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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：
          2. 

        

        
	
		
        
			
				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：
          2. 

        
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：
          2. 

        
 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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