The Application of Danfoss Drive & Fukuta Servo Motor in Cable Machineries
摘要：線纜設(shè)備用到大量電機(jī)和可調(diào)速驅(qū)動(dòng)器。隨著生產(chǎn)速度和控制精度要求的提高，對(duì)速度及速度同步的控制要求也越來(lái)越高。另外電纜收卷有轉(zhuǎn)矩控制的需求，他們都對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了越來(lái)越高的要求。本文謹(jǐn)以Danfoss驅(qū)動(dòng)器和富田伺服電機(jī)組成的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)在線纜設(shè)備上的應(yīng)用加以簡(jiǎn)單介紹。
關(guān)鍵詞：Danfoss 伺服電機(jī) 轉(zhuǎn)速精度 張力 線纜設(shè)備
Abstract: Electric wire & cable machineries used many electric machines & drivers. The request of the speed and speed synchronization precision to the driving system becoming more and more critical with the improving product speed and precision. The winding roll need tension control. They all request high performance driving system. The thesis describing the driving system composed by Danfoss driver and Fukuta servo motor used in cable machineries in brief.
Keywords: Danfoss Servo-motor Speed-precision Tension Cable-machineries
引言：異步電機(jī)在線纜行業(yè)已經(jīng)有多年應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以前多用于較小功率的牽引、跳舞輪位置控制收放卷等應(yīng)用場(chǎng)合。現(xiàn)在用異步電機(jī)替代直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)大功率的絞盤也漸成趨勢(shì)。另外用異步伺服電機(jī)加高性能變頻器直接控制大線纜收卷轉(zhuǎn)矩的方案也得到廣泛應(yīng)用。丹佛斯FC302系列驅(qū)動(dòng)器由于其優(yōu)異的控制性能，得到線纜行業(yè)一致好評(píng)。
一、 牽引的應(yīng)用：
電力線纜制造設(shè)備的牽引機(jī)一般功率較小，在22—30kW左右。主要控制性能指標(biāo)是轉(zhuǎn)速精度和平穩(wěn)度。選用Fukuta SF系列異步伺服電機(jī)SF-132LA或SF-160M。選用丹佛斯變頻器FC302P22K或FC302P30K。電機(jī)加裝24V推挽電壓輸出型的A/B相增量編碼器，變頻器無(wú)需加裝選件卡，就可以接收此編碼器信號(hào)，做高精度的轉(zhuǎn)速控制。轉(zhuǎn)速控制精度達(dá)±0.15轉(zhuǎn)/分。
二、 收卷轉(zhuǎn)矩控制：
收卷轉(zhuǎn)矩控制利用異步伺服電機(jī)的恒功率特性，可以達(dá)到理想的控制效果。下面以空卷卷徑600mm，滿卷卷徑1250mm的收卷盤為例，說(shuō)明電機(jī)應(yīng)該如何選型。
機(jī)械數(shù)據(jù)如下：
最大張力： Fmax = 1600 N
最高線速度：VLmax = 220 m/Min
最小卷徑： Dmin = 0.6 m
最大卷徑： Dmax = 1.25 m
減速比： i = 25
1. 卷徑最大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速NM = 1401 rpm，此時(shí)有：
電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩TMmax =
= 40 Nm
2. 卷徑最小時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)矩TM = 19.2 Nm，此時(shí)有：
電機(jī)最高轉(zhuǎn)速NMmax =
= 2918 rpm
卷徑從最小到最大時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩和功率的變化關(guān)系如下圖：
選擇異步伺服電機(jī)的方法：以滿足最大卷徑時(shí)的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)為電機(jī)額定數(shù)據(jù)，選擇異步伺服電機(jī)。
從FUKUTA異步伺服電機(jī)樣本中選出滿足條件的電機(jī)：SF-112XA 1500rpm/8.2kW，額定轉(zhuǎn)矩5.3kgm，大于40Nm/0.85(減速機(jī)效率)。電機(jī)380VAC時(shí)額定電流16.2A。
然后查詢相關(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)SF-112XA電機(jī)的恒功率區(qū)域轉(zhuǎn)速一直可以達(dá)到6000rpm，而現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際只用到3000rpm，因此完全能夠滿足應(yīng)用需要。
收卷變頻器選用FC302P11KT5E20，額定輸出電流24A，大于電機(jī)額定電流。
變頻器工作于轉(zhuǎn)速/轉(zhuǎn)矩雙工作模式。正常運(yùn)行時(shí)為轉(zhuǎn)矩模式收卷;停機(jī)時(shí)，切換到轉(zhuǎn)速工作模式，轉(zhuǎn)速給點(diǎn)為0，電機(jī)進(jìn)入伺服鎖定狀態(tài)，轉(zhuǎn)子位置被電氣鎖定，正、反向外力都無(wú)法使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
變頻器主要參數(shù)設(shè)定如下：
參數(shù)號(hào) 參數(shù)名稱 菜單一設(shè)定值 菜單二設(shè)定值
0-10 有效菜單 [9] 多重菜單切換
1-00 控制方式選擇 [2] 轉(zhuǎn)矩 [1] 閉環(huán)速度
1-01 電機(jī)控制原理 [3] FLUX磁通矢量帶反饋
3-03 最大參考值 52 Nm 1500 rpm
3-15 參考來(lái)源1 [1] 模擬量輸入端子53 [0] 無(wú)功能
4-13 電機(jī)速度上限 3200 rpm 1500 rpm
5-11 端子19數(shù)字輸入 [16] 菜單選擇位0
三、 搖籃同步控制：
管機(jī)或框絞機(jī)搖籃都有同步控制的要求。假設(shè)框絞機(jī)搖籃電機(jī)功率90kW，則選用FUKUTA SA-180 1500rpm/90kW 異步伺服電機(jī)。
變頻器選用丹佛斯FC302P90KT5E20BG□C4，90kW、內(nèi)置制動(dòng)單元，內(nèi)置MCO305運(yùn)動(dòng)控制選件卡，能方便地實(shí)現(xiàn)搖籃角度同步控制。
丹佛斯變頻器角度控制的基本原理如下：
帶MCO305運(yùn)動(dòng)控制卡的FC302變頻器做從機(jī)，主機(jī)編碼器信號(hào)和從機(jī)編碼器信號(hào)同時(shí)接入運(yùn)動(dòng)控制卡，啟用“ SYNCP ”宏指令，就可以實(shí)現(xiàn)從機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度與主機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的角度成嚴(yán)格比例關(guān)系的控制功能。
參考文獻(xiàn)
[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss
[2] 感應(yīng)伺服電機(jī)Catalog. FUKUTA
