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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同步電機(jī)的應(yīng)用

時(shí)間：2022-12-20    作者：津信變頻    點(diǎn)擊：次
引言：隨著生產(chǎn)速度和精度的提高，越來越多的設(shè)備需要使用伺服驅(qū)動(dòng)。丹佛斯公司針對驅(qū)動(dòng)應(yīng)用開發(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，常見的有旋轉(zhuǎn)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(nèi)目前使用較少，因此需要對其具體應(yīng)用方法作詳細(xì)介紹。

一、HIPERFACE編碼器工作原理
HIPERFACE編碼器是一種串行絕對位置和正余弦模擬量信號混合編碼器，內(nèi)部原理框圖見圖1。
 
 
 
編碼器有每轉(zhuǎn)2n周期的正、余弦模擬量信號輸出，又有RS485通訊絕對位置數(shù)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(jīng)比較器整形以后變成A、B相增量脈沖信號，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，作絕對位置解碼用，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)換向位置檢測和高精度角度位置的檢測的問題。上電初始，驅(qū)動(dòng)器先通過RS485串行接口讀出當(dāng)前的絕對角度位置；然后根據(jù)增量脈沖信號獲取當(dāng)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(shí)，信號頻率即使在很高的轉(zhuǎn)速下依然保持在相對較低的水平，因而能傳輸較遠(yuǎn)的距離。
 
二、接線：
丹佛斯編碼器選件卡MCB102支持長線驅(qū)動(dòng)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(dāng)接HIPERFACE接口編碼器時(shí)，接線圖如圖2所示。





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 參數(shù)名稱 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)
     
 

  1.  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，還有自己的特有參數(shù)：1000rpm時(shí)感應(yīng)電勢和d軸電感。
  查閱電機(jī)說明書，得到電機(jī)參數(shù)表1：


    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：
 
查電機(jī)參數(shù)表2得到電機(jī)1000rpm時(shí)感應(yīng)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(nèi)電機(jī)參數(shù)設(shè)置如下：
參數(shù)號 參數(shù)名稱 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
     
 
  1.  編碼器參數(shù)：
 查閱編碼器說明書，得到編碼器參數(shù)表：



參數(shù)號 參數(shù)名稱 設(shè)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(xié)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(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，由于廠家安裝的原因，絕對編碼器反饋的位置與電機(jī)轉(zhuǎn)子的零位存在相位差，所以需要通過調(diào)試測得此相位差。丹佛斯FC302驅(qū)動(dòng)器測試此相位差的具體調(diào)試步驟如下：
 
 
 
 
 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)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(gè)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(gè)接主機(jī)編碼器信號，另一個(gè)接本機(jī)編碼器信號。當(dāng)本機(jī)編碼器信號來自選件卡MCB102時(shí)，需要設(shè)置以下參數(shù)：
參數(shù)號 參數(shù)名稱 設(shè)定值
32-50 從機(jī)反饋來源 [3]  電機(jī)控制反饋來源（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，完全滿足用戶的要求。

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