變頻電機為什么增裝編碼器呢？
禹盟自動化科技 發(fā)布時間：2019-8-7
變頻電機驅(qū)動沒有位置環(huán)。變頻電機上的編碼器是“速度編碼器”，是為精確計算電機反電動勢的速度反饋。電機反電動勢與電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速成正比。
由于伺服電機的普及使用，現(xiàn)在很多控制的思路都會向伺服電機比較與衡量，盡管變頻控制早于伺服控制。伺服電機的控制是位置環(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。而在變頻電機驅(qū)動是異步的，有時也稱為異步電機，即使加上電機后部編碼器的反饋，它也只有速度環(huán)，沒有在電機驅(qū)動上的“位置環(huán)”，因此這個編碼器就是“速度編碼器”。
變頻電機編碼器作為速度編碼器，它主要的目的是作為電機轉(zhuǎn)子反電動勢的計算，以達到對應當前電機反電動勢的精準驅(qū)動控制。
當驅(qū)動電流啟動電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，根據(jù)電磁定律，當磁場變化時，附近的導體會產(chǎn)生感應電動勢，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：電機驅(qū)動器送出的電能=機械能（驅(qū)動電流與反電動勢平衡）+損耗（電機電流阻抗熱損、機械阻力、配阻箱熱損等）。
電機在啟動加速時，必須達到驅(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。
每臺電機有各自的特性常數(shù)，反電動勢與電機轉(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，編碼器信號反饋給變頻驅(qū)動器，計算出當前的電機反電動勢，變頻驅(qū)動器給出合理的控制電流。
當編碼器反饋給變頻器的信號計算出電機轉(zhuǎn)速偏低，遠低于設(shè)計的對應驅(qū)動電流下電機應該達到的旋轉(zhuǎn)速度，此時稱為電機驅(qū)動“失速”，變頻電機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），此時電機線圈電阻抗低，電流增大而電機發(fā)燙，或者變頻器電流偏大，有可能就會燒損電機或者變頻器，這時需要失速保護，而停止電機驅(qū)動。
對應這種可能出現(xiàn)的變頻電機失速，早期常用的方法就是把電機功率和變頻器功率設(shè)計的更大，要有足夠的大，有足夠的余量對應大電流熱損，防止燒壞電機或者變頻器器件，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。這就造成電機設(shè)計的體積大，變頻器效率低的浪費。而且在電機驅(qū)動加速時浪費了很多能量在熱損上。
變頻電機增加安裝編碼器，就可以提高電機與變頻器在啟動時的能量效率，減少電機與變頻器損壞的可能。
一個比喻，開車的司機都知道，車輛從低速啟動時是最耗油的，如果是上坡加速更加耗油。電機驅(qū)動也是一樣的道理，電機的能量損耗大部分是在啟動加速時。變頻電機如果想要真正達到節(jié)能的效果，最好就要加編碼器反饋，在啟動時精細化控制電流，減少啟動熱損的能量浪費，同時也保護電機與變頻器不易損壞。
因此，如果變頻電機編碼器選型與安裝得當，由于電機與變頻器效率的提高，損害故障的減少，并且能真正體現(xiàn)變頻電機的節(jié)能效果，多安裝一個編碼器所獲得的效益是遠遠大于一個編碼器的價格。
矢量控制模式，編碼器反饋可提高加速度、力矩控制的執(zhí)行力。
矢量是指有方向性的控制。電機驅(qū)動的勢能保持對反電動勢的勢能為正時，是加速；電機驅(qū)動的勢能保持對反電動勢的勢能為負時，是減速。
矢量控制是對電機的加減速執(zhí)行力效果的精細化控制，尤其是在電機啟動低速加速，和電機減速定位停止時（低速段）的執(zhí)行力精準性。
以牛頓第二定律來言：F=kma；F=力；m=質(zhì)量；k=慣性常數(shù)；a=加速度
加（減）速度對應電機力矩，矢量控制對應電機力矩控制的執(zhí)行力。如果要達到矢量控制的精準性，需要轉(zhuǎn)子加速度的精確反饋，最好由編碼器作為加速度計算的反饋傳感器。
有部分電機用霍爾傳感器作為速度加速度反饋；也有無傳感器的方案是利用電機自身線圈采樣反電動勢采集計算。但是，霍爾傳感器和無傳感器方案中，在低速時的反饋采集精度都很差，這就是說在電機啟動低速時，和電機減速停止時的矢量控制沒有了精度，是粗糙的控制。
安裝有速度編碼器的傳感反饋，一般為1024PPR的脈沖反饋，精度高于霍爾傳感器，或者無傳感器的電機線圈自身反電動勢的精度，尤其是在低速啟動時的高效節(jié)能，和在減速停止時的定位執(zhí)行精準度。
頻電機不裝編碼器也行嗎？當然可以。不過它就沒有了低速時的速度與加速度的反饋精度，低速時驅(qū)動器控制精度也就沒有了。而電機能耗在電機啟動加速（低速）時最大，電機與變頻器的故障損壞在電機啟動加速（低速時）占50%以上。
異步伺服電機的雙編碼器閉環(huán)
異步伺服控制模式需雙編碼器閉環(huán)——異步電機加減速的響應執(zhí)行力延遲與減速機精度問題。
異步電機不同于同步電機，在異步電機驅(qū)動環(huán)節(jié)沒有位置閉環(huán)，是依賴速度對時間的積分得到位置。我們知道，伺服控制是指位置環(huán)、速度環(huán)、力矩環(huán)的三環(huán)閉環(huán)控制。位置環(huán)與速度環(huán)本應該是各自獨立的，盡管有位置變化/時間=速度，而速度x時間=位置的計算，但是這樣的計算在同步電機可行，在異步電機不可行——誤差與執(zhí)行響應延遲上的不同。因為是異步控制，速度反饋到執(zhí)行響應的誤差假設(shè)控制在千分之一以內(nèi)、每秒，對于異步控制這已經(jīng)是不錯的精度了，那么一千秒鐘的位置積分誤差累加最大就可能達到了每秒誤差的一千倍。（17分鐘）。為此，在有的異步電機控制器里，用電機上安裝的編碼器直接做位置閉環(huán)計算，而不用速度環(huán)的積分得到電機位置，但這又遇到了另一個問題實際要求的工藝端在機械傳動末端，機械傳動與減速機的誤差與延遲影響位置控制執(zhí)行力問題。
禹盟自動化科技（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、復合式編碼器、總線編碼器、絕對值編碼器、增量式編碼器、微型編碼器等。
