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工業(yè)電機(jī)效率提升的關(guān)鍵——編碼器

來源：IC采購網(wǎng)| 發(fā)布日期：2023-11-07 09:58
作為伺服系統(tǒng)中最關(guān)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(tǒng)上限的重要角色。編碼器本質(zhì)上其實(shí)也是一種傳感器，測量旋轉(zhuǎn)或者位移，并將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)用于確定位置、計(jì)數(shù)、速度或方向。

為了提高電機(jī)控制性能，將功率逆變器和高性能位置、電流檢測環(huán)路用于功率反饋級(jí)是必須的，否則電機(jī)性能和效率很難提高。位置和速度編碼器反饋正是工業(yè)設(shè)備提升性能的關(guān)鍵一環(huán)。

編碼器——提供準(zhǔn)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(diào)制的電機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)的開環(huán)速度控制，在逆變器處于穩(wěn)態(tài)或緩慢變化的動(dòng)態(tài)條件下，工況也是比較平穩(wěn)的。很多相對(duì)要求不高的應(yīng)用會(huì)使用這種開環(huán)的速度控制，不需要編碼器，設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，成本也更低。
但是開環(huán)控制需要嚴(yán)格的瞬態(tài)響應(yīng)來讓電機(jī)同步，而且開環(huán)控制的缺點(diǎn)也很明顯，因?yàn)椴淮嬖趦?nèi)部的反饋，對(duì)速度的控制精度很有限，而且此后操作者對(duì)受控對(duì)象的變化便不能做進(jìn)一步的控制，無法優(yōu)化電流控制來提高電機(jī)效率。如果僅僅是低性能的控制，那么開環(huán)比卻可以勝任
為了提高設(shè)備效率，閉環(huán)反饋被引入進(jìn)來。在閉環(huán)反饋控制中，存在由輸入到輸出的信號(hào)前向通路，也包含從輸出端到輸入端的信號(hào)反饋通路，兩者組成一個(gè)閉合的回路。自動(dòng)控制建立在閉環(huán)反饋之上。
那如何提供這個(gè)閉環(huán)反饋信號(hào)，答案是編碼器?，F(xiàn)在應(yīng)用在高精度位置編碼信號(hào)鏈的編碼器解決方案非常多。光學(xué)傳感器、旋變器、線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）和磁傳感器（AMR、GMR、TMR、霍爾）等都有相應(yīng)的應(yīng)用。
這些器件的應(yīng)用，為驅(qū)動(dòng)器提供了位置信號(hào)，驅(qū)動(dòng)器基于這些反饋信號(hào)保證電機(jī)優(yōu)良的速度、轉(zhuǎn)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(xué)技術(shù)的編碼器，而中高分辨率的編碼器使用磁或光學(xué)傳感器（磁越來越多）。中低分辨率編碼器使用旋變器（旋轉(zhuǎn)變壓器）或霍爾傳感器。
現(xiàn)在磁性編碼器的應(yīng)用很常見，但是要說需要最高分辨率的應(yīng)用，光電式對(duì)比電磁式無疑擁有更高分辨率而且結(jié)構(gòu)更緊湊。光電編碼器的精度和分辨率和碼道的直接相關(guān)，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(shù)相關(guān)，難度很高。
在中高分辨率的應(yīng)用中，隨著磁編碼器技術(shù)的發(fā)展，磁編碼的應(yīng)用已經(jīng)成為主流。磁編碼在以往很多利用光學(xué)編碼器的應(yīng)用里展現(xiàn)出了更耐用的特性，很多廠商有專用的感應(yīng)芯片和解碼芯片，為編碼器提供ASIC級(jí)整體解決方案。不論是AMR、GMR還是TMR都已經(jīng)能提供極精準(zhǔn)且快速響應(yīng)的位置傳感，最普通的霍爾也是性價(jià)比很高的選擇。
在中低分辨率應(yīng)用里，旋轉(zhuǎn)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(huán)境相對(duì)嚴(yán)苛的工業(yè)應(yīng)用里，它倍受青睞。因?yàn)樾D(zhuǎn)變壓器在極端環(huán)境條件（如高溫以及沖擊和振動(dòng)）下非?？煽浚?dú)有的優(yōu)勢也讓其應(yīng)用非常穩(wěn)定。