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变频电机为什么增装编码器呢?

众寻编码器商城 发布时间:2019-4-17 浏览:115 次

  变频电机上的编码器是“速度编码器”,是为精确计算电机反电动势的速度反馈。电机反电动势与电机转子转速成正比。小编为大家介绍变频电机为什么增装编码器呢?

  由于伺服电机的普及使用,现在很多控制的思路都会向伺服电机比较与衡量,尽管变频控制早于伺服控制。伺服电机的控制是位置环、速度环、力矩环的闭环控制,这在永磁同步电机的设计原理上就有体现,驱动电流的相位与转子的位置同步,伺服电机的驱动已确定了位置环是“天然”闭环的。而在变频电机驱动是异步的,有时也称为异步电机,即使加上电机后部编码器的反馈,它也只有速度环,没有在电机驱动上的“位置环”,因此这个编码器就是速度编码器。

  变频电机编码器作为速度编码器,它主要的目的是作为电机转子反电动势的计算,以达到对应当前电机反电动势的精准驱动控制。

  当驱动电流启动电机转子旋转,根据电磁定律,当磁场变化时,附近的导体会产生感应电动势,其方向符合法拉第定律和楞次定律,与原先加在线圈两端的电压正好相反。这个电压就是反电动势。

  以能量守恒法则:电机驱动器送出的电能=机械能(驱动电流与反电动势平衡)+损耗(电机电流阻抗热损、机械阻力、配阻箱热损等)。

  电机在启动加速时,必须达到驱动电流产生的旋转势能大于反电动势能(矢量为正),但也不能过大,过大的电流是损耗在电机热能和配阻箱热能上的。速度编码器的反馈提供给变频器计算反电动势,以使驱动旋转势能正好大于反电动势能。

  每台电机有各自的特性常数,反电动势与电机转子转速和这个特性常数成正比关系。

  反电动势=特性常数X转子转速

  安装有编码器的变频电机,编码器信号反馈给变频驱动器,计算出当前的电机反电动势,变频驱动器给出合理的控制电流。

  当编码器反馈给变频器的信号计算出电机转速偏低,远低于设计的对应驱动电流下电机应该达到的旋转速度,此时称为电机驱动“失速”,变频电机失速意味着反电动势偏低,电能都用到了热损上去了(反电动势偏低,电压分配给阻抗上),此时电机线圈电阻抗低,电流增大而电机发烫,或者变频器电流偏大,有可能就会烧损电机或者变频器,这时需要失速保护,而停止电机驱动。

  对应这种可能出现的变频电机失速,早期常用的方法就是把电机功率和变频器功率设计的更大,要有足够的大,有足够的余量对应大电流热损,防止烧坏电机或者变频器器件,并且需要配备一个很大的配电阻箱,过电压分配将瞬间启动时的过余能量在配电阻箱平衡。这就造成电机设计的体积大,变频器效率低的浪费。而且在电机驱动加速时浪费了很多能量在热损上。

  变频电机增加安装编码器,就可以提高电机与变频器在启动时的能量效率,减少电机与变频器损坏的可能。

  一个比喻,开车的司机都知道,车辆从低速启动时是最耗油的,如果是上坡加速更加耗油。电机驱动也是一样的道理,电机的能量损耗大部分是在启动加速时。变频电机如果想要真正达到节能的效果,最好就要加编码器反馈,在启动时精细化控制电流,减少启动热损的能量浪费,同时也保护电机与变频器不易损坏。

  因此,如果变频电机编码器选型与安装得当,由于电机与变频器效率的提高,损害故障的减少,并且能真正体现变频电机的节能效果,多安装一个编码器所获得的效益是远远大于一个编码器的价格。

  矢量控制模式,编码器反馈可提高加速度、力矩控制的执行力。

  矢量是指有方向性的控制。电机驱动的势能保持对反电动势的势能为正时,是加速;电机驱动的势能保持对反电动势的势能为负时,是减速。

  矢量控制是对电机的加减速执行力效果的精细化控制,尤其是在电机启动低速加速,和电机减速定位停止时(低速段)的执行力精准性。

  以牛顿第二定律来言:F=kma;F=力;m=质量;k=惯性常数;a=加速度

  加(减)速度对应电机力矩,矢量控制对应电机力矩控制的执行力。如果要达到矢量控制的精准性,需要转子加速度的精确反馈,最好由编码器作为加速度计算的反馈传感器。

  有部分电机用霍尔传感器作为速度加速度反馈;也有无传感器的方案是利用电机自身线圈采样反电动势采集计算。但是,霍尔传感器和无传感器方案中,在低速时的反馈采集精度都很差,这就是说在电机启动低速时,和电机减速停止时的矢量控制没有了精度,是粗糙的控制。

  安装有速度编码器的传感反馈,一般为1024PPR的脉冲反馈,精度高于霍尔传感器,或者无传感器的电机线圈自身反电动势的精度,尤其是在低速启动时的高效节能,和在减速停止时的定位执行精准度。

  变频电机不装编码器也是可以的,不过它就没有了低速时的速度与加速度的反馈精度,低速时驱动器控制精度也就没有了。而电机能耗在电机启动加速(低速)时最大,电机与变频器的故障损坏在电机启动加速(低速时)占50%以上。

  以上就是关于变频电机增装编码器的相关问题,希望对您有所帮助。



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