自動(dòng)控制通過常會(huì)遇到各種電機(jī)控制,輸送帶,電梯,促進(jìn)小型汽車等越高功率電機(jī)多數(shù)采用變頻電機(jī),每個(gè)品牌PLC +變頻器驅(qū)動(dòng)控制變頻電機(jī)也很受歡迎。

然而，用戶經(jīng)常遇到這樣或那樣的問題:

為什么一個(gè)變頻電機(jī)編碼器嗎?

不安裝編碼器也可以?

變頻電機(jī)和編碼器,可以用作異步伺服控制?我們能做定位控制嗎?

一些變頻電機(jī)控制不僅安裝了一個(gè)編碼器,有雙編碼器閉環(huán),是怎么回事?

有人說,“壞定位變頻電動(dòng)機(jī),也不同步,做應(yīng)該改變同步伺服電機(jī)同步控制”?

變頻電機(jī)編碼器信號(hào)常常干擾,很容易壞,如何選擇編碼器嗎?

本文首先討論了變頻器電機(jī)為什么要安裝編碼器這一問題。

一、基本概念

-- -- -- --

逆變電機(jī)編碼器作為一種速度編碼器，主要用于計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的反電動(dòng)勢(shì)，從而實(shí)現(xiàn)與電機(jī)當(dāng)前反電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)的精確驅(qū)動(dòng)控制。

驅(qū)動(dòng)電流啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)的轉(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,并對(duì)電壓最初增加線圈的兩端。這個(gè)電壓是反電動(dòng)勢(shì)。

根據(jù)能量守恒定律:

每個(gè)電機(jī)都有自己的特性常數(shù)，反電動(dòng)勢(shì)與電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比，這個(gè)特性常數(shù)。

“反電動(dòng)勢(shì)=特性常數(shù)X轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速”

變頻電機(jī)失速,相應(yīng)的常用方法是使早期的電機(jī)功率和電源轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì),想要足夠大,有足夠的保證金對(duì)應(yīng)于高電流熱損失,防止電機(jī)燒壞或變頻器裝置,并且需要配備一個(gè)大電阻箱,過電壓分配將開始超過幾分之一秒的能量平衡電阻箱。這導(dǎo)致電機(jī)設(shè)計(jì)體積大，逆變器效率低，浪費(fèi)。在電機(jī)加速過程中，大量的能量被浪費(fèi)在熱損失上。

因此，如果逆變電機(jī)編碼器的選型和安裝得當(dāng)，將會(huì)提高電機(jī)和逆變器的效率，減少損壞和故障，真正體現(xiàn)逆變電機(jī)的節(jié)能效果。多安裝一個(gè)編碼器的好處遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于多安裝一個(gè)編碼器的價(jià)格。

2. 矢量控制方式

編碼器的反饋可以提高加速度轉(zhuǎn)矩控制的性能

-- -- -- -- -- -- -- -

矢量是方向控制。當(dāng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的勢(shì)能與反電動(dòng)勢(shì)保持正時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生加速度。

減速發(fā)生在電機(jī)驅(qū)動(dòng)的勢(shì)能與反電動(dòng)勢(shì)為負(fù)時(shí)。

矢量控制是對(duì)電機(jī)加減速效果的一種精細(xì)控制，尤其是當(dāng)電機(jī)低速啟動(dòng)加速時(shí)，以及當(dāng)電機(jī)減速定位停止時(shí)(低速時(shí))。

用牛頓第二定律的話來說:

F = kma。

F =力;M =質(zhì)量。

K =慣性常數(shù);

一個(gè)=加速”

速度對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩，矢量控制對(duì)應(yīng)電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制。如果矢量控制的精度需要轉(zhuǎn)子加速度的精確反饋，最好使用編碼器作為反饋傳感器進(jìn)行加速度計(jì)算。

回到本文開頭的問題，變頻電機(jī)沒有編碼器可以嗎?

三、異步伺服控制方式需要雙編碼器閉環(huán)控制

——異步電機(jī)加減速響應(yīng)執(zhí)行延遲及減速機(jī)精度問題

如前所述，異步電動(dòng)機(jī)與同步電動(dòng)機(jī)的不同之處在于異步電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)沒有位置閉環(huán)，位置是由速度對(duì)時(shí)間的積分得到的。眾所周知，伺服控制是一種位置回路、速度回路和轉(zhuǎn)矩回路的三閉環(huán)控制。位置環(huán)和速度環(huán)應(yīng)該是獨(dú)立的，雖然有位置變化/時(shí)間=速度和速度x時(shí)間=位置的計(jì)算，但這種計(jì)算在同步電機(jī)中是可行的，但在異步電機(jī)中不可行——誤差和執(zhí)行響應(yīng)延遲的差異。

