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工業電機效率提升的關鍵——編碼器

來源:IC采購網| 發布日期:2023-11-07 09:58
作為伺服系統中最關鍵的零部件之一,編碼器一直以來扮演著能夠決定伺服系統上限的重要角色。編碼器本質上其實也是一種傳感器,測量旋轉或者位移,并將其轉換成電信號用于確定位置、計數、速度或方向。

為了提高電機控制性能,將功率逆變器和高性能位置、電流檢測環路用于功率反饋級是必須的,否則電機性能和效率很難提高。位置和速度編碼器反饋正是工業設備提升性能的關鍵一環。

編碼器——提供準確的反饋信息

眾所周知,將變頻電壓作用域使用脈沖寬度調制的電機,可以實現對電機的開環速度控制,在逆變器處于穩態或緩慢變化的動態條件下,工況也是比較平穩的。很多相對要求不高的應用會使用這種開環的速度控制,不需要編碼器,設計相對簡單,成本也更低。
但是開環控制需要嚴格的瞬態響應來讓電機同步,而且開環控制的缺點也很明顯,因為不存在內部的反饋,對速度的控制精度很有限,而且此后操作者對受控對象的變化便不能做進一步的控制,無法優化電流控制來提高電機效率。如果僅僅是低性能的控制,那么開環比卻可以勝任
為了提高設備效率,閉環反饋被引入進來。在閉環反饋控制中,存在由輸入到輸出的信號前向通路,也包含從輸出端到輸入端的信號反饋通路,兩者組成一個閉合的回路。自動控制建立在閉環反饋之上。
那如何提供這個閉環反饋信號,答案是編碼器?,F在應用在高精度位置編碼信號鏈的編碼器解決方案非常多。光學傳感器、旋變器、線性可變差動變壓器(LVDT)和磁傳感器(AMR、GMR、TMR、霍爾)等都有相應的應用。
這些器件的應用,為驅動器提供了位置信號,驅動器基于這些反饋信號保證電機優良的速度、轉矩輸出性能。

從低到高分辨率的編碼器選擇

一般來說,最高分辨率的編碼器使用光學技術的編碼器,而中高分辨率的編碼器使用磁或光學傳感器(磁越來越多)。中低分辨率編碼器使用旋變器(旋轉變壓器)或霍爾傳感器。
現在磁性編碼器的應用很常見,但是要說需要最高分辨率的應用,光電式對比電磁式無疑擁有更高分辨率而且結構更緊湊。光電編碼器的精度和分辨率和碼道的直接相關,增加碼道分辨率和精度就越高。不過碼道的增加和光電檢測、通孔加工等一系列高精核心技術相關,難度很高。
在中高分辨率的應用中,隨著磁編碼器技術的發展,磁編碼的應用已經成為主流。磁編碼在以往很多利用光學編碼器的應用里展現出了更耐用的特性,很多廠商有專用的感應芯片和解碼芯片,為編碼器提供ASIC級整體解決方案。不論是AMR、GMR還是TMR都已經能提供極精準且快速響應的位置傳感,最普通的霍爾也是性價比很高的選擇。
在中低分辨率應用里,旋轉變壓器是很常見的選擇,雖然其分辨率上限沒有那么高,但是在很多環境相對嚴苛的工業應用里,它倍受青睞。因為旋轉變壓器在極端環境條件(如高溫以及沖擊和振動)下非??煽?,獨有的優勢也讓其應用非常穩定。


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