變頻器如何借助編碼器實現閉環控制

閉環控制對于變頻器而言，其實質是通過將變頻器輸出的電動機及其所帶動的機械設備狀態信息，如轉速等，通過編碼器或其他傳感器反饋回變頻器，與設定值進行比較運算，進而調整輸出，使之更趨近于預定的精確值。只要變頻器內置有閉環控制功能，用戶就可以根據使用說明書配置相應的編碼器或傳感器來實現這一控制模式。


圖為海德漢角度編碼器

在變頻電機的運行中，速度反饋至關重要。電機在啟動、加速和減速過程中，其驅動電流需與電機在實際轉速下產生的反電勢相匹配。若兩者阻抗不匹配，電機可能無法達到預定的輸出速度，特別是在負載較重時。反電勢的強度與轉速成正比，當轉速較低時，反電勢較弱，可能導致電機電流增加，甚至損壞電機線圈或驅動器。因此，通過速度反饋和及時的信息反饋，可以準確計算實際轉速，并調整驅動電流與反電勢的匹配，從而保護電機和驅動器。

變頻電機實現速度閉環反饋主要有三種方式：

首先，霍爾傳感器是其中的一種，它通常布置在電機的旋轉路徑上，通過反饋三相位置變化來獲取信息。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，其分辨率能力明顯不足。

其次，無感應器技術也是一種常用的方法，它利用線圈的自感應反電動勢。但這種方法在低速時，由于反電動勢較弱，且可能受到感應電路背景阻抗的影響，導致反饋不穩定。

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

變頻器配備編碼器的主要作用在于優化低速啟動效果。它能精確計算驅動電流，防止因電流過小或電機失速導致的過流問題，從而保護裝置和電機。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，支持位置閉環控制。編碼器可以將信號反饋給具有位置控制功能的變頻器或PLC，從而實現精確的位置閉環控制。在這種情況下，推薦使用絕對值編碼器以確保更高的控制精度。

節能始終是變頻電機運行的重要考慮因素。在啟動和低速運行過程中，電機經常面臨過流問題，特別是在低速時，由于反電勢較低，需要外部阻抗進行匹配，這增加了額外的能耗。編碼器的使用可以優化驅動電流，降低這部分能耗，從而實現更為高效的運行。

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