精密減速機(jī)問題

目前,大量的同步伺服電機(jī)的人氣,但也主要是在使用小功率的電機(jī),減速器設(shè)計(jì)的小型精密伺服電機(jī)是最主要的能源,但在減速機(jī)的一些重要參數(shù),如扭矩效率、材料特性、機(jī)械磨損需求并不突出。而異步電動(dòng)機(jī)往往被用于功率較大的輸出要求，減速機(jī)廠家關(guān)注的是材料特性、機(jī)械磨損、輸出轉(zhuǎn)矩效率，而在機(jī)械末端定位精度要達(dá)到與小型伺服電機(jī)相同的精度一直是比較困難的。

這是本文開頭提出的一個(gè)問題，什么是雙編碼器閉環(huán)控制。

對(duì)于變頻電機(jī)，僅使用一個(gè)編碼器作為速度和位置的閉環(huán)是無效的。當(dāng)只有一個(gè)編碼器時(shí)，要么速度是閉環(huán)的，要么位置是閉環(huán)的，但不是兩者都是。

下圖是KEB驅(qū)動(dòng)程序P6在展會(huì)上展示的雙編碼器閉環(huán)控制原理圖

PLC+變頻器+編碼器位置控制

變頻電機(jī)也能很好地完成定位控制

帶來

港口機(jī)械自動(dòng)定位控制

回到本文開頭提出的問題,有人說“變頻電機(jī)不好定位,同步伺服電機(jī)做”,這是因?yàn)橹挥幸粋€(gè)編碼器,理所當(dāng)然的比較和同步伺服電機(jī),變頻電機(jī)異步驅(qū)動(dòng),位置環(huán)不是汽車,是在“外環(huán)”。

第二編碼器的伺服控制系統(tǒng)安裝在展覽中出現(xiàn)的低速端。

五、多電機(jī)同步控制

位置同步而不是速度同步

-- -- -- -- -- -- -- -- --

關(guān)于多電機(jī)的同步控制，今后將與您進(jìn)行專題討論。

六、速度編碼器和

編碼器位置選擇注意事項(xiàng)

變頻電機(jī)的特點(diǎn)，選型編碼器注意事項(xiàng):

1. 由于電機(jī)功率大，啟動(dòng)時(shí)三相電壓不平衡現(xiàn)象普遍存在，交流感應(yīng)電流偏置磁場(chǎng)的影響會(huì)對(duì)編碼器產(chǎn)生信號(hào)干擾和損壞。

2. 電機(jī)大，驅(qū)動(dòng)力強(qiáng)，軸向運(yùn)動(dòng)啟動(dòng)大，編碼器軸機(jī)械脈沖損壞。

3.在PLC+變頻器+編碼器的控制方案中，編碼器信號(hào)到PLC的傳輸距離相對(duì)較長。

速度編碼器是一種增量脈沖編碼器，通常分辨率為1024PPR。

建議逆變電機(jī)編碼器選用雙極輸出模式編碼器(A+ A -b + b-z +Z-)，對(duì)應(yīng)于具有0V對(duì)雙向感應(yīng)電流的輸出通道，將感應(yīng)脈沖能量傳遞出去。不影響能量積累，對(duì)編碼器電路的損壞可能性較小。同時(shí)，編碼器的工作電壓范圍要寬，電源要有反極性保護(hù)，信號(hào)線要有短路保護(hù)，以對(duì)應(yīng)變頻電機(jī)啟動(dòng)時(shí)的雙向交流耦合沖擊。

帶來

增量脈沖信號(hào)編碼器，輸出信號(hào)為5—24V雙向A+ A - B +B-，

討論了信號(hào)電纜和編碼器傳輸抗干擾的十個(gè)問題

位置編碼器應(yīng)選擇絕對(duì)值多路編碼器。變頻電機(jī)經(jīng)常大功率,復(fù)數(shù)域干擾環(huán)境中,增量脈沖信號(hào)取決于柜臺(tái),很容易計(jì)算干擾和誤差積累,包括電池或weigen脈沖計(jì)數(shù)器偽絕對(duì)多向計(jì)數(shù)器類型,它也很容易計(jì)算周期的數(shù)量是干擾循環(huán)位置誤差的出現(xiàn)。

總線式以太網(wǎng)以太網(wǎng)貓信號(hào)具有同步時(shí)間戳的特點(diǎn)，可輸入PLC或電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。多電機(jī)同步控制的效果最好，特別是針對(duì)不同類型的電機(jī)同步控制，如變頻電機(jī)和伺服電機(jī)同步動(dòng)作，可以提高多電機(jī)同步聯(lián)動(dòng)的效率。