Δοκιμαστική μονάδα 6SN1146-1AB00-0BA1

Siemens 6SN1146-1AB00-0BA1 | SIMODRIVE 611 Ενότητα Εισόδου Τροφοδοσίας — 5/10kW Μη Ρυθμιζόμενη, Είσοδος 380–480VAC, Έξοδος DC Link, Εσωτερική/Εξωτερική Ψύξη, 98% Απόδοση, 6.5kg

Επισκόπηση

Η Siemens 6SN1146-1AB00-0BA1 είναι η μη ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας 5/10kW για το σύστημα κίνησης SIMODRIVE 611 — η ενότητα που μετατρέπει το τριφασικό εναλλασσόμενο ρεύμα δικτύου στην τάση του DC bus που όλες οι ενότητες άξονα και οι ενότητες ατράκτου SIMODRIVE 611 αντλούν την ενέργειά τους.

Σε ένα ντουλάπι κίνησης πολλαπλών αξόνων SIMODRIVE 611, η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας είναι η πύλη ισχύος: οτιδήποτε βρίσκεται δεξιά της στον δίαυλο DC link — οι ενότητες άξονα τροφοδοσίας που οδηγούν τους άξονες X, Y, Z και η ενότητα ατράκτου — αντλεί την ενέργειά του μέσω του ανορθωτή της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας και της τράπεζας πυκνωτών του DC link.

Το SIMODRIVE 611 ήταν το κύριο σύστημα σερβοκίνησης της Siemens για εργαλειομηχανές CNC SINUMERIK από τα μέσα της δεκαετίας του 1990 έως τη δεκαετία του 2000, και εξακολουθεί να είναι ενεργό σε τεράστιο αριθμό εγκατεστημένων κέντρων κατεργασίας, τόρνων, μηχανών λείανσης και γραμμών παραγωγής σε παγκόσμια βιομηχανία.

Όταν η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας αποτυγχάνει — συνήθως λόγω υποβάθμισης πυκνωτών, βλάβης διόδων ανορθωτή ή προβλημάτων πλακέτας ελέγχου μετά από πολλά χρόνια λειτουργίας — ολόκληρο το ντουλάπι κίνησης χάνει την τροφοδοσία του DC link, και κάθε άξονας του μηχανήματος σταματά.

Η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας είναι ένα από τα πιο κρίσιμα σημεία ενιαίας αποτυχίας σε ένα σύστημα SIMODRIVE 611, και η διατήρηση ενός αξιόπιστου ανταλλακτικού είναι τυπική πρακτική για τους χειριστές μηχανών.

Ο μη ρυθμιζόμενος χαρακτηρισμός διακρίνει αυτήν την ενότητα από τις ρυθμιζόμενες παραλλαγές εισόδου τροφοδοσίας.

Σε μια ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας (όπως η σειρά 6SN1145), τα ενεργά κυκλώματα ελέγχου ρυθμίζουν την τάση του DC link σε μια σταθερή τιμή ανεξάρτητα από τη διακύμανση της τάσης εισόδου, και επιτρέπουν την ανάκτηση ενέργειας προς το δίκτυο όταν οι σερβο-άξονες φρενάρουν (η κινητική ενέργεια των αξόνων που επιβραδύνονται επιστρέφει στο δίκτυο αντί να διαχέεται ως θερμότητα σε αντιστάσεις φρεναρίσματος).

Η μη ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου 6SN1146 μετατρέπει το AC σε DC μέσω ενός παθητικού ανορθωτή διόδων — απλούστερο, πιο στιβαρό υλικό με λιγότερα εξαρτήματα, αλλά η τάση του DC link ποικίλλει με την τάση εισόδου AC και δεν είναι δυνατή η ανάκτηση ενέργειας. η ενέργεια φρεναρίσματος πρέπει να διαχέεται σε αντιστάσεις παλμών.

Βασικές Προδιαγραφές

Το DC Link — Τι Τροφοδοτεί η Ενότητα Εισόδου Τροφοδοσίας

Το DC link (Zwischenkreis) είναι ο δίαυλος DC υψηλής τάσης που διατρέχει οριζόντια το ντουλάπι SIMODRIVE 611, συνδέοντας την ενότητα εισόδου τροφοδοσίας στα αριστερά με όλες τις ενότητες άξονα στα δεξιά. Σε ένα πλήρως εξοπλισμένο ντουλάπι SIMODRIVE 611, αυτό μπορεί να σημαίνει τέσσερις έως οκτώ ενότητες άξονα, καθεμία από τις οποίες διαχειρίζεται έναν ή δύο σερβο-άξονες, όλοι αντλώντας από το ίδιο DC link.

