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應(yīng)用在變頻電機(jī)中的編碼器起到什么作用？
禹盟自動(dòng)化科技 發(fā)布時(shí)間：2019-8-7 瀏覽：2357次
在自動(dòng)化控制中經(jīng)常會(huì)碰到各種電機(jī)的控制，在輸送帶、升降機(jī)、提升小車等較大功率的電機(jī)大部分是用變頻電機(jī)，各個(gè)品牌PLC+變頻器驅(qū)動(dòng)控制變頻電機(jī)也很普及了。禹盟編碼器為您介紹應(yīng)用在變頻電機(jī)中的編碼器起到什么作用？
由于伺服電機(jī)的普及使用，現(xiàn)在很多控制的思路都會(huì)向伺服電機(jī)比較與衡量，盡管變頻控制早于伺服控制。伺服電機(jī)的控制是位置環(huán)、速度環(huán)、力矩環(huán)的閉環(huán)控制，這在永磁同步電機(jī)的設(shè)計(jì)原理上就有體現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)電流的相位與轉(zhuǎn)子的位置同步，伺服電機(jī)的驅(qū)動(dòng)已確定了位置環(huán)是“天然”閉環(huán)的。而在變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)是異步的，有時(shí)也稱為異步電機(jī)，即使加上電機(jī)后部編碼器的反饋，它也只有速度環(huán)，沒有在電機(jī)驅(qū)動(dòng)上的“位置環(huán)”，因此這個(gè)編碼器就是“速度編碼器”。
變頻電機(jī)編碼器作為速度編碼器，它主要的目的是作為電機(jī)轉(zhuǎn)子反電動(dòng)勢(shì)的計(jì)算，以達(dá)到對(duì)應(yīng)當(dāng)前電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)的精準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)控制。
當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流啟動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁定律，當(dāng)磁場(chǎng)變化時(shí)，附近的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，其方向符合法拉第定律和楞次定律，與原先加在線圈兩端的電壓正好相反。這個(gè)電壓就是反電動(dòng)勢(shì)。
以能量守恒法則：
電機(jī)驅(qū)動(dòng)器送出的電能=機(jī)械能（驅(qū)動(dòng)電流與反電動(dòng)勢(shì)平衡）+損耗（電機(jī)電流阻抗熱損、機(jī)械阻力、配阻箱熱損等）。
電機(jī)在啟動(dòng)加速時(shí)，必須達(dá)到驅(qū)動(dòng)電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)勢(shì)能大于反電動(dòng)勢(shì)能（矢量為正），但也不能過(guò)大，過(guò)大的電流是損耗在電機(jī)熱能和配阻箱熱能上的。速度編碼器的反饋提供給變頻器計(jì)算反電動(dòng)勢(shì)，以使驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)勢(shì)能正好大于反電動(dòng)勢(shì)能。
每臺(tái)電機(jī)有各自的特性常數(shù)，反電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和這個(gè)特性常數(shù)成正比關(guān)系。
反電動(dòng)勢(shì)=特性常數(shù)X轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
安裝有編碼器的變頻電機(jī)，編碼器信號(hào)反饋給變頻驅(qū)動(dòng)器，計(jì)算出當(dāng)前的電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)，變頻驅(qū)動(dòng)器給出合理的控制電流。
當(dāng)編碼器反饋給變頻器的信號(hào)計(jì)算出電機(jī)轉(zhuǎn)速偏低，遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)的對(duì)應(yīng)驅(qū)動(dòng)電流下電機(jī)應(yīng)該達(dá)到的旋轉(zhuǎn)速度，此時(shí)稱為電機(jī)驅(qū)動(dòng)“失速”，變頻電機(jī)失速意味著反電動(dòng)勢(shì)偏低，電能都用到了熱損上去了（反電動(dòng)勢(shì)偏低，電壓分配給阻抗上），此時(shí)電機(jī)線圈電阻抗低，電流增大而電機(jī)發(fā)燙，或者變頻器電流偏大，有可能就會(huì)燒損電機(jī)或者變頻器，這時(shí)需要失速保護(hù)，而停止電機(jī)驅(qū)動(dòng)。
對(duì)應(yīng)這種可能出現(xiàn)的變頻電機(jī)失速，早期常用的方法就是把電機(jī)功率和變頻器功率設(shè)計(jì)的更大，要有足夠的大，有足夠的余量對(duì)應(yīng)大電流熱損，防止燒壞電機(jī)或者變頻器器件，并且需要配備一個(gè)很大的配電阻箱，過(guò)電壓分配將瞬間啟動(dòng)時(shí)的過(guò)余能量在配電阻箱平衡。這就造成電機(jī)設(shè)計(jì)的體積大，變頻器效率低的浪費(fèi)。而且在電機(jī)驅(qū)動(dòng)加速時(shí)浪費(fèi)了很多能量在熱損上。
變頻電機(jī)增加安裝編碼器，就可以提高電機(jī)與變頻器在啟動(dòng)時(shí)的能量效率，減少電機(jī)與變頻器損壞的可能。
一個(gè)比喻，開車的老司機(jī)都知道，車輛從低速啟動(dòng)時(shí)是最耗油的，如果是上坡加速更加耗油。電機(jī)驅(qū)動(dòng)也是一樣的道理，電機(jī)的能量損耗大部分是在啟動(dòng)加速時(shí)。變頻電機(jī)如果想要真正達(dá)到節(jié)能的效果，最好就要加編碼器反饋，在啟動(dòng)時(shí)精細(xì)化控制電流，減少啟動(dòng)熱損的能量浪費(fèi)，同時(shí)也保護(hù)電機(jī)與變頻器不易損壞。
因此，如果變頻電機(jī)編碼器選型與安裝得當(dāng)，由于電機(jī)與變頻器效率的提高，損害故障的減少，并且能真正體現(xiàn)變頻電機(jī)的節(jié)能效果，多安裝一個(gè)編碼器所獲得的效益是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一個(gè)編碼器的價(jià)格。
禹盟自動(dòng)化科技（上海）有限公司的產(chǎn)品主要有旋轉(zhuǎn)編碼器、光電編碼器、磁電編碼器、復(fù)合式編碼器、總線編碼器、絕對(duì)值編碼器、增量式編碼器、微型編碼器等。
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