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丹佛斯變頻器FC302驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)HIPERFACE編碼器反饋的伺服永磁

閱讀：236發(fā)布時(shí)間：2011-5-5

同步電機(jī)的應(yīng)用

The Application of Danfoss FC300 Driving Permanent Magnetic Synchronous Servo Motor with HIPERFACE Interface Encoder feedback

摘要：丹佛斯FC300驅(qū)動(dòng)器是高性能的伺服驅(qū)動(dòng)器，加裝各種編碼器選件卡以后可以驅(qū)動(dòng)各種伺服永磁同步電機(jī)。本文就丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)帶HIPERFACE編碼器反饋的伺服永磁同步電機(jī)的應(yīng)用加以詳細(xì)論述。

關(guān)鍵詞：伺服永磁同步電機(jī) HIPERFACE

Abstract: Danfoss FC302 series driver is a high performance servo driver. It has all kinds of motor feedback option card to adapt all kinds of permanent magnetic synchronous servo motor. The thesis describe the application of FC302 driving HIPERFACE encoder feedback permanent magnetic servo motor.

Keywords: Permanent-Magnetic-Synchronous-Servo-Motor HIPERFACE-Encoder

引言：隨著生產(chǎn)速度和精度的提高，越來(lái)越多的設(shè)備需要使用伺服驅(qū)動(dòng)。丹佛斯公司針對(duì)驅(qū)動(dòng)應(yīng)用開(kāi)發(fā)了高性能的FC302系列伺服驅(qū)動(dòng)器，適用于各種伺服永磁同步電機(jī)。伺服永磁同步電機(jī)有各種位置反饋裝置，常見(jiàn)的有旋轉(zhuǎn)變壓器，EnDat位置編碼器，SSI位置編碼器等。Hiperface編碼器也是一種常見(jiàn)的高精度編碼器，但是國(guó)內(nèi)目前使用較少，因此需要對(duì)其具體應(yīng)用方法作詳細(xì)介紹。

一、 HIPERFACE編碼器工作原理

HIPERFACE編碼器是一種串行位置和正余弦模擬量信號(hào)混合編碼器，內(nèi)部原理框圖見(jiàn)圖1。

圖1，HIPERFACE編碼器內(nèi)部邏輯框圖

編碼器有每轉(zhuǎn)2ⁿ周期的正、余弦模擬量信號(hào)輸出，又有RS485通訊位置數(shù)字量信號(hào)輸出。正、余弦模擬量信號(hào)送入編碼器選件卡以后，又被分為兩路。一路經(jīng)比較器整形以后變成A、B相增量脈沖信號(hào)，送入計(jì)數(shù)器，如同普通的增量編碼器；另一路放大后送入A/D轉(zhuǎn)換器，作位置解碼用，如同普通的旋轉(zhuǎn)變壓器。RS485串行通信接口默認(rèn)通信速率為9600Bd。

HIPERFACE編碼器同時(shí)解決了轉(zhuǎn)速、永磁同步電機(jī)換向位置檢測(cè)和高精度角度位置的檢測(cè)的問(wèn)題。上電初始，驅(qū)動(dòng)器先通過(guò)RS485串行接口讀出當(dāng)前的角度位置；然后根據(jù)增量脈沖信號(hào)獲取當(dāng)前位置；高精度的正、余弦模擬量信號(hào)能提供*精度的位置信息；而與此同時(shí)，信號(hào)頻率即使在很高的轉(zhuǎn)速下依然保持在相對(duì)較低的水平，因而能傳輸較遠(yuǎn)的距離。

二、 接線(xiàn)：

丹佛斯編碼器選件卡MCB102支持長(zhǎng)線(xiàn)驅(qū)動(dòng)增量形編碼器、EnDat位置編碼器、SSI位置編碼器和HIPERFACE接口編碼器。當(dāng)接HIPERFACE接口編碼器時(shí)，接線(xiàn)圖如圖2所示。

端子號(hào)	名稱(chēng)	線(xiàn)顏色
2	電源（7-12V）	紅
4	電源地	藍(lán)
5	+COS	粉紅
6	COS參考地	黑
7	+SIN	白
8	SIN參考地	棕
9	RS485+	灰
10	RS485-	綠

圖2，HIPERFACE編碼器接線(xiàn)圖

三、 驅(qū)動(dòng)器參數(shù)設(shè)置：

以下以FC302驅(qū)動(dòng)施耐德伺服永磁同步電機(jī)BSH1002M11F2A（SKS360 HIPERFACE編碼器反饋）為例，說(shuō)明驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)設(shè)置辦法。FC302驅(qū)動(dòng)器加裝了MCB102編碼器反饋選件卡和MCO305運(yùn)動(dòng)控制選件卡。

1. 控制方式和電機(jī)選擇：

參數(shù)號(hào)	參數(shù)名稱(chēng)	設(shè)定值
1-00	控制方式	[1] 閉環(huán)轉(zhuǎn)速控制或 [2] 轉(zhuǎn)矩控制（帶轉(zhuǎn)速反饋）
1-01	電機(jī)控制原理	[3] 磁通矢量帶反饋
1-02	電機(jī)磁通矢量控制反饋源	[2] MCB102
1-10	電動(dòng)機(jī)選擇	[1] 隱極永磁同步電機(jī)

2. 永磁同步電機(jī)的電機(jī)參數(shù)：

永磁同步電機(jī)參數(shù)除了電機(jī)額定電流、額定轉(zhuǎn)速、額定轉(zhuǎn)矩、電機(jī)極數(shù)、定子電阻之外，還有自己的*參數(shù)：1000rpm時(shí)感應(yīng)電勢(shì)和d軸電感。

查閱電機(jī)說(shuō)明書(shū)，得到電機(jī)參數(shù)表1：

選擇此組電

機(jī)額定參數(shù)