Η δουλειά της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας είναι να διατηρεί επαρκή τάση και διαθέσιμο ρεύμα σε αυτόν τον δίαυλο, ώστε κάθε ενότητα άξονα να έχει την ενέργεια που χρειάζεται για την προγραμματισμένη κίνησή της.

Σε σταθερή κατάσταση — όταν οι άξονες του μηχανήματος δεν επιταχύνουν — οι ενότητες άξονα αντλούν μόνο την ενέργεια που χρειάζεται για να διατηρήσουν τη θέση έναντι της τριβής, να διατηρήσουν την ταχύτητα έναντι των δυνάμεων κοπής του εργαλείου και να τροφοδοτήσουν τα ηλεκτρονικά ελέγχου του άξονα.

Η ζήτηση ρεύματος στο DC link είναι χαμηλή. Κατά τη διάρκεια μιας γρήγορης επιτάχυνσης — όταν όλοι οι άξονες επιταχύνουν ταυτόχρονα στον μέγιστο ρυθμό γρήγορης τροφοδοσίας τους — η μέγιστη ζήτηση ισχύος στο DC link αυξάνεται απότομα. 

Η μέγιστη ονομαστική τιμή 10kW της 6SN1146-1AB00-0BA1 καθορίζει την ικανότητα της ενότητας να παρέχει αυτές τις σύντομες μέγιστες απαιτήσεις από την τράπεζα πυκνωτών του DC link (έως 1200µF) χωρίς η τάση του DC link να πέσει κάτω από την ελάχιστη τάση λειτουργίας των ενοτήτων άξονα.

Η συνεχής ονομαστική τιμή 5kW καθορίζει τη μέση ισχύ που μπορεί να διατηρήσει η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας επ' αόριστον — κατάλληλη για εγκαταστάσεις SIMODRIVE 611 όπου οι άξονες συλλογικά δεν απαιτούν περισσότερο από 5kW συνεχούς ισχύος εισόδου.

Για μηχανήματα με βαρύτερα συνεχή φορτία κατεργασίας, μεγαλύτερες ενότητες εισόδου τροφοδοσίας (παραλλαγές 6SN1145 ή υψηλότερης ονομαστικής τιμής 6SN1146) παρέχουν υψηλότερες συνεχείς ονομαστικές τιμές.

Επιλογές Ψύξης — Εσωτερική και Εξωτερική

Η 6SN1146-1AB00-0BA1 υποστηρίζει τόσο εσωτερική όσο και εξωτερική ψύξη, παρέχοντας ευελιξία στους κατασκευαστές μηχανημάτων και τους μηχανικούς σέρβις στον τρόπο εγκατάστασης της ενότητας:

Εσωτερική ψύξη χρησιμοποιεί έναν ανεμιστήρα τοποθετημένο μέσα στην ενότητα για να τραβάει αέρα μέσω των πτερυγίων ψύκτρας στην μπροστινή ή πίσω επιφάνεια της ενότητας. Αυτή είναι η προεπιλεγμένη προσέγγιση εγκατάστασης — ο ανεμιστήρας είναι αυτόνομος εντός του πλάτους των 50mm της ενότητας, και δεν απαιτείται εξωτερική υποδομή ψύξης.

Ο εσωτερικός ανεμιστήρας ψύξης απαιτεί επαρκή ροή αέρα μέσω του ντουλαπιού SIMODRIVE 611 — συνήθως με μια μονάδα ανεμιστήρα ντουλαπιού στο κάτω μέρος που τραβάει κρύο αέρα και εξαερίζει ζεστό αέρα από πάνω.

Εξωτερική ψύξη τοποθετεί την ψύκτρα των ημιαγωγών ισχύος της ενότητας στο εξωτερικό του ντουλαπιού ελέγχου — συνήθως μέσω μιας εγκοπής στο πίσω πάνελ του ντουλαπιού.

Η ψύκτρα εκτείνεται έξω από το ντουλάπι όπου διαχέει τη θερμότητά της απευθείας στον περιβάλλοντα αέρα έξω από το ντουλάπι (ή σε μια ψυχρή πλάκα συνδεδεμένη σε κύκλωμα υδρόψυξης). 

Αυτή η διάταξη διατηρεί τη θερμότητα που παράγεται από τα κυκλώματα ανορθωτή της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας έξω από το ντουλάπι ελέγχου, μειώνοντας την αύξηση της θερμοκρασίας εντός του ντουλαπιού και μειώνοντας ή εξαλείφοντας την ανάγκη για κλιματισμό ντουλαπιού. 

Η εξωτερική ψύξη προτιμάται σε εγκαταστάσεις όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος του ντουλαπιού είναι οριακή, ή όπου το συνολικό θερμικό φορτίο από πολλαπλές ενότητες κίνησης θα απαιτούσε διαφορετικά έναν μεγάλο και ακριβό κλιματισμό ντουλαπιού.

