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變頻電機(jī)加裝編碼器的原因是什么？
禹盟自動化科技 發(fā)布時間：2021-11-17 瀏覽：1697次
禹盟編碼器介紹變頻電機(jī)加裝編碼器的原因是什么？
基本概念：變頻電機(jī)驅(qū)動沒有位置環(huán)。變頻電機(jī)上的編碼器是“速度編碼器”，是為精確計算電機(jī)反電動勢的速度反饋。電機(jī)反電動勢與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。
由于伺服電機(jī)的普及使用，現(xiàn)在很多控制的思路都會向伺服電機(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)計原理上就有體現(xiàn)，驅(qū)動電流的相位與轉(zhuǎn)子的位置同步，伺服電機(jī)的驅(qū)動已確定了位置環(huán)是“天然”閉環(huán)的。而在變頻電機(jī)驅(qū)動是異步的，有時也稱為異步電機(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)動上的“位置環(huán)”，因此這個編碼器就是“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)子反電動勢的計算，以達(dá)到對應(yīng)當(dāng)前電機(jī)反電動勢的精準(zhǔn)驅(qū)動控制。
當(dāng)驅(qū)動電流啟動電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁定律，當(dāng)磁場變化時，附近的導(dǎo)體會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，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。這個電壓就是反電動勢。
以能量守恒法則：電機(jī)驅(qū)動器送出的電能=機(jī)械能（驅(qū)動電流與反電動勢平衡）+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)在啟動加速時，必須達(dá)到驅(qū)動電流產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)勢能大于反電動勢能（矢量為正），但也不能過大，過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算反電動勢，以使驅(qū)動旋轉(zhuǎn)勢能正好大于反電動勢能。
每臺電機(jī)有各自的特性常數(shù)，反電動勢與電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和這個特性常數(shù)成正比關(guān)系。
反電動勢=特性常數(shù)X轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速
安裝有編碼器的變頻電機(jī)，編碼器信號反饋給變頻驅(qū)動器，計算出當(dāng)前的電機(jī)反電動勢，變頻驅(qū)動器給出合理的控制電流。
當(dāng)編碼器反饋給變頻器的信號計算出電機(jī)轉(zhuǎn)速偏低，遠(yuǎn)低于設(shè)計的對應(yīng)驅(qū)動電流下電機(jī)應(yīng)該達(dá)到的旋轉(zhuǎn)速度，此時稱為電機(jī)驅(qū)動“失速”，變頻電機(jī)失速意味著反電動勢偏低，電能都用到了熱損上去了（反電動勢偏低，電壓分配給阻抗上），此時電機(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，有可能就會燒損電機(jī)或者變頻器，這時需要失速保護(hù)，而停止電機(jī)驅(qū)動。
對應(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)計的更大，要有足夠的大，有足夠的余量對應(yīng)大電流熱損，防止燒壞電機(jī)或者變頻器器件，并且需要配備一個很大的配電阻箱，過電壓分配將瞬間啟動時的過余能量在配電阻箱平衡。這就造成電機(jī)設(shè)計的體積大，變頻器效率低的浪費(fèi)。而且在電機(jī)驅(qū)動加速時浪費(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)與變頻器在啟動時的能量效率，減少電機(jī)與變頻器損壞的可能。
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