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

Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 | SIMOTICS S 1FK7 Động cơ Servo Đồng bộ Tích hợp — 3.3kW, 16Nm, 3000RPM, 7.4A, Chiều cao trục 80mm, Trục trơn, Phanh giữ, IP65/IP67

Tổng quan

Động cơ Siemens 1FK7083-5AF71-1DG5 là động cơ servo đồng bộ nam châm vĩnh cửu SIMOTICS S 1FK7 Tích hợp, cung cấp công suất 3.3 kW với mô-men xoắn định mức 16 Nm và tốc độ 3.000 vòng/phút, có phanh giữ trên trục trơn cao 80 mm, định mức 7.4A liên tục và được chế tạo dựa trên rôto đất hiếm đạt mật độ mô-men xoắn cực cao cho động cơ mặt bích 155 × 155 mm làm mát tự nhiên.

IP65 trên thân động cơ và IP67 tại mặt bích đầu dẫn động (DE) — giao diện cơ khí tiếp xúc nhiều với chất lỏng nhất trong các ứng dụng máy công cụ thực tế — hoàn thiện thông số kỹ thuật môi trường.

Chỉ định 1FK7 Tích hợp trong dòng SIMOTICS S có nghĩa là động cơ được thiết kế dựa trên hiệu suất công suất trên thể tích tối đa: mô-men xoắn trên mỗi kg, kilowatt trên mỗi lít thể tích động cơ, so với các động cơ cuộn dây trường thông thường cùng kích thước khung.

Nam châm đất hiếm — cùng loại hợp kim neodymium-iron-boron được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực động cơ servo hiệu suất cao — là yếu tố làm nên mật độ này.

Nam châm tạo ra từ thông rôto sinh ra mô-men xoắn khi dòng điện ba pha của stato phản ứng với nó, và vì nam châm đất hiếm tạo ra từ thông trên mỗi đơn vị thể tích cao hơn đáng kể so với ferrite, nên chiều dài hoạt động của động cơ có thể được giữ ngắn trong khi vẫn đáp ứng thông số kỹ thuật mô-men xoắn 16 Nm.

Làm mát bằng không khí tự nhiên — không quạt ngoài, không thông gió cưỡng bức, không nước làm mát — có nghĩa là động cơ tản nhiệt tải nhiệt của nó bằng đối lưu và bức xạ từ bề mặt vỏ và mặt bích máy mà nó gắn vào.

Tiếp xúc nhiệt đầy đủ giữa mặt lắp của động cơ và cấu trúc máy không chỉ mang tính thẩm mỹ; nó là một phần của hệ thống quản lý nhiệt của động cơ, và việc cách ly động cơ khỏi bề mặt lắp bằng gioăng hoặc các bộ phận cố định chịu nhiệt làm giảm định mức mô-men xoắn liên tục có thể đạt được dưới giá trị danh định 3.3 kW.

Thông số kỹ thuật chính

16 Nm trong động cơ mặt bích 155 mm làm mát tự nhiên

Mười sáu Newton-mét ở tốc độ 3.000 vòng/phút và 3.3 kW từ một động cơ không yêu cầu làm mát cưỡng bức và gắn trên mặt bích 155 × 155 mm là thành tựu mà rôto đất hiếm của 1FK7 Tích hợp mang lại.

Để so sánh, một động cơ cảm ứng thông thường đạt được cùng công suất đầu ra ở cùng tốc độ sẽ yêu cầu một khung lớn hơn để xử lý nhiệt sinh ra lớn hơn từ tổn thất đồng rôto của nó, hoặc một quạt làm mát ngoài bổ sung thể tích, trọng lượng và một hạng mục bảo trì.

Thiết kế động cơ servo nam châm vĩnh cửu đồng bộ loại bỏ hoàn toàn tổn thất đồng rôto — không có dòng điện chạy trong rôto, không có nhiệt trở trong các thanh rôto và không có tổn thất hiệu suất phụ thuộc vào độ trượt.

Tất cả các tổn thất điện đều nằm ở cuộn dây stato, nơi chúng có thể dẫn đến vỏ động cơ và được tản nhiệt bởi diện tích bề mặt vỏ và khối lượng nhiệt của mặt bích máy.

Sự khác biệt cơ bản về phân bố tổn thất này là lý do tại sao động cơ servo đồng bộ 3.3 kW ở kích thước khung này có thể hoạt động mà không cần làm mát cưỡng bức, trong khi động cơ cảm ứng có khung và công suất tương tự sẽ tạo ra nhiều nhiệt hơn mức đối lưu tự nhiên có thể loại bỏ.