98% Απόδοση — Ροή Ενέργειας στο Ντουλάπι Κίνησης

Η τιμή απόδοσης 98% της 6SN1146-1AB00-0BA1 περιγράφει πόσο αποτελεσματικά η ενότητα μετατρέπει την ισχύ εισόδου AC σε ισχύ DC link. Στα 5kW συνεχούς εξόδου, το 2% της ισχύος εισόδου διαχέεται ως θερμότητα μέσα στην ενότητα — περίπου 100W.

Αυτά τα 100W θερμαίνουν τα εσωτερικά εξαρτήματα της ενότητας και τον περιβάλλοντα αέρα του ντουλαπιού, και πρέπει να αφαιρεθούν από το σύστημα ψύξης.

Στα 10kW μέγιστης ισχύος, η διάχυση θερμότητας αυξάνεται σε περίπου 200W για τη διάρκεια της μέγιστης ισχύος — αρκετά σύντομη ώστε η θερμική μάζα της ενότητας να απορροφά την παροδική αύξηση χωρίς η θερμοκρασία να υπερβαίνει τα ασφαλή όρια.

Η απόδοση 98% αντικατοπτρίζει τη χαμηλή πτώση τάσης των διόδων ανορθωτή (συνήθως δίοδοι Schottky ή υπερταχείας ανάκτησης σε σύγχρονους ανορθωτές κίνησης) και την απουσία κυκλωμάτων ενεργού ρύθμισης που θα εισήγαγαν πρόσθετες απώλειες.

Μια ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας που ελέγχει ενεργά την τάση του DC link μέσω μετατροπέων μεταγωγής θα έχει ελαφρώς χαμηλότερη απόδοση λόγω των απωλειών μεταγωγής στο στάδιο ενεργού ρύθμισης.

Συχνές Ερωτήσεις

Ε1: Ποια είναι η διαφορά μεταξύ των ενοτήτων εισόδου τροφοδοσίας 6SN1146 (μη ρυθμιζόμενη) και 6SN1145 (ρυθμιζόμενη), και πότε είναι κατάλληλη η καθεμία;

Η ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας 6SN1145 περιέχει έναν ανορθωτή ενεργού μετώπου (AFE) που χρησιμοποιεί μεταγωγή IGBT για να ρυθμίσει με ακρίβεια την τάση του DC link και να επιτρέψει την ανάκτηση ενέργειας προς το δίκτυο όταν οι κινήσεις φρενάρουν.

Αυτό εξαλείφει τις αντιστάσεις παλμών (αντιστάσεις φρεναρίσματος) και επιστρέφει την ενέργεια φρεναρίσματος στο δίκτυο, μειώνοντας το λειτουργικό κόστος και τη θερμότητα στο ντουλάπι. Η μη ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου 6SN1146 χρησιμοποιεί έναν παθητικό ανορθωτή διόδων — χωρίς ενεργό έλεγχο, χωρίς ανάκτηση ενέργειας — και απαιτεί αντιστάσεις παλμών για την απορρόφηση της ενέργειας φρεναρίσματος.

Η μη ρυθμιζόμενη ενότητα είναι απλούστερη, πιο στιβαρή και χαμηλότερου αρχικού κόστους. Για εργαλειομηχανές με ελαφρές απαιτήσεις φρεναρίσματος (άξονες μικρής διαδρομής, χαμηλή αδράνεια), η μη ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας είναι απολύτως επαρκής.

Για ατράκτους υψηλής αδράνειας ή άξονες με συχνό φρενάρισμα ανάκτησης (μεγάλα κέντρα κατεργασίας, βαρέως τύπου τόρνοι), η δυνατότητα ανάκτησης ενέργειας της ρυθμιζόμενης ενότητας εισόδου τροφοδοσίας παρέχει μετρήσιμη εξοικονόμηση ενέργειας και κόστους.

Ε2: Μπορεί η 6SN1146-1AB00-0BA1 να τροφοδοτήσει ενότητες άξονα SIMODRIVE 611 τόσο για γραμμικούς άξονες όσο και για την άτρακτο ταυτόχρονα;

Ναι. Ο δίαυλος DC link του SIMODRIVE 611 μοιράζεται από όλες τις ενότητες — οι ενότητες άξονα τροφοδοσίας και οι ενότητες ατράκτου αντλούν από τον ίδιο δίαυλο που τροφοδοτεί η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας.

Η ενότητα εισόδου τροφοδοσίας δεν κάνει διάκριση μεταξύ τύπου άξονα. διατηρεί την τάση του DC link και παρέχει όποιο ρεύμα ζητούν οι συνδεδεμένες ενότητες, έως τη μέγιστη ονομαστική τιμή. 

