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

摘要：线缆设备用到大量电机和可调速驱动器。随着生产速度和控制精度要求的提高，对速度及速度同步的控制要求也越来越高。另外电缆收卷有转矩控制的需求，他们都对驱动系统提出了越来越高的要求。本文谨以Danfoss驱动器和富田伺服电机组成的驱动系统在线缆设备上的应用加以简单介绍。

关键词：Danfoss 伺服电机 转速精度 张力 线缆设备

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：异步电机在线缆行业已经有多年应用经验，以前多用于较小功率的牵引、跳舞轮位置控制收放卷等应用场合。现在用异步电机替代直流电机驱动大功率的绞盘也渐成趋势。另外用异步伺服电机加高性能变频器直接控制大线缆收卷转矩的方案也得到广泛应用。丹佛斯FC302系列驱动器由于其优异的控制性能，得到线缆行业一致好评。

一、 牵引的应用：

电力线缆制造设备的牵引机一般功率较小，在22—30kW左右。主要控制性能指标是转速精度和平稳度。选用Fukuta SF系列异步伺服电机SF-132LA或SF-160M。选用丹佛斯变频器FC302P22K或FC302P30K。电机加装24V推挽电压输出型的A/B相增量编码器，变频器无需加装选件卡，就可以接收此编码器信号，做高精度的转速控制。转速控制精度达±0.15转/分。

二、 收卷转矩控制：

收卷转矩控制利用异步伺服电机的恒功率特性，可以达到理想的控制效果。下面以空卷卷径600mm，满卷卷径1250mm的收卷盘为例，说明电机应该如何选型。

机械数据如下：

最大张力： Fmax = 1600 N

最高线速度：VLmax = 220 m/Min

最小卷径： Dmin = 0.6 m

最大卷径： Dmax = 1.25 m

减速比： i = 25

1. 卷径最大时，电机转速NM = 1401 rpm，此时有：

电机最大转矩TMmax =

= 40 Nm

2. 卷径最小时，电机转矩TM = 19.2 Nm，此时有：

电机最高转速NMmax =

= 2918 rpm

卷径从最小到最大时，电机转速、转矩和功率的变化关系如下图：

选择异步伺服电机的方法：以满足最大卷径时的转矩、转速数据为电机额定数据，选择异步伺服电机。

从FUKUTA异步伺服电机样本中选出满足条件的电机：SF-112XA 1500rpm/8.2kW，额定转矩5.3kgm，大于40Nm/0.85(减速机效率)。电机380VAC时额定电流16.2A。

然后查询相关技术数据，发现SF-112XA电机的恒功率区域转速一直可以达到6000rpm，而现场实际只用到3000rpm，因此完全能够满足应用需要。

收卷变频器选用FC302P11KT5E20，额定输出电流24A，大于电机额定电流。

变频器工作于转速/转矩双工作模式。正常运行时为转矩模式收卷;停机时，切换到转速工作模式，转速给点为0，电机进入伺服锁定状态，转子位置被电气锁定，正、反向外力都无法使电机转动。

变频器主要参数设定如下：

参数号 参数名称 菜单一设定值 菜单二设定值

0-10 有效菜单 [9] 多重菜单切换

1-00 控制方式选择 [2] 转矩 [1] 闭环速度

1-01 电机控制原理 [3] FLUX磁通矢量带反馈

3-03 最大参考值 52 Nm 1500 rpm

3-15 参考来源1 [1] 模拟量输入端子53 [0] 无功能

4-13 电机速度上限 3200 rpm 1500 rpm

5-11 端子19数字输入 [16] 菜单选择位0

三、 摇篮同步控制：

管机或框绞机摇篮都有同步控制的要求。假设框绞机摇篮电机功率90kW，则选用FUKUTA SA-180 1500rpm/90kW 异步伺服电机。

变频器选用丹佛斯FC302P90KT5E20BG□C4，90kW、内置制动单元，内置MCO305运动控制选件卡，能方便地实现摇篮角度同步控制。

丹佛斯变频器角度控制的基本原理如下：

带MCO305运动控制卡的FC302变频器做从机，主机编码器信号和从机编码器信号同时接入运动控制卡，启用“ SYNCP ”宏指令，就可以实现从机转过的角度与主机转过的角度成严格比例关系的控制功能。

参考文献

[1] FC300 Design Guide. MG33BC02. Danfoss

[2] 感应伺服电机Catalog. FUKUTA