SIMODRIVE INFED MODULE 6SN1146-1AB00-0BA1 6SN1 146-1AB00-0BA1 6SN1146-1ABOO-OBA1

Siemens 6SN1146-1AB00-0BA1 | Mô-đun Nạp SIMODRIVE 611 — 5/10kW Không điều chỉnh, Đầu vào 380–480VAC, Đầu ra DC Link, Làm mát trong/ngoài, Hiệu suất 98%, 6.5kg

Tổng quan

Mô-đun nạp không điều chỉnh 5/10kW Siemens 6SN1146-1AB00-0BA1 là mô-đun nạp cho hệ thống truyền động SIMODRIVE 611 — mô-đun chuyển đổi dòng điện xoay chiều ba pha thành điện áp bus DC mà tất cả các mô-đun trục và mô-đun trục chính SIMODRIVE 611 lấy năng lượng từ đó.

Trong tủ truyền động đa trục SIMODRIVE 611, mô-đun nạp là cổng cấp nguồn: mọi thứ bên phải nó trên bus DC link — các mô-đun trục cấp liệu điều khiển X, Y, Z và mô-đun trục chính — đều lấy năng lượng thông qua bộ chỉnh lưu của mô-đun nạp và bộ tụ điện bus DC.

SIMODRIVE 611 là hệ thống truyền động servo chính của Siemens cho máy công cụ CNC SINUMERIK từ giữa những năm 1990 đến những năm 2000, và nó vẫn còn hoạt động với số lượng lớn trên các trung tâm gia công, máy tiện, máy mài và dây chuyền sản xuất trên toàn cầu.

Khi mô-đun nạp bị lỗi — thường do suy giảm tụ điện, hỏng đi-ốt chỉnh lưu hoặc các vấn đề về bo mạch điều khiển sau nhiều năm hoạt động — toàn bộ tủ truyền động sẽ mất nguồn cấp bus DC, và mọi trục trên máy sẽ dừng.

Mô-đun nạp là một trong những điểm lỗi đơn lẻ quan trọng nhất trong hệ thống SIMODRIVE 611, và việc duy trì một bộ phận dự phòng đáng tin cậy là thông lệ tiêu chuẩn cho người vận hành máy.

Chỉ định không điều chỉnh phân biệt mô-đun này với các biến thể nạp có điều chỉnh.

Trong mô-đun nạp có điều chỉnh (như dòng 6SN1145), các mạch điều khiển chủ động điều chỉnh điện áp bus DC về một giá trị ổn định bất kể sự thay đổi nguồn cấp đầu vào, và cho phép tái tạo năng lượng trở lại lưới điện khi các trục servo đang phanh (năng lượng động học của các trục máy giảm tốc được trả lại lưới thay vì tiêu tán dưới dạng nhiệt trong các điện trở phanh).

Mô-đun nạp không điều chỉnh 6SN1146 chuyển đổi AC sang DC thông qua bộ chỉnh lưu đi-ốt thụ động — phần cứng đơn giản hơn, mạnh mẽ hơn với ít thành phần hơn, nhưng điện áp bus DC thay đổi theo điện áp nguồn AC đầu vào và không thể tái tạo năng lượng; năng lượng phanh phải được tiêu tán trong các điện trở xung.

Thông số kỹ thuật chính

Bus DC Link — Nguồn cấp cho Mô-đun Nạp

Bus DC Link (Zwischenkreis) là bus DC điện áp cao chạy ngang qua tủ SIMODRIVE 611, kết nối mô-đun nạp ở bên trái với tất cả các mô-đun trục ở bên phải. Trong một tủ SIMODRIVE 611 được trang bị đầy đủ, điều này có thể có nghĩa là bốn đến tám mô-đun trục, mỗi mô-đun quản lý một hoặc hai trục servo, tất cả đều lấy năng lượng từ cùng một bus DC Link.

Nhiệm vụ của mô-đun nạp là duy trì điện áp đầy đủ và dòng điện có sẵn trên bus này để mọi mô-đun trục có đủ năng lượng cho chuyển động được lệnh của nó.

Ở trạng thái ổn định — khi các trục máy không tăng tốc — các mô-đun trục chỉ tiêu thụ năng lượng cần thiết để giữ vị trí chống lại ma sát, duy trì vận tốc chống lại lực cắt của dụng cụ và cấp nguồn cho các mạch điện tử điều khiển của trục.

Nhu cầu dòng điện trên bus DC Link thấp. Trong quá trình tăng tốc di chuyển nhanh — khi tất cả các trục đồng thời tăng tốc đến tốc độ di chuyển nhanh tối đa của chúng — nhu cầu công suất đỉnh trên bus DC Link tăng đột biến. 

Định mức công suất đỉnh 10kW của 6SN1146-1AB00-0BA1 xác định khả năng của mô-đun trong việc cung cấp các nhu cầu đỉnh ngắn hạn này từ bộ tụ điện bus DC Link (lên đến 1200µF) mà không làm sụt giảm điện áp bus DC xuống dưới điện áp hoạt động tối thiểu của các mô-đun trục.