Οι συνεχείς και μέγιστες ονομαστικές τιμές της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας πρέπει να υπολογίζονται με βάση τη συνολική ζήτηση ισχύος όλων των συνδεδεμένων ενοτήτων άξονα και ατράκτου υπό τον χειρότερο κύκλο λειτουργίας για τη συγκεκριμένη εφαρμογή του μηχανήματος.

Ε3: Η ενότητα έχει ονομαστική θερμοκρασία λειτουργίας από 0°C έως +45°C. Τι συμβαίνει αν η θερμοκρασία περιβάλλοντος του ντουλαπιού υπερβεί τους 45°C;

Η λειτουργία πάνω από +45°C απαιτεί μείωση της συνεχούς ονομαστικής ισχύος της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας — το σύστημα ψύξης της ενότητας δεν μπορεί να διατηρήσει τις εσωτερικές θερμοκρασίες των εξαρτημάτων εντός ασφαλών ορίων σε πλήρη ισχύ όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι πάνω από το όριο σχεδιασμού.

Στην πράξη, τα ντουλάπια κίνησης SIMODRIVE 611 με επαρκή εξαερισμό ή κλιματισμό σπάνια υπερβαίνουν τους +45°C εσωτερικά, εκτός αν η πόρτα του ντουλαπιού παραμένει ανοιχτή σε ζεστό περιβάλλον ή ο εξαερισμός του ντουλαπιού είναι ανεπαρκής.

Εάν η θερμοκρασία περιβάλλοντος του ντουλαπιού πλησιάζει ή υπερβαίνει σταθερά τους +45°C, θα πρέπει να εφαρμοστεί εξωτερική ψύξη (όπως περιγράφεται παραπάνω) ή συμπληρωματική ψύξη ντουλαπιού για τη διατήρηση αξιόπιστης λειτουργίας.

Ε4: Η ενότητα έχει διακοπεί η παραγωγή της. Είναι ακόμη διαθέσιμες μονάδες αντικατάστασης και επισκευές;

Η 6SN1146-1AB00-0BA1 διακόπηκε από την παραγωγή OEM της Siemens περίπου το 2015. Ωστόσο, η εγκατεστημένη βάση μηχανών SIMODRIVE 611 παραμένει εκτεταμένη, και η αγορά βιομηχανικού πλεονάσματος και επισκευών παρέχει αξιόπιστη πρόσβαση σε αυτήν την ενότητα.

Αξιόπιστες εγκαταστάσεις επισκευής βιομηχανικών ηλεκτρονικών μπορούν να ανακατασκευάσουν αποτυχημένες μονάδες — αντικαθιστώντας τους πυκνωτές του DC link (η πιο συχνή βλάβη που σχετίζεται με την ηλικία), ελέγχοντας τις διόδους ανορθωτή και ανακατασκευάζοντας την πλακέτα ελέγχου.

Ανακατασκευασμένες μονάδες με εγγύηση από εξειδικευμένες εγκαταστάσεις επισκευής SIMODRIVE αποτελούν μια πρακτική και οικονομικά αποδοτική λύση συντήρησης για μηχανές όπου μια πλήρης αναβάθμιση του συστήματος κίνησης (σε SINAMICS S120) δεν δικαιολογείται.

Ε5: Ποια αντίσταση παλμών (αντίσταση φρεναρίσματος) απαιτείται με αυτήν τη μη ρυθμιζόμενη ενότητα εισόδου τροφοδοσίας;

Η 6SN1146-1AB00-0BA1 δεν περιλαμβάνει αντίσταση παλμών — η αντίσταση παλμών είναι μια ξεχωριστή ενότητα στο σύστημα SIMODRIVE 611.

Η κατάλληλη αντίσταση παλμών επιλέγεται με βάση τη συνολική ενέργεια φρεναρίσματος και τη μέγιστη ισχύ φρεναρίσματος των συνδεδεμένων ενοτήτων άξονα. Η τεκμηρίωση διαμόρφωσης κίνησης SIMODRIVE 611 της Siemens παρέχει πίνακες επιλογής που συσχετίζουν την ονομαστική τιμή της ενότητας εισόδου τροφοδοσίας, τα μεγέθη των συνδεδεμένων κινητήρων άξονα και τον κατάλληλο αριθμό καταλόγου της ενότητας αντίστασης παλμών.

Η ενότητα αντίστασης παλμών συνδέεται στον δίαυλο DC link στο ίδιο ντουλάπι και απορροφά την ενέργεια φρεναρίσματος από όλες τις συνδεδεμένες ενότητες άξονα όταν αυτές επιβραδύνουν.