工業(yè)電機效率提升的關鍵——編碼器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠）作為伺服系統(tǒng)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(tǒng)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(shù)、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(huán)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(yè)設備提升性能的關鍵一環(huán)。

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(xiàn)對電機的開環(huán)速度控制，在逆變器處于穩(wěn)態(tài)或緩慢變化的動態(tài)條件下，工況也是比較平穩(wěn)的。很多相對要求不高的應用會使用這種開環(huán)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(huán)控制需要嚴格的瞬態(tài)響應來讓電機同步，而且開環(huán)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(yōu)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(huán)比卻可以勝任

為了提高設備效率，閉環(huán)反饋被引入進來。在閉環(huán)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(huán)反饋之上。

那如何提供這個閉環(huán)反饋信號，答案是編碼器?，F(xiàn)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(yōu)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(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(huán)境相對嚴苛的工業(yè)應用里，它倍受青睞。因為旋轉變壓器在極端環(huán)境條件（如高溫以及沖擊和振動）下非?？煽浚氂械膬?yōu)勢也讓其應用非常穩(wěn)定。

小結

編碼器在電機性能的升級中發(fā)揮了重要且不可替代的作用。編碼器等閉環(huán)反饋器件的應用對于工業(yè)設備來說是重要且意義重大的改變，這一改變使得電機和其他終端設備的使用效率變高，節(jié)省了大量能耗。