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丹佛斯變頻器FC302驅動器驅動HIPERFACE編碼器反饋的伺服永磁同步電機的應用

時間：2022-12-20    作者：津信變頻    點擊：次
引言：隨著生產速度和精度的提高，越來越多的設備需要使用伺服驅動。丹佛斯公司針對驅動應用開發了高性能的FC302系列伺服驅動器，適用于各種伺服永磁同步電機。伺服永磁同步電機有各種位置反饋裝置，常見的有旋轉變壓器，EnDat絕對位置編碼器，SSI絕對位置編碼器等。Hiperface編碼器也是一種常見的高精度編碼器，但是國內目前使用較少，因此需要對其具體應用方法作詳細介紹。

一、HIPERFACE編碼器工作原理
HIPERFACE編碼器是一種串行絕對位置和正余弦模擬量信號混合編碼器，內部原理框圖見圖1。
 
 
 
編碼器有每轉2n周期的正、余弦模擬量信號輸出，又有RS485通訊絕對位置數字量信號輸出。正、余弦模擬量信號送入編碼器選件卡以后，又被分為兩路。一路經比較器整形以后變成A、B相增量脈沖信號，送入計數器，如同普通的增量編碼器；另一路放大后送入A/D轉換器，作絕對位置解碼用，如同普通的旋轉變壓器。RS485串行通信接口默認通信速率為9600Bd。
HIPERFACE編碼器同時解決了轉速、永磁同步電機換向位置檢測和高精度角度位置的檢測的問題。上電初始，驅動器先通過RS485串行接口讀出當前的絕對角度位置；然后根據增量脈沖信號獲取當前位置；高精度的正、余弦模擬量信號能提供極高精度的位置信息；而與此同時，信號頻率即使在很高的轉速下依然保持在相對較低的水平，因而能傳輸較遠的距離。
 
二、接線：
丹佛斯編碼器選件卡MCB102支持長線驅動增量形編碼器、EnDat絕對位置編碼器、SSI絕對位置編碼器和HIPERFACE接口編碼器。當接HIPERFACE接口編碼器時，接線圖如圖2所示。





三、驅動器參數設置：
    以下以FC302驅動施耐德伺服永磁同步電機BSH1002M11F2A（SKS360 HIPERFACE編碼器反饋）為例，說明驅動器的參數設置辦法。FC302驅動器加裝了MCB102編碼器反饋選件卡和MCO305運動控制選件卡。
  1.  控制方式和電機選擇：
參數號 參數名稱 設定值
1-00 控制方式 [1] 閉環轉速控制
或 [2] 轉矩控制（帶轉速反饋）
1-01 電機控制原理 [3] 磁通矢量帶反饋
1-02 電機磁通矢量控制反饋源 [2] MCB102
1-10 電動機選擇 [1] 隱極永磁同步電機
     
 

  1.  永磁同步電機的電機參數：
永磁同步電機參數除了電機額定電流、額定轉速、額定轉矩、電機極數、定子電阻之外，還有自己的特有參數：1000rpm時感應電勢和d軸電感。
  查閱電機說明書，得到電機參數表1：


    380V驅動器內部直流電壓約530V，考慮20%欲量，應選擇400Vdc選此組電機額定參數，因此得到電機額定電流2.30A、額定轉速2000rpm、額定轉矩5.20Nm和電機極數8極。
  
電機參數表2：
 
查電機參數表2得到電機1000rpm時感應電勢146V；R20U-V為8.6Ω，換算為丹佛斯的“定子電阻”，需要除2；LdU-V為43.20mH，換算為丹佛斯的d軸電感需要除。
變頻器內電機參數設置如下：
參數號 參數名稱 設定值
1-24 電機額定電流 2.30   A
1-25 電機額定轉速 2000  rpm
1-26 電機額定轉矩 5.20   Nm
1-30 定子電阻 4.3   Ω
1-37 d軸電感 24.94  mH
1-39 電機極數 8     極
     
 
  1.  編碼器參數：
 查閱編碼器說明書，得到編碼器參數表：



參數號 參數名稱 設定值
17-10 增量信號類型 [2]  正弦1Vpp
17-11 增量脈沖分辨率 128  ppr
17-20 絕對協議選擇 [1]  HIPERFACE
17-21 絕對編碼器分辨率 4096  ppr
17-34 HIPERFACE波特率 [4]  9600

四、轉子磁極位置偏差校準辦法：永磁同步電機的矢量控制需要知道電機轉子的確切角度位置，由于廠家安裝的原因，絕對編碼器反饋的位置與電機轉子的零位存在相位差，所以需要通過調試測得此相位差。丹佛斯FC302驅動器測試此相位差的具體調試步驟如下：
 
 
 
 
 五、位置控制方法：
丹佛斯運動控制卡MCO305具有多種運動控制功能，可以實現絕對或相對位置定位，角度或速度同步控制，電子凸輪控制等功能。MCO305本體有兩個編碼器輸入接口，支持增量或SSI多圈絕對位置編碼器。其中一個接主機編碼器信號，另一個接本機編碼器信號。當本機編碼器信號來自選件卡MCB102時，需要設置以下參數：
參數號 參數名稱 設定值
32-50 從機反饋來源 [3]  電機控制反饋來源（MCB102）
32-01 編碼器分辨率 1024  ppr
現在電機每轉一圈，當前位置就會增加4096
     

六、運行效果：
電機空載運行時電流只有約0.06A，定位響應很快，完全滿足用戶的要求。

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