變頻器如何借助編碼器實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制

閉環(huán)控制對(duì)于變頻器而言，其實(shí)質(zhì)是通過(guò)將變頻器輸出的電動(dòng)機(jī)及其所帶動(dòng)的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)信息，如轉(zhuǎn)速等，通過(guò)編碼器或其他傳感器反饋回變頻器，與設(shè)定值進(jìn)行比較運(yùn)算，進(jìn)而調(diào)整輸出，使之更趨近于預(yù)定的精確值。只要變頻器內(nèi)置有閉環(huán)控制功能，用戶(hù)就可以根據(jù)使用說(shuō)明書(shū)配置相應(yīng)的編碼器或傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)這一控制模式。


圖為海德漢角度編碼器

在變頻電機(jī)的運(yùn)行中，速度反饋至關(guān)重要。電機(jī)在啟動(dòng)、加速和減速過(guò)程中，其驅(qū)動(dòng)電流需與電機(jī)在實(shí)際轉(zhuǎn)速下產(chǎn)生的反電勢(shì)相匹配。若兩者阻抗不匹配，電機(jī)可能無(wú)法達(dá)到預(yù)定的輸出速度，特別是在負(fù)載較重時(shí)。反電勢(shì)的強(qiáng)度與轉(zhuǎn)速成正比，當(dāng)轉(zhuǎn)速較低時(shí)，反電勢(shì)較弱，可能導(dǎo)致電機(jī)電流增加，甚至損壞電機(jī)線(xiàn)圈或驅(qū)動(dòng)器。因此，通過(guò)速度反饋和及時(shí)的信息反饋，可以準(zhǔn)確計(jì)算實(shí)際轉(zhuǎn)速，并調(diào)整驅(qū)動(dòng)電流與反電勢(shì)的匹配，從而保護(hù)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。

變頻電機(jī)實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)反饋主要有三種方式：

首先，霍爾傳感器是其中的一種，它通常布置在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)路徑上，通過(guò)反饋三相位置變化來(lái)獲取信息。然而，由于其提供的信息有限且速度精度較低，特別是在低速時(shí)，其分辨率能力明顯不足。

其次，無(wú)感應(yīng)器技術(shù)也是一種常用的方法，它利用線(xiàn)圈的自感應(yīng)反電動(dòng)勢(shì)。但這種方法在低速時(shí)，由于反電動(dòng)勢(shì)較弱，且可能受到感應(yīng)電路背景阻抗的影響，導(dǎo)致反饋不穩(wěn)定。

最后，旋轉(zhuǎn)編碼器因其高分辨率（例如每圈1024個(gè)脈沖）而成為實(shí)現(xiàn)高精度速度反饋的理想選擇，特別是在低速時(shí)，其性能表現(xiàn)尤為出色。

變頻器配備編碼器的主要作用在于優(yōu)化低速啟動(dòng)效果。它能精確計(jì)算驅(qū)動(dòng)電流，防止因電流過(guò)小或電機(jī)失速導(dǎo)致的過(guò)流問(wèn)題，從而保護(hù)裝置和電機(jī)。特別是在一些具備編碼器反饋的矢量變頻器中，其低速性能尤為出色。

此外，一些變頻器還配備了PG卡，支持位置閉環(huán)控制。編碼器可以將信號(hào)反饋給具有位置控制功能的變頻器或PLC，從而實(shí)現(xiàn)精確的位置閉環(huán)控制。在這種情況下，推薦使用絕對(duì)值編碼器以確保更高的控制精度。

節(jié)能始終是變頻電機(jī)運(yùn)行的重要考慮因素。在啟動(dòng)和低速運(yùn)行過(guò)程中，電機(jī)經(jīng)常面臨過(guò)流問(wèn)題，特別是在低速時(shí)，由于反電勢(shì)較低，需要外部阻抗進(jìn)行匹配，這增加了額外的能耗。編碼器的使用可以?xún)?yōu)化驅(qū)動(dòng)電流，降低這部分能耗，從而實(shí)現(xiàn)更為高效的運(yùn)行。

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