4對(duì)極，

8極電機(jī)

380V驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部直流電壓約530V，考慮20%欲量，應(yīng)選擇400Vdc選此組電機(jī)額定參數(shù)，因此得到電機(jī)額定電流2.30A、額定轉(zhuǎn)速2000rpm、額定轉(zhuǎn)矩5.20Nm和電機(jī)極數(shù)8極。

電機(jī)參數(shù)表2：

電機(jī)參數(shù)

查電機(jī)參數(shù)表2得到電機(jī)1000rpm時(shí)感應(yīng)電勢(shì)146V；R₂₀U-V為8.6Ω，換算為丹佛斯的“定子電阻”，需要除2；L_dU-V為43.20mH，換算為丹佛斯的d軸電感需要除。

變頻器內(nèi)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：

參數(shù)號(hào)	參數(shù)名稱(chēng)	設(shè)定值
1-24	電機(jī)額定電流	2.30 A
1-25	電機(jī)額定轉(zhuǎn)速	2000 rpm
1-26	電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩	5.20 Nm
1-30	定子電阻	4.3 Ω
1-37	d軸電感	24.94 mH
1-39	電機(jī)極數(shù)	8 極

3. 編碼器參數(shù)：

查閱編碼器說(shuō)明書(shū)，得到編碼器參數(shù)表：

增量脈沖分辨率

編碼器分辨率

參數(shù)號(hào)	參數(shù)名稱(chēng)	設(shè)定值
17-10	增量信號(hào)類(lèi)型	[2] 正弦1Vpp
17-11	增量脈沖分辨率	128 ppr
17-20	協(xié)議選擇	[1] HIPERFACE
17-21	編碼器分辨率	4096 ppr
17-34	HIPERFACE波特率	[4] 9600

四、 轉(zhuǎn)子磁極位置偏差校準(zhǔn)辦法：

永磁同步電機(jī)的矢量控制需要知道電機(jī)轉(zhuǎn)子的確切角度位置，由于廠(chǎng)家安裝的原因，編碼器反饋的位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子的零位存在相位差，所以需要通過(guò)調(diào)試測(cè)得此相位差。丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器測(cè)試此相位差的具體調(diào)試步驟如下：

編碼器斷開(kāi)，這可以通過(guò)設(shè)置電機(jī)反饋源 [P 1-02] 為24 V encoder.
（此時(shí)其實(shí)沒(méi)有24V編碼器連接）.

STEP 1

首先設(shè)定好上述基本電機(jī)和編碼器參數(shù)

面板上顯示電機(jī)角度

STEP 2

[P 0-21 或 22] = [1620] 電機(jī)角度

STEP 3

確認(rèn)顯示電機(jī)角度為0。

STEP 4

設(shè)置啟動(dòng)延時(shí), [P 1-71] 為10 秒。

STEP 5

設(shè)置啟動(dòng)功能, [P 1-72] 為直流夾持 [2] DC-hold

STEP 6

電機(jī)空載，觀察電機(jī)軸，啟動(dòng)變頻器，10秒內(nèi)必須停機(jī)

STEP 7

電機(jī)轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)到電機(jī)0位，用手轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，重復(fù)STEP 6多次，可以看到電機(jī)

由于有幾對(duì)極，會(huì)有幾個(gè)零位。確認(rèn)其中一個(gè)零位就可以了。

注意：是電機(jī)軸（裝編碼器的），不是經(jīng)過(guò)減速機(jī)以后的機(jī)械軸。

電機(jī)軸現(xiàn)在處于0位，不要轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)

STEP 8

恢復(fù)參數(shù)，[P1-02]=[2]和[P1-71]=0

STEP 9

查看面板上顯示的電機(jī)角度。（0-65535對(duì)應(yīng)于0-360度）

STEP

調(diào)節(jié)電機(jī)角度偏置 [P 1-41] 直到面板上顯示電機(jī)角度為0。

- 假如顯示電機(jī)角度 >= 32268 ,調(diào)節(jié) [P 1-41] = 65535 - 顯示的角度

- 假如顯示電機(jī)角度 < 32768 ,調(diào)整 [P 1-41] = - 顯示角度

現(xiàn)在電機(jī)可以運(yùn)行了

五、 位置控制方法：

丹佛斯運(yùn)動(dòng)控制卡MCO305具有多種運(yùn)動(dòng)控制功能，可以實(shí)現(xiàn)或相對(duì)位置定位，角度或速度同步控制，電子凸輪控制等功能。MCO305本體有兩個(gè)編碼器輸入接口，支持增量或SSI多圈位置編碼器。其中一個(gè)接主機(jī)編碼器信號(hào)，另一個(gè)接本機(jī)編碼器信號(hào)。當(dāng)本機(jī)編碼器信號(hào)來(lái)自選件卡MCB102時(shí)，需要設(shè)置以下參數(shù)：

參數(shù)號(hào)	參數(shù)名稱(chēng)	設(shè)定值
32-50	從機(jī)反饋來(lái)源	[3] 電機(jī)控制反饋來(lái)源（MCB102）
32-01	編碼器分辨率	1024 ppr 現(xiàn)在電機(jī)每轉(zhuǎn)一圈，當(dāng)前位置就會(huì)增加4096

六、 運(yùn)行效果：

電機(jī)空載運(yùn)行時(shí)電流只有約0.06A，定位響應(yīng)很快，*用戶(hù)的要求。

參考文獻(xiàn)

[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss

[2] MCO305 Design Guide. MG33L502. Danfoss

[3] BSH Servo Motor manual. V2.00. 2010.06. Schneider Electric

[4] SKS36 SKM36 Data Sheet. 2010.10. SICK STEGMANN

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