strony dodatków do płynów obróbkowych: oleje o wysokiej zawartości siarki, syntetyczne płyny obróbkowe i alkaliczne środki czyszczące mogą z czasem degradować materiały uszczelek i powłoki obudowy, niezależnie od stopnia ochrony IP.

Siemens podaje, że powierzchnia silnika powinna być chroniona przed rozpuszczalnikami, a prowadzenie kabli powinno zawierać pętlę ociekową, aby zapobiec ściekaniu płynu do silnika wzdłuż osłony kabla.

Integracja SINAMICS i kompatybilność napędu

1FK7083-5AF71-1DG5 działa w systemach napędowych SINAMICS S120 i S210.

Kombinacja SINAMICS-1FK7 jest jedną z najściślejszych integracji silnik-napęd na rynku serwo: parametry elektryczne silnika — rezystancja stojana, indukcyjność, stała SEM, interfejs enkodera — są przechowywane w bazie danych silników Siemens w oprogramowaniu do uruchamiania SINAMICS, dzięki czemu napęd samoczynnie konfiguruje regulator prądu, początkowe wzmocnienia regulatora prędkości i model ochrony termicznej automatycznie po wybraniu typu silnika.

Klasa napięcia magistrali DC 600V oznacza, że silnik jest przeznaczony do trójfazowego zasilania AC 400V, które jest europejskim i globalnym standardem przemysłowym, przekształcanego przez inwerter SINAMICS do magistrali DC 600V.

Amerykańskie zasilanie 480V również zasila tę samą nominalną magistralę DC.

Znamionowy prąd silnika 7,4 A określa minimalną wymaganą moc modułu napędowego: wybrany moduł osi napędu musi mieć znamionowy prąd wyjściowy ciągły równy lub wyższy niż 7,4 A, z możliwością prądu szczytowego wystarczającą do maksymalnego zapotrzebowania na moment przyspieszenia w aplikacji.

Często zadawane pytania

P1: Czy 1FK7083-5AF71-1DG5 wymaga konkretnego napędu SINAMICS, czy jest kompatybilny z całym zakresem S120?

1FK7083-5AF71-1DG5 jest kompatybilny z modułami napędowymi SINAMICS S120 i serwonapędem jednoosiowym S210. Dane silnika są przechowywane w bazie danych silników SINAMICS, dzięki czemu uruchamianie polega na wyborze parametrów, a nie na ręcznym wprowadzaniu danych.

Konkretny moduł napędowy musi być przystosowany do co najmniej 7,4 A prądu ciągłego i wymaganego prądu szczytowego dla potrzeb przyspieszenia aplikacji.

Moduły osi S120 w klasie prądowej 9A i wyższej pokrywają znamionowy prąd ciągły; wymagania dotyczące prądu szczytowego zależą od profilu przyspieszenia. Skonsultuj się z narzędziem do konfiguracji SINAMICS lub oprogramowaniem do wymiarowania napędów Siemens, aby potwierdzić wybór modułu.

P2: Napięcie zasilania hamulca — jaka jest prawidłowa wartość i skąd pochodzi?

Hamulce postojowe SIMOTICS S 1FK7 tej klasy są zazwyczaj zasilane napięciem 24V DC, sterowane przez wyjście sterowania hamulcem SINAMICS jako część sekwencji włączania/wyłączania serwo.

Hamulec zwalnia (podane 24V) po włączeniu serwo i gotowości; załącza się (usunięte 24V) przed wyłączeniem wyjścia serwo. 

Zawsze weryfikuj konkretne napięcie hamulca na tabliczce znamionowej silnika lub w karcie katalogowej silnika dla tego dokładnego numeru artykułu — nie zakładaj na podstawie samej serii. Podanie niewłaściwego napięcia spowoduje albo brak zwolnienia hamulca (silnik pracuje z ciągłym oporem hamulca), albo brak utrzymania pozycji (niewystarczająca siła sprężyny).

P3: Jakie jest znaczenie IP67 na kołnierzu DE w porównaniu do IP65 na korpusie silnika?

Kołnierz od strony napędu jest interfejsem mechanicznym między silnikiem a maszyną, przez który wychodzi wał i gdzie narażenie na chłodziwo jest największe.

IP67 na tym interfejsie zapewnia ochronę przed tymczasowym zanurzeniem ponad odporność na strumienie wody IP65 korpusu silnika — w szczególności obejmuje uszczelnione połączenie kołnierza i uszczelkę olejową wału przed zalaniem i gromadzeniem się chłodziwa typowym dla środowisk obrabiarek, gdzie silnik jest zamontowany w pobliżu strefy roboczej.

Korpus silnika IP65 obejmuje ogólne środowisko pracy (mgła, rozpryski, strumienie czyszczące); kołnierz DE IP67 obejmuje najbardziej narażony na działanie płynów interfejs konstrukcyjny.

P4: Czy gładki wał można zastąpić wałem z wpustem, jeśli maszyna wymaga wpustu?

Wymagałoby to modyfikacji mechanicznej wału — albo wyfrezowania wpustu w istniejącym gładkim wale, albo wymiany zespołu wału. Oba wymagają kwalifikowanej przez fabrykę obsługi, ponieważ łożyska silnika, wstępne naprężenie wału i geometria przedniej osłony są częścią precyzyjnego zespołu.

Jeśli konstrukcja sprzęgła maszyny wymaga wału z wpustem, właściwym podejściem jest określenie wariantu z wpustem w momencie zamawiania: seria przyrostkowa 1FK7083-5AF71-1 zawiera warianty z wpustem (zazwyczaj oznaczenia końca wału "B" lub "H"), które można zamówić bezpośrednio.

Retrofitowanie wpustu do gładkiego wału w terenie grozi uszkodzeniem łożysk i niewspółosiowością enkodera, jeśli zostanie wykonane bez odpowiednich narzędzi i wsparcia wału.

P5: Jakie są krytyczne kontrole instalacyjne dla 1FK7083-5AF71-1DG5?

Sprawdź, czy otwór piasty sprzęgła pasuje do gładkiego wału z odpowiednią tolerancją i czy moment dokręcania piasty spełnia specyfikację dla szczytowego momentu obrotowego aplikacji.

Potwierdź, że kontakt kołnierza montażowego jest wystarczający termicznie — znamionowy prąd ciągły silnika zakłada przepływ ciepła przez kołnierz do konstrukcji maszyny, więc montaż na materiałach izolacyjnych lub ze słabym kontaktem powierzchniowym zmniejsza osiągalny moment obrotowy ciągły. 

Przetestuj hamulec postojowy przed sprzęganiem mechanicznym, cyklicznie podając napięcie zasilania hamulca i potwierdzając czyste zwolnienie i załączenie.

Po uruchomieniu napędu zweryfikuj, czy automatyczna identyfikacja silnika jest poprawnie zaakceptowana przez system SINAMICS i czy dane silnika napędu odpowiadają tabliczce znamionowej silnika przed wykonaniem pierwszego polecenia ruchu.