Mô-men xoắn khóa 16 Nm là giá trị mà tải trục phải được định cỡ theo. Mô-men xoắn đỉnh — có sẵn trong giai đoạn tăng tốc ở đầu ra dòng điện tối đa của ổ đĩa — sẽ cao hơn, thường gấp 2,5 đến 3 lần giá trị định mức tùy thuộc vào cấu hình ổ đĩa và các ràng buộc nhiệt.

Mô-men xoắn RMS trên toàn bộ chu kỳ làm việc phải nằm trong giới hạn 16 Nm để động cơ hoạt động liên tục trong giới hạn nhiệt của nó; các lần vượt quá mô-men xoắn đỉnh ngắn trong quá trình tăng tốc được phép trong mô hình nhiệt của ổ đĩa.

Phanh giữ — Bảo mật trục an toàn khi mất điện

Phanh giữ tích hợp trong 1FK7083-5AF71-1DG5 là loại lò xo ép được sử dụng rộng rãi trong SIMOTICS S: một đĩa ma sát được lò xo ép, được giữ cách trục bằng lực điện từ khi điện áp cấp phanh được cấp, và sẽ ăn khớp ngay lập tức khi điện áp đó bị ngắt.

Phanh không tham gia vào việc dừng động lực — nó không được thiết kế để giảm tốc động cơ từ tốc độ — nhưng cung cấp khả năng giữ cơ học sau khi servo đã đưa trục về trạng thái dừng.

Trên các trục thẳng đứng và trục nghiêng trong các ứng dụng máy công cụ và xử lý, phanh ngăn tải di chuyển trong các sự kiện tắt servo: dừng khẩn cấp, mất điện, tạm dừng theo chương trình giữa các hoạt động hoặc khởi động lại hệ thống điều khiển. 

Nếu không có phanh trên trục thẳng đứng, mọi sự kiện tắt servo sẽ cho phép trục trôi theo trọng lực cho đến khi mô-men xoắn servo được khôi phục — một tình huống có thể gây va chạm dụng cụ hoặc phôi khi khởi động lại nếu trục đã di chuyển khỏi vị trí lệnh cuối cùng.

Điện áp cấp phanh nên được xác nhận từ tài liệu dây điện của máy trước khi lắp đặt — phanh SIMOTICS S trong lớp này thường sử dụng 24V DC, nhưng điện áp cụ thể cho động cơ này nên được xác minh.

Ổ đĩa SINAMICS điều khiển việc nhả và ăn khớp phanh như một phần của trình tự bật/tắt trục, đảm bảo phanh ăn khớp trước khi mô-men xoắn servo bị ngắt, và chỉ nhả sau khi servo được bật và sẵn sàng.

Trục trơn, Chiều cao trục 80 mm

Trục trơn trên 1FK7083-5AF71-1DG5 không có rãnh then được gia công.

Chiều cao trục 80 mm đề cập đến khoảng cách từ mặt bích lắp của động cơ đến tâm trục — thông số kích thước xác định xem động cơ này có tương thích về mặt hình học với khoang lắp động cơ và căn chỉnh khớp nối của máy hay không.

Trục trơn truyền mô-men xoắn thông qua ma sát với lỗ trục của khớp nối. Với mô-men xoắn định mức 16 Nm và mô-men xoắn đỉnh có thể đạt tới 40 Nm trở lên, thiết kế khớp nối và mô-men xoắn lắp đặt phải được chỉ định theo đầu ra đỉnh của động cơ. Dung sai lỗ trục (khớp ISO), độ hoàn thiện bề mặt và mô-men xoắn siết chặt được chỉ định của cơ chế kẹp kết hợp với nhau xác định mô-men xoắn ma sát có thể đạt được tại giao diện.

Đối với các ứng dụng có đảo chiều thường xuyên dưới mô-men xoắn đầy đủ — điển hình trong các trục máy công cụ điều khiển bằng servo — thông số kỹ thuật khớp nối nên bao gồm biên độ an toàn cao hơn mô-men xoắn đỉnh để tính đến các hiệu ứng mỏi và trượt nhỏ trong suốt tuổi thọ của máy.

Cấu hình lắp IM B5 định vị động cơ với trục nằm ngang và mặt bích thẳng đứng, đây là hướng lắp tiêu chuẩn để ghép nối trực tiếp với vít me hoặc hộp số trên trục máy CNC.

