变频器如何借助编码器实现闭环控制

变频器如何借助编码器实现闭环控制

闭环控制对于变频器而言，其实质是通过将变频器输出的电动机及其所带动的机械设备状态信息，如转速等，通过编码器或其他传感器反馈回变频器，与设定值进行比较运算，进而调整输出，使之更趋近于预定的精确值。只要变频器内置有闭环控制功能，用户就可以根据使用说明书配置相应的编码器或传感器来实现这一控制模式。


图为海德汉角度编码器

在变频电机的运行中，速度反馈至关重要。电机在启动、加速和减速过程中，其驱动电流需与电机在实际转速下产生的反电势相匹配。若两者阻抗不匹配，电机可能无法达到预定的输出速度，特别是在负载较重时。反电势的强度与转速成正比，当转速较低时，反电势较弱，可能导致电机电流增加，甚至损坏电机线圈或驱动器。因此，通过速度反馈和及时的信息反馈，可以准确计算实际转速，并调整驱动电流与反电势的匹配，从而保护电机和驱动器。

变频电机实现速度闭环反馈主要有三种方式：

首先，霍尔传感器是其中的一种，它通常布置在电机的旋转路径上，通过反馈三相位置变化来获取信息。然而，由于其提供的信息有限且速度精度较低，特别是在低速时，其分辨率能力明显不足。

其次，无感应器技术也是一种常用的方法，它利用线圈的自感应反电动势。但这种方法在低速时，由于反电动势较弱，且可能受到感应电路背景阻抗的影响，导致反馈不稳定。

最后，旋转编码器因其高分辨率（例如每圈1024个脉冲）而成为实现高精度速度反馈的理想选择，特别是在低速时，其性能表现尤为出色。

变频器配备编码器的主要作用在于优化低速启动效果。它能精确计算驱动电流，防止因电流过小或电机失速导致的过流问题，从而保护装置和电机。特别是在一些具备编码器反馈的矢量变频器中，其低速性能尤为出色。

此外，一些变频器还配备了PG卡，支持位置闭环控制。编码器可以将信号反馈给具有位置控制功能的变频器或PLC，从而实现精确的位置闭环控制。在这种情况下，推荐使用绝对值编码器以确保更高的控制精度。

节能始终是变频电机运行的重要考虑因素。在启动和低速运行过程中，电机经常面临过流问题，特别是在低速时，由于反电势较低，需要外部阻抗进行匹配，这增加了额外的能耗。编码器的使用可以优化驱动电流，降低这部分能耗，从而实现更为高效的运行。

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