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了解編碼器不必讓您頭腦清醒

星星科技指導(dǎo)員 ? 來源:ADI ? 作者:Richard Anslow and Mi ? 2023-06-27 09:44 ? 次閱讀
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Richard Anslow and Michael Jackson

據(jù)估計,電機消耗了全球約50%的發(fā)電量,使其成為可持續(xù)性改進的明顯目標,編碼器將在實現(xiàn)這一目標方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。本博客系列將回答有關(guān)電機編碼器的一些最常見的問題,涵蓋編碼器技術(shù)(包括相對優(yōu)缺點)、特定應(yīng)用的性能指標和規(guī)格、信號鏈電子和電機控制設(shè)計挑戰(zhàn),并研究一些新興趨勢。第一篇博客探討了運動控制應(yīng)用不斷變化的性質(zhì)如何推動對更多高性能電機編碼器的需求,并比較了不同類型編碼器技術(shù)的優(yōu)勢。

開環(huán)與閉環(huán)電機控制

近幾十年來,工業(yè)旋轉(zhuǎn)設(shè)備發(fā)生了穩(wěn)定但重大的轉(zhuǎn)變,從并網(wǎng)電機轉(zhuǎn)向逆變器驅(qū)動電機。隨著電機驅(qū)動的終端設(shè)備變得更加高效,這導(dǎo)致了相當大的工藝成本和能源節(jié)約。開環(huán)電機速度控制可以通過向電機施加變頻電壓(通過逆變器上的脈寬調(diào)制)來實現(xiàn)。這種方法在穩(wěn)態(tài)或緩慢變化的動態(tài)條件下相當有效,并且在使用開環(huán)速度控制的低性能應(yīng)用中的許多電機驅(qū)動器。但是,這種方法也有幾個缺點:

由于沒有反饋,電機速度精度受到限制

由于無法優(yōu)化電流控制,電機效率差

必須嚴格限制瞬態(tài)響應(yīng),以免電機失去同步

通過將功率逆變器與高性能電機速度/位置檢測和功率級的電流/電壓閉環(huán)反饋相結(jié)合,可以顯著提高電機性能和效率(圖 1)。實現(xiàn)這種方法需要電機編碼器,但作為回報,即使在最苛刻的應(yīng)用中,它也能提供更高質(zhì)量的電機控制性能和同步。

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圖1 閉環(huán)逆變器供電電機控制反饋系統(tǒng)

編碼器有什么作用?

編碼器跟蹤旋轉(zhuǎn)軸的速度和位置 - 可以在閉合反饋回路中提供的信息。在通用伺服驅(qū)動器中,編碼器測量軸位置,也可以推斷速度。編碼器提供機器人和離散控制系統(tǒng)所需的精確和可重復(fù)的軸位置信息。

主要的編碼器技術(shù)有哪些?

帶有光學或磁傳感器的編碼器是使用最廣泛的編碼器之一,但也提供電容式編碼器。

光學編碼器(圖2)通常由一個不透明的玻璃(或塑料)圓盤組成,帶有精細的透明光刻槽,并連接到旋轉(zhuǎn)軸上。當磁盤旋轉(zhuǎn)時,來自 LED 的光要么被阻擋,要么在經(jīng)過插槽時被允許通過。光電二極管檢測到這種光并將其轉(zhuǎn)換為電信號,該信號被放大和數(shù)字化,然后通過有線電纜發(fā)送到電機控制器。光學編碼器提供高分辨率和高精度,但容易受到灰塵和污垢的影響,這可能會阻礙光源。此外,它們的玻璃或塑料結(jié)構(gòu)使它們?nèi)菀资艿綇娏艺駝雍透邷氐挠绊憽?/p>

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圖2 使用光學換能器的電機編碼器

磁編碼器(圖 3)由一個帶有交變磁極的旋轉(zhuǎn)金屬盤和一個霍爾效應(yīng)或磁阻傳感器組成。它 通過檢測磁盤旋轉(zhuǎn)時磁通場的變化來工作。磁場傳感器提供正弦和余弦模擬輸出信號,這些 信號在發(fā)送到控制器之前被放大和數(shù)字化。與光學編碼器相比,磁編碼器在存在污染物(如油和污垢)的情況下提供堅固的性能,并且不易受到?jīng)_擊和振動的影響。然而,磁編碼器對電動機引起的磁干擾很敏感,并且工作溫度范圍有限。雖然磁編碼器的性能最近有所提高,但它們通常提供的分辨率和精度也低于光學編碼器。

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圖3 使用磁傳感器的電機編碼器

審核編輯:郭婷

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