Động cơ cũng có thể được lắp ở các hướng IM V1 (trục hướng lên) và IM V3 (trục hướng xuống) — cả hai đều được bao phủ bởi định mức mặt bích DE IP67, vì khớp nối mặt bích là giao diện dễ bị chất lỏng tấn công nhất và được niêm phong theo tiêu chuẩn IP67 cao hơn bất kể hướng lắp.

Thân IP65 / Mặt bích DE IP67 — Bảo vệ môi trường có mục tiêu

Định mức IP chia đôi trên 1FK7083-5AF71-1DG5 phản ánh các rủi ro tiếp xúc chất lỏng khác nhau ở các bộ phận khác nhau của động cơ.

Thân — vỏ hình trụ bao phủ stato và cuộn dây — được định mức IP65: loại bỏ hoàn toàn bụi và bảo vệ chống tia nước từ mọi hướng. Điều này bao gồm môi trường xung quanh của hầu hết các ứng dụng máy công cụ CNC, bao gồm sương làm mát, tia làm sạch và độ ẩm.

Mặt bích đầu dẫn động (DE) — mặt cơ khí giao tiếp với cấu trúc máy, qua đó trục thoát ra — mang định mức IP67 khắt khe hơn: bảo vệ chống ngâm tạm thời ngoài khả năng chống tia nước.

Mặt bích DE là giao diện có khả năng bị ngập bởi sự tích tụ chất làm mát hoặc chất lỏng làm sạch trực tiếp cao nhất, và phớt dầu trục ở mặt này là bộ phận duy nhất có thể bị hỏng cho phép chất lỏng xâm nhập vào khoang ổ trục. Niêm phong giao diện này ở mức IP67 cung cấp biên độ bảo vệ bổ sung phù hợp với vị trí tiếp xúc của nó.

IP65/67 không bao gồm tấn công hóa học liên tục từ phụ gia chất lỏng cắt: dầu có hàm lượng lưu huỳnh cao, chất lỏng cắt tổng hợp và các chất tẩy rửa kiềm có thể làm suy giảm vật liệu môi phớt và lớp phủ vỏ theo thời gian bất kể định mức IP.

Siemens quy định rằng bề mặt động cơ phải được bảo vệ khỏi dung môi, và định tuyến cáp phải bao gồm vòng nhỏ giọt để ngăn chất lỏng chảy dọc theo vỏ cáp vào động cơ.

Tích hợp SINAMICS và Tương thích ổ đĩa

1FK7083-5AF71-1DG5 hoạt động trong hệ thống ổ đĩa SINAMICS S120 và S210.

Sự kết hợp SINAMICS-1FK7 là một trong những tích hợp động cơ-ổ đĩa chặt chẽ nhất trên thị trường servo: các thông số điện của động cơ — điện trở stato, điện cảm, hằng số back-EMF, giao diện mã hóa — được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu động cơ của Siemens trong phần mềm cấu hình SINAMICS, do đó ổ đĩa tự cấu hình bộ điều chỉnh dòng điện, độ lợi ban đầu của bộ điều khiển tốc độ và mô hình bảo vệ nhiệt một cách tự động khi chọn loại động cơ.

Lớp điện áp DC link 600V có nghĩa là động cơ này được thiết kế cho nguồn điện AC ba pha 400V là tiêu chuẩn công nghiệp châu Âu và toàn cầu, chuyển đổi qua bộ cấp nguồn SINAMICS thành bus DC 600V.

Nguồn 480V Bắc Mỹ cũng cấp nguồn cho cùng một bus DC danh định.

Dòng điện định mức 7.4A của động cơ xác định yêu cầu tối thiểu về định mức dòng điện của mô-đun ổ đĩa: mô-đun trục ổ đĩa được chọn phải có định mức dòng điện đầu ra liên tục bằng hoặc cao hơn 7.4A, với khả năng dòng điện đỉnh đủ cho nhu cầu mô-men xoắn tăng tốc tối đa của ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

Q1: 1FK7083-5AF71-1DG5 có yêu cầu ổ đĩa SINAMICS cụ thể không, hay nó tương thích với toàn bộ dòng S120?

1FK7083-5AF71-1DG5 tương thích với các mô-đun ổ đĩa SINAMICS S120 và ổ đĩa servo trục đơn S210. Dữ liệu động cơ được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu động cơ SINAMICS, do đó việc cấu hình là chọn tham số thay vì nhập dữ liệu thủ công.

Mô-đun ổ đĩa cụ thể phải được định mức cho ít nhất 7.4A đầu ra liên tục và dòng điện đỉnh cần thiết cho nhu cầu tăng tốc của ứng dụng.

