電機(jī)上為何要安裝編碼器?編碼器是如何工作的?
2023-9-15新聞
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什么是編碼器?
電機(jī)運(yùn)行過程中,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)軸的圓周方向相對(duì)位置等參數(shù),確定電機(jī)本體及被拖動(dòng)設(shè)備狀態(tài),進(jìn)一步地實(shí)時(shí)控制電機(jī)和設(shè)備的運(yùn)行狀況,從而實(shí)現(xiàn)伺服、調(diào)速等許多特定功能。
這里,應(yīng)用編碼器作為前端測(cè)量元件,不僅大大簡(jiǎn)化了測(cè)量系統(tǒng),而且精密、可靠、功能強(qiáng)大。
編碼器是一種將旋轉(zhuǎn)部件位置、位移物理量轉(zhuǎn)換成一串?dāng)?shù)字脈沖信號(hào)的旋轉(zhuǎn)式傳感器,這些脈沖信號(hào)被控制系統(tǒng)采集、處理,發(fā)出一系列指令,調(diào)整改變?cè)O(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。如果編碼器與齒輪條或螺旋絲杠結(jié)合在一起,也可用于測(cè)量直線運(yùn)動(dòng)部件的位置、位移物理量。
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編碼器分類
編碼器是一個(gè)機(jī)械與電子緊密結(jié)合的精密測(cè)量器件,將信號(hào)或數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼、轉(zhuǎn)換,用以通訊、傳輸和存儲(chǔ)的信號(hào)數(shù)據(jù)。按照不同的特征,編碼器分類情況如下:
● 碼盤和碼尺:直線位移轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的編碼器稱為碼尺,角位移轉(zhuǎn)換成電信的為碼盤。
● 增量型編碼器:提供位置、角度和圈數(shù)等信息,以每圈脈沖數(shù)定義分別率。
● 絕對(duì)值型編碼器:以角度增量的方式提供位置、角度和圈數(shù)等信息,每個(gè)角度增量賦予唯一的編碼。
●混合式絕對(duì)值編碼器:混合式絕對(duì)值編碼器輸出兩組信息:一組信息用于檢測(cè)磁極位置,帶有絕對(duì)信息功能;另一組則完全同增量式編碼器的輸出信息。
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電機(jī)常用的編碼器
●增量型編碼器
直接利用光電轉(zhuǎn)換原理輸出三組方波脈沖A、B和Z相。A、B兩組脈沖相位差90o,可方便地判斷出旋轉(zhuǎn)方向;Z相每轉(zhuǎn)一個(gè)脈沖,用于基準(zhǔn)點(diǎn)定位。其優(yōu)點(diǎn):原理構(gòu)造簡(jiǎn)單,機(jī)械平均壽命可在幾萬小時(shí)以上,抗干擾能力強(qiáng),可靠性高,適合于長(zhǎng)距離傳輸。缺點(diǎn):無法輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的絕對(duì)位置信息。
●絕對(duì)值型編碼器
直接輸出數(shù)字量的傳感器,傳感器圓形碼盤上沿徑向有若干同心碼道,每條道上由透光和不透光的扇形區(qū)相間組成,相鄰碼道的扇區(qū)數(shù)目是雙倍關(guān)系,碼盤上的碼道數(shù)就是它的二進(jìn)制數(shù)碼的位數(shù),在碼盤的一側(cè)是光源,另一側(cè)對(duì)應(yīng)每一碼道有一光敏元件;當(dāng)碼盤處于不同位置時(shí),各光敏元件根據(jù)受光照與否轉(zhuǎn)換出相應(yīng)的電平信號(hào),形成二進(jìn)制數(shù)。
這種編碼器的特點(diǎn)是不要計(jì)數(shù)器,在轉(zhuǎn)軸的任意位置都可讀出一個(gè)固定的與位置相對(duì)應(yīng)的數(shù)字碼。顯然,碼道越多,分辨率就越高,對(duì)于一個(gè)具有 N位二進(jìn)制分辨率的編碼器,其碼盤必須有N條碼道。目前國(guó)內(nèi)已有16位的絕對(duì)編碼器產(chǎn)品。
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編碼器工作原理
由一個(gè)中心有軸的光電碼盤,其上有環(huán)形通、暗的刻線,有光電發(fā)射和接收器件讀取,獲得四組正弦波信號(hào)組合成A、B、C、D,每個(gè)正弦波相差90度相位差(相對(duì)于一個(gè)周波為360度),將C、D信號(hào)反向,疊加在A、B兩相上,可增強(qiáng)穩(wěn)定信號(hào);另每轉(zhuǎn)輸出一個(gè)Z相脈沖以代表零位參考位。
編碼器結(jié)構(gòu)
由于A、B兩相相差90度,可通過比較A相在前還是B相在前,以判別編碼器的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn),通過零位脈沖,可獲得編碼器的零位參考位。
編碼器碼盤的材料有玻璃、金屬、塑料,玻璃碼盤是在玻璃上沉積很薄的刻線,其熱穩(wěn)定性好,精度高,金屬碼盤直接以通和不通刻線,不易碎,但由于金屬有一定的厚度,精度就有限制,其熱穩(wěn)定性就要比玻璃的差一個(gè)數(shù)量級(jí),塑料碼盤是經(jīng)濟(jì)型的,其成本低,但精度、熱穩(wěn)定性、壽命均要差一些。
分辨率—編碼器以每旋轉(zhuǎn)360度提供多少的通或暗刻線稱為分辨率,也稱解析分度、或直接稱多少線,一般在每轉(zhuǎn)分度5~10000線。
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位置測(cè)量及反饋控制原理
在電梯、機(jī)床、材料加工、電動(dòng)機(jī)反饋系統(tǒng)以及測(cè)量和控制設(shè)備中,編碼器占領(lǐng)著極其重要的地位。編碼器運(yùn)用光柵和紅外光源通過接收器將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL(HTL)的電信號(hào),通過對(duì)TTL電平頻率和高電平個(gè)數(shù)的分析,直觀地反映出電機(jī)的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)位置。
由于角度和位置都可以精確的測(cè)量,所以可以將編碼器和變頻器組成閉環(huán)控制系統(tǒng),將控制更加精確化,這也是為什么電梯、機(jī)床等能這么精確使用的原因所在。
summary
總 結(jié)
綜上所述,我們了解到編碼器按結(jié)構(gòu)劃分為增量式和絕對(duì)式兩種,他們也都是將其他信號(hào),比如光信號(hào),轉(zhuǎn)換成可以分析控制的電信號(hào)。
而我們生活中常見的電梯、機(jī)床都剛好是基于電機(jī)的精確調(diào)節(jié),通過電信號(hào)的反饋閉環(huán)控制,編碼器配合變頻器也就理所當(dāng)然的實(shí)現(xiàn)了精確控制。
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