Định mức công suất liên tục 5kW xác định công suất trung bình mà mô-đun nạp có thể duy trì vô thời hạn — phù hợp cho các cài đặt SIMODRIVE 611 nơi các trục tổng cộng yêu cầu không quá 5kW công suất đầu vào liên tục.

Đối với các máy có tải gia công liên tục nặng hơn, các mô-đun nạp lớn hơn (các biến thể 6SN1145 hoặc 6SN1146 có định mức cao hơn) cung cấp định mức liên tục cao hơn.

Tùy chọn làm mát — Trong và ngoài

6SN1146-1AB00-0BA1 hỗ trợ cả làm mát trong và ngoài, mang lại sự linh hoạt cho các nhà sản xuất máy và kỹ sư dịch vụ về cách lắp đặt mô-đun:

Làm mát trong sử dụng quạt gắn bên trong mô-đun để hút không khí qua các cánh tản nhiệt trên bề mặt trước hoặc sau của mô-đun. Đây là phương pháp lắp đặt mặc định — quạt được tích hợp trong chiều rộng mô-đun 50mm và không yêu cầu cơ sở hạ tầng làm mát bên ngoài.

Quạt làm mát bên trong yêu cầu luồng không khí đầy đủ qua tủ SIMODRIVE 611 — thường với một bộ phận quạt tủ ở dưới cùng hút không khí mát vào và thải không khí nóng ra ở trên cùng.

Làm mát ngoài lắp bộ tản nhiệt bán dẫn công suất của mô-đun ở bên ngoài tủ điều khiển — thường thông qua một lỗ cắt ở mặt sau tủ.

Bộ tản nhiệt mở rộng ra bên ngoài tủ nơi nó tản nhiệt trực tiếp ra không khí xung quanh bên ngoài tủ (hoặc ra tấm làm mát kết nối với mạch làm mát bằng chất lỏng). 

Cấu hình này giữ nhiệt sinh ra bởi các mạch chỉnh lưu của mô-đun nạp bên ngoài tủ điều khiển, giảm sự gia tăng nhiệt độ bên trong tủ và giảm hoặc loại bỏ nhu cầu về hệ thống điều hòa không khí cho tủ. 

Làm mát ngoài được ưu tiên trong các cài đặt nơi nhiệt độ môi trường xung quanh tủ ở mức giới hạn, hoặc nơi tổng tải nhiệt từ nhiều mô-đun truyền động nếu không sẽ yêu cầu một bộ điều hòa không khí tủ lớn và tốn kém.

Hiệu suất 98% — Luồng năng lượng trong tủ truyền động

Con số hiệu suất 98% của 6SN1146-1AB00-0BA1 mô tả mức độ hiệu quả của mô-đun trong việc chuyển đổi công suất đầu vào AC thành công suất bus DC. Ở công suất đầu ra liên tục 5kW, 2% công suất đầu vào bị tiêu tán dưới dạng nhiệt bên trong mô-đun — khoảng 100W.

100W này làm nóng các thành phần bên trong mô-đun và không khí xung quanh tủ, và phải được hệ thống làm mát loại bỏ.

Ở công suất đỉnh 10kW, sự tiêu tán nhiệt tăng lên khoảng 200W trong suốt thời gian đỉnh — đủ ngắn để khối lượng nhiệt của mô-đun hấp thụ sự thay đổi tạm thời mà không làm nhiệt độ vượt quá giới hạn an toàn.

Hiệu suất 98% phản ánh điện áp rơi thuận thấp của các đi-ốt chỉnh lưu (thường là đi-ốt Schottky hoặc đi-ốt phục hồi siêu nhanh trong các bộ chỉnh lưu truyền động hiện đại) và sự vắng mặt của mạch điều chỉnh chủ động có thể gây ra tổn thất bổ sung.

Một mô-đun nạp có điều chỉnh chủ động điều khiển điện áp bus DC thông qua bộ chuyển đổi chuyển mạch sẽ có hiệu suất thấp hơn một chút do tổn thất chuyển mạch ở giai đoạn điều chỉnh chủ động.

Câu hỏi thường gặp

Q1: Sự khác biệt giữa mô-đun nạp 6SN1146 (không điều chỉnh) và 6SN1145 (có điều chỉnh) là gì, và khi nào thì mỗi loại phù hợp?

Mô-đun nạp có điều chỉnh 6SN1145 chứa bộ chỉnh lưu front-end chủ động (AFE) sử dụng chuyển mạch IGBT để điều chỉnh chính xác điện áp bus DC và cho phép tái tạo năng lượng về lưới điện khi các truyền động phanh.