Các mô-đun trục S120 trong lớp dòng điện 9A trở lên đáp ứng định mức liên tục; yêu cầu dòng điện đỉnh phụ thuộc vào hồ sơ tăng tốc. Tham khảo công cụ cấu hình SINAMICS hoặc phần mềm định cỡ ổ đĩa Siemens để xác nhận lựa chọn mô-đun.

Q2: Điện áp cấp phanh — giá trị chính xác là bao nhiêu và nó đến từ đâu?

Phanh giữ SIMOTICS S 1FK7 trong lớp này thường được cấp nguồn ở 24V DC, được điều khiển bởi đầu ra điều khiển phanh của SINAMICS như một phần của trình tự bật/tắt servo.

Phanh nhả (cấp 24V) khi servo được bật và sẵn sàng; nó ăn khớp (ngắt 24V) trước khi đầu ra servo bị tắt. 

Luôn xác minh điện áp phanh cụ thể từ nhãn động cơ hoặc bảng dữ liệu động cơ cho mã bài viết chính xác này — không giả định dựa trên dòng sản phẩm. Cấp sai điện áp sẽ làm phanh không nhả (động cơ chạy với lực cản phanh liên tục) hoặc không giữ được (lực lò xo không đủ).

Q3: Ý nghĩa của IP67 tại mặt bích DE so với IP65 trên thân động cơ là gì?

Mặt bích đầu dẫn động là giao diện cơ khí giữa động cơ và máy, qua đó trục thoát ra và tiếp xúc với chất lỏng là cao nhất.

IP67 tại giao diện này bổ sung khả năng chống ngâm tạm thời trên IP65 chống tia nước của thân động cơ — cụ thể, nó bao phủ khớp nối mặt bích được niêm phong và phớt dầu trục chống lại sự ngập chất làm mát và tích tụ điển hình trong môi trường máy công cụ nơi động cơ được lắp đặt gần khu vực làm việc.

Thân động cơ IP65 bao phủ môi trường xung quanh chung (sương, tia nước, tia làm sạch); mặt bích DE IP67 bao phủ giao diện cấu trúc tiếp xúc với chất lỏng nhất.

Q4: Có thể thay thế trục trơn bằng trục có rãnh then nếu máy yêu cầu rãnh then không?

Điều này sẽ yêu cầu sửa đổi cơ khí trục — hoặc gia công rãnh then vào trục trơn hiện có hoặc thay thế cụm trục. Cả hai đều yêu cầu dịch vụ được nhà máy đủ điều kiện, vì ổ trục, độ căng trục và hình học đầu trước của động cơ là một phần của cụm lắp ráp chính xác.

Nếu thiết kế khớp nối của máy yêu cầu trục có rãnh then, cách tiếp cận đúng là chỉ định biến thể trục có rãnh then tại thời điểm đặt hàng: dòng hậu tố 1FK7083-5AF71-1 bao gồm các biến thể có rãnh then (thường là các ký hiệu đầu trục "B" hoặc "H") có thể được đặt hàng trực tiếp.

Việc sửa đổi rãnh then vào trục trơn tại hiện trường có nguy cơ làm hỏng ổ trục và lệch mã hóa nếu thực hiện mà không có dụng cụ và hỗ trợ trục phù hợp.

Q5: Các kiểm tra lắp đặt quan trọng đối với 1FK7083-5AF71-1DG5 là gì?

Xác minh lỗ trục khớp nối phù hợp với trục trơn theo dung sai chính xác và mô-men xoắn kẹp trục đáp ứng thông số kỹ thuật cho mô-men xoắn đỉnh của ứng dụng.

Xác nhận tiếp xúc mặt bích lắp đủ nhiệt — định mức liên tục của động cơ giả định nhiệt chảy qua mặt bích vào cấu trúc máy, do đó lắp trên vật liệu cách điện hoặc tiếp xúc bề mặt kém làm giảm mô-men xoắn liên tục có thể đạt được. 

Kiểm tra phanh giữ trước khi ghép nối cơ khí bằng cách luân phiên điện áp cấp phanh và xác nhận nhả và ăn khớp sạch sẽ.

Sau khi cấu hình ổ đĩa, xác minh nhận dạng tự động động cơ được hệ thống SINAMICS chấp nhận chính xác và dữ liệu động cơ của ổ đĩa khớp với nhãn động cơ trước khi thực hiện lệnh di chuyển đầu tiên.