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为什么电机上要安装编码器? 编码器如何工作?

2023-08-23 09:32:28

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    1. 什么是编码器?

    电机运行过程中,实时监测电流、转速、转轴在圆周方向的相对位置等参数,可以判断电机本体及被拖动设备的状态,进一步控制电机的运行。实时了解电机和设备的运行状态,从而实现伺服、调速等多种特定功能。 这里,使用编码器作为前端测量组件,不仅大大简化了测量系统,而且精确、可靠、功能强大。 编码器是一种旋转传感器,将旋转部件的位置和位移转换成一系列数字脉冲信号。 这些脉冲信号由控制系统采集和处理,发出一系列指令来调整和改变设备的运行状态。 如果编码器与齿轮齿条或螺杆组合,还可以用来测量直线运动部件的位置和位移。

    1. 编码器分类

    编码器是一种将机械与电子紧密结合起来,对信号或数据进行编码、转换,以实现信号数据的通信、传输和存储的精密测量装置。 根据不同的特点,编码器的分类如下:

    • 码轮和码尺。 将直线位移转换为电信号的编码器称为码尺,将角位移转换为电信号的编码器称为码盘。
    • 增量编码器。 提供位置、角度和圈数等信息,并定义每圈脉冲数的分辨率。
    • 绝对编码器。 位置、角度和圈数等信息以角度增量提供,并且每个角度增量都被赋予唯一的代码。
    • 混合式绝对编码器。 混合式绝对编码器输出两组信息:一组信息用于检测磁极位置,具有绝对信息功能; 另一组与增量编码器的输出信息完全相同。

    电机常用编码器

    • 增量编码器

    直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B、Z相。 A、B两组脉冲相位差90°,可以轻松判断旋转方向; Z相每转一脉冲,用于参考点定位。 其优点:原理和结构简单,平均机械寿命达数万小时以上,抗干扰能力强,可靠性高,适合长距离传输。 缺点:无法输出轴旋转的绝对位置信息。

    • 绝对编码器

    直接输出数字量的传感器。 传感器的圆形码盘上沿径向有数条同心码道。 每个轨道由透光和不透明扇区交替组成。 相邻码道中的扇区数量是双倍的。 ,码盘上的码道数就是其二进制位数。 码盘的一侧是光源,另一侧有与每个码道对应的感光元件; 当码盘处于不同位置时,每个光敏元件无论是否被照亮,都会转换相应的电平信号,形成二进制数。

    这种编码器的特点是不需要计数器,在转轴的任意位置都可以读取与该位置相对应的固定数字代码。 显然,代码轨道越多,分辨率就越高。 对于N位二进制分辨率的编码器,其码盘必须有N个码道。 目前国内已有16位绝对式编码器产品。

    1. 编码器的工作原理

    它由一个中心有轴的光电码盘组成,上面有环形暗刻线,由光电发射和接收装置读取,得到四组正弦波信号,组合成A、 B、C、D。每个正弦波相位差90度(相对于一个周期360度),C、D信号反转叠加在A、B相上,增强信号稳定; 另外,每转输出一个Z相脉冲来表示零参考位。

    1. 位置测量与反馈控制原理

    编码器在电梯、机床、材料加工、电机反馈系统以及测控设备中发挥着极其重要的作用。 编码器采用光栅和红外光源,通过接收器将光信号转换为TTL(HTL)电信号,通过对TTL电平频率和数量的分析,直观地反映电机的旋转角度和旋转位置。高水平。

    由于可以精确测量角度和位置,因此可以使用编码器和变频器组成闭环控制系统,使控制更加精确。 这就是为什么电梯和机床可以如此精确地使用。

    5. 总结

    综上所述,我们了解到编码器按照结构分为增量型和绝对型。 它们还将其他信号(例如光信号)转换为可以分析和控制的电信号。 我们生活中常见的电梯、机床等只是基于电机的精确调节。 通过电信号的反馈闭环控制,编码器与变频器配合,理所当然地实现精确控制。

    编码器结构

    由于A、B相相差90度,通过比较A相在前还是B相在前即可判断编码器的正反转,并可得到编码器的零参考位置通过零脉冲获得。 编码器码盘由玻璃、金属和塑料制成。 玻璃码盘在玻璃上刻有细刻线。 它们具有良好的热稳定性和高精度。 金属码盘上直接刻有通行和无通行,不易破损。 但由于金属有一定的厚度,精度受到限制,而且其热稳定性比玻璃差一个数量级。 塑料码盘经济,成本低,但精度、热稳定性、使用寿命都较差。

    分辨率——编码器每转360度所提供的明刻或暗刻线的数量称为分辨率,也称为分辨率分度,或者直接称重有多少线,一般为每转5至10,000线。

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