Điều này loại bỏ các điện trở xung (điện trở phanh) và trả năng lượng phanh về lưới, giảm chi phí vận hành và nhiệt trong tủ. Mô-đun nạp không điều chỉnh 6SN1146 sử dụng bộ chỉnh lưu đi-ốt thụ động — không có điều khiển chủ động, không tái tạo năng lượng — và yêu cầu điện trở xung để hấp thụ năng lượng phanh.

Mô-đun không điều chỉnh đơn giản hơn, mạnh mẽ hơn và chi phí ban đầu thấp hơn. Đối với máy công cụ có yêu cầu phanh nhẹ (trục di chuyển ngắn, quán tính thấp), mô-đun nạp không điều chỉnh là hoàn toàn phù hợp.

Đối với trục chính quán tính cao hoặc các trục có phanh tái tạo thường xuyên (trung tâm gia công lớn, máy tiện hạng nặng), khả năng tái tạo năng lượng của mô-đun có điều chỉnh mang lại lợi ích đáng kể về năng lượng và chi phí.

Q2: 6SN1146-1AB00-0BA1 có thể cấp nguồn cho các mô-đun trục SIMODRIVE 611 cho cả trục tuyến tính và trục chính cùng lúc không?

Có. Bus DC Link của SIMODRIVE 611 được chia sẻ bởi tất cả các mô-đun — cả mô-đun trục cấp liệu và mô-đun trục chính đều lấy năng lượng từ cùng một bus mà mô-đun nạp cung cấp.

Mô-đun nạp không phân biệt loại trục; nó duy trì điện áp bus DC và cung cấp bất kỳ dòng điện nào mà các mô-đun được kết nối yêu cầu, lên đến định mức đỉnh. 

Định mức liên tục và đỉnh của mô-đun nạp phải được tính toán dựa trên tổng nhu cầu công suất của tất cả các mô-đun trục và trục chính được kết nối trong chu kỳ làm việc xấu nhất cho ứng dụng máy cụ thể.

Q3: Mô-đun được định mức nhiệt độ hoạt động từ 0°C đến +45°C. Điều gì xảy ra nếu nhiệt độ môi trường xung quanh tủ vượt quá 45°C?

Hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh trên +45°C yêu cầu giảm định mức công suất liên tục của mô-đun nạp — hệ thống làm mát của mô-đun không thể duy trì nhiệt độ các thành phần bên trong trong giới hạn an toàn ở công suất tối đa khi nhiệt độ môi trường xung quanh vượt quá giới hạn thiết kế.

Trong thực tế, các tủ truyền động SIMODRIVE 611 có thông gió đầy đủ hoặc điều hòa không khí hiếm khi vượt quá +45°C bên trong trừ khi cửa tủ bị mở trong môi trường nóng hoặc hệ thống thông gió của tủ không đủ.

Nếu nhiệt độ môi trường xung quanh tủ liên tục tiến gần hoặc vượt quá +45°C, nên triển khai làm mát ngoài (đã mô tả ở trên) hoặc làm mát bổ sung cho tủ để duy trì hoạt động đáng tin cậy.

Q4: Mô-đun đã ngừng sản xuất. Các bộ phận thay thế và sửa chữa có còn sẵn không?

6SN1146-1AB00-0BA1 đã bị Siemens OEM ngừng sản xuất vào khoảng năm 2015. Tuy nhiên, cơ sở lắp đặt của các máy SIMODRIVE 611 vẫn còn rất lớn, và thị trường phụ tùng đã qua sử dụng và sửa chữa công nghiệp cung cấp khả năng tiếp cận đáng tin cậy với mô-đun này.

Các cơ sở sửa chữa điện tử công nghiệp uy tín có thể tân trang các bộ phận bị lỗi — thay thế các tụ điện bus DC (lỗi phổ biến do lão hóa), kiểm tra các đi-ốt chỉnh lưu và phục hồi bo mạch điều khiển.

Các bộ phận đã tân trang có bảo hành từ các cơ sở sửa chữa SIMODRIVE chuyên dụng là một giải pháp bảo trì thực tế và hiệu quả về chi phí cho các máy mà việc nâng cấp toàn bộ hệ thống truyền động (lên SINAMICS S120) không được chứng minh là cần thiết.

Q5: Cần sử dụng điện trở xung (điện trở phanh) nào với mô-đun nạp không điều chỉnh này?

6SN1146-1AB00-0BA1 không bao gồm điện trở xung — điện trở xung là một mô-đun riêng biệt trong hệ thống SIMODRIVE 611.

Điện trở xung phù hợp được chọn dựa trên tổng năng lượng phanh và công suất phanh đỉnh của các mô-đun trục được kết nối. Tài liệu cấu hình truyền động SIMODRIVE 611 của Siemens cung cấp các bảng lựa chọn tương quan định mức mô-đun nạp, kích thước động cơ trục được kết nối và số catalog mô-đun điện trở xung phù hợp.

Mô-đun điện trở xung kết nối với bus DC Link trong cùng tủ và hấp thụ năng lượng phanh từ tất cả các mô-đun trục được kết nối khi chúng giảm tốc.