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變頻電機為什么要用編碼器?

2019-07-25  來自: 新鄉市榮達特種機械電機有限公司 瀏覽次數:2121

  變頻電機裝了編碼器,就是可以作為異步伺服控制了?就可以做定位控制了嗎?有些變頻電機控制不僅裝了一個編碼器,還有雙編碼器閉環,是怎么回事?

  基本概念:變頻電機驅動沒有位置環。變頻電機上的編碼器是“速度編碼器”,是為***計算電機反電動勢的速度反饋。電機反電動勢與電機轉子轉速成正比。

  由于伺服電機的普及使用,現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、速度環、力矩環的閉環控制,這在永磁同步電機的設計原理上就有體現,驅動電流的相位與轉子的位置同步,伺服電機的驅動已確定了位置環是“***”閉環的。而在變頻電機驅動是異步的,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,沒有在電機驅動上的“位置環”,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子反電動勢的計算,以達到對應當前電機反電動勢的***驅動控制。

  當驅動電流啟動電機轉子旋轉,根據電磁定律,當磁場變化時,附近的導體會產生感應電動勢,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:

  電機驅動器送出的電能=機械能(驅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,***達到驅動電流產生的旋轉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,以使驅動旋轉勢能正好大于反電動勢能。

變頻電機

  每臺電機有各自的特性常數,反電動勢與電機轉子轉速和這個特性常數成正比關系。

  反電動勢=特性常數 X 轉子轉速

  安裝有編碼器的變頻電機,編碼器信號反饋給變頻驅動器,計算出當前的電機反電動勢,變頻驅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速偏低,遠低于設計的對應驅動電流下電機應該達到的旋轉速度,此時稱為電機驅動“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,而停止電機驅動。

  對應這種可能出現的變頻電機失速,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。這就造成電機設計的體積大,變頻器效率低的浪費。而且在電機驅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,開車的老司機都知道,車輛從低速啟動時是***耗油的,如果是上坡加速更加耗油。電機驅動也是一樣的道理,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能的效果,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,并且能真正體現變頻電機的節能效果,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。

關鍵詞: 變頻電機           

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