The Application of Danfoss Drive & Fukuta Servo Motor in Cable Machineries

摘要：線纜設備用到大量電機和可調速驅動器。隨著生產速度和控制精度要求的提高，對速度及速度同步的控制要求也越來越高。另外電纜收卷有轉矩控制的需求，他們都對驅動系統提出了越來越高的要求。本文謹以Danfoss驅動器和富田伺服電機組成的驅動系統在線纜設備上的應用加以簡單介紹。

關鍵詞：Danfoss 伺服電機 轉速精度 張力 線纜設備

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：異步電機在線纜行業已經有多年應用經驗，以前多用于較小功率的牽引、跳舞輪位置控制收放卷等應用場合。現在用異步電機替代直流電機驅動大功率的絞盤也漸成趨勢。另外用異步伺服電機加高性能變頻器直接控制大線纜收卷轉矩的方案也得到廣泛應用。丹佛斯FC302系列驅動器由于其優異的控制性能，得到線纜行業一致好評。

一、 牽引的應用：

電力線纜制造設備的牽引機一般功率較小，在22—30kW左右。主要控制性能指標是轉速精度和平穩度。選用Fukuta SF系列異步伺服電機SF-132LA或SF-160M。選用丹佛斯變頻器FC302P22K或FC302P30K。電機加裝24V推挽電壓輸出型的A/B相增量編碼器，變頻器無需加裝選件卡，就可以接收此編碼器信號，做高精度的轉速控制。轉速控制精度達±0.15轉/分。

二、 收卷轉矩控制：

收卷轉矩控制利用異步伺服電機的恒功率特性，可以達到理想的控制效果。下面以空卷卷徑600mm，滿卷卷徑1250mm的收卷盤為例，說明電機應該如何選型。

機械數據如下：

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，電機轉速NM = 1401 rpm，此時有：

電機最大轉矩TMmax =

= 40 Nm

2. 卷徑最小時，電機轉矩TM = 19.2 Nm，此時有：

電機最高轉速NMmax =

= 2918 rpm

卷徑從最小到最大時，電機轉速、轉矩和功率的變化關系如下圖：

選擇異步伺服電機的方法：以滿足最大卷徑時的轉矩、轉速數據為電機額定數據，選擇異步伺服電機。

從FUKUTA異步伺服電機樣本中選出滿足條件的電機：SF-112XA 1500rpm/8.2kW，額定轉矩5.3kgm，大于40Nm/0.85(減速機效率)。電機380VAC時額定電流16.2A。

然后查詢相關技術數據，發現SF-112XA電機的恒功率區域轉速一直可以達到6000rpm，而現場實際只用到3000rpm，因此完全能夠滿足應用需要。

收卷變頻器選用FC302P11KT5E20，額定輸出電流24A，大于電機額定電流。

變頻器工作于轉速/轉矩雙工作模式。正常運行時為轉矩模式收卷;停機時，切換到轉速工作模式，轉速給點為0，電機進入伺服鎖定狀態，轉子位置被電氣鎖定，正、反向外力都無法使電機轉動。

變頻器主要參數設定如下：

參數號 參數名稱 菜單一設定值 菜單二設定值

0-10 有效菜單 [9] 多重菜單切換

1-00 控制方式選擇 [2] 轉矩 [1] 閉環速度

1-01 電機控制原理 [3] FLUX磁通矢量帶反饋

3-03 最大參考值 52 Nm 1500 rpm

3-15 參考來源1 [1] 模擬量輸入端子53 [0] 無功能

4-13 電機速度上限 3200 rpm 1500 rpm

5-11 端子19數字輸入 [16] 菜單選擇位0

三、 搖籃同步控制：

管機或框絞機搖籃都有同步控制的要求。假設框絞機搖籃電機功率90kW，則選用FUKUTA SA-180 1500rpm/90kW 異步伺服電機。

變頻器選用丹佛斯FC302P90KT5E20BG□C4，90kW、內置制動單元，內置MCO305運動控制選件卡，能方便地實現搖籃角度同步控制。

丹佛斯變頻器角度控制的基本原理如下：

帶MCO305運動控制卡的FC302變頻器做從機，主機編碼器信號和從機編碼器信號同時接入運動控制卡，啟用“ SYNCP ”宏指令，就可以實現從機轉過的角度與主機轉過的角度成嚴格比例關系的控制功能。

參考文獻

[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss

[2] 感應伺服電機Catalog. FUKUTA