編碼器反饋信號對變頻調(diào)速系統(tǒng)地影響

余智偉

今年4月，在我單位所使用的一臺紅光港機(jī)廠生產(chǎn)3號龍門吊上出現(xiàn)了這樣一個故障，起升機(jī)構(gòu)在空載的時候都無法完成上升的動作只能下降，并且電機(jī)在運(yùn)行過程中有明顯的震動并發(fā)出嘯叫聲，同廠生產(chǎn)地其它3臺龍門吊也經(jīng)常出現(xiàn)超速控制器動作，變頻器出現(xiàn)過電流等故障。出現(xiàn)超速控制器動作也是一個很危險地信號！因?yàn)殡姍C(jī)在運(yùn)行過程中轉(zhuǎn)速大于最大設(shè)定轉(zhuǎn)速超速控制器才會動作。只有變頻器接受到了錯誤地反饋信號，不斷加大電機(jī)地電流才會引起電機(jī)超速。但是武漢港機(jī)廠生產(chǎn)地4臺同樣配置的龍門吊沒有出現(xiàn)類似故障。為了更快地排除故障，我們就只能來認(rèn)真分析發(fā)生引起故障的原因了，經(jīng)過的分析并進(jìn)行對比后，我們發(fā)現(xiàn)2個廠家有區(qū)別地地方就在編碼器反饋信號傳輸線的長度，信號線的布置，信號線的選用三個方面，其中所使用線的長度區(qū)別最大。武漢港機(jī)廠起升機(jī)構(gòu)的變頻器安裝在小車電氣房內(nèi)，變頻器到編碼器的直線距離在10米以內(nèi)而紅光港機(jī)廠的起升機(jī)構(gòu)變頻器安裝在主大梁，信號線要先經(jīng)過拖鏈裝置再進(jìn)大梁最后進(jìn)變頻器，線路總長超過80米，而且大梁中信號線與動力線在同一線槽。后來我們就懷疑問題出在反饋信號上面，用示波器對反饋信號進(jìn)行測量發(fā)現(xiàn)方波上面出現(xiàn)了明顯地諧波干擾。對編碼器類型及信號傳輸電纜進(jìn)線更換后，故障排除，到現(xiàn)在已經(jīng)運(yùn)行一個多月，沒有出現(xiàn)類似故障。

為什么更換了編碼器以后就可以排除故障。那么我們首先就要認(rèn)識編碼器。旋轉(zhuǎn)編碼器是將轉(zhuǎn)速信號進(jìn)行編碼、轉(zhuǎn)換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設(shè)備。 其結(jié)構(gòu)由一個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組合成A、B、C、D，每個正弦波相差90度相位差，將C、D信號反向，疊加在A、B兩相上，可增強(qiáng)穩(wěn)定信號；另每轉(zhuǎn)輸出一個Z相脈沖以代表零位參考位。 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。編碼器可以分為.絕對值脈沖編碼器和增量脈沖編碼器兩種。絕對值編碼器是在編碼器光碼盤上有刻上許多到線，每道刻線依次以2線、4線、8線、16線編排，這樣，在編碼器的每一個位置，通過讀取每道刻線的通、暗，獲得一組從2的零次方到2的n-1次方的唯一的2進(jìn)制編碼，這樣的編碼器是由碼盤的機(jī)械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。增量脈沖編碼器是將位移轉(zhuǎn)換成周期性的電信號，再把這個電信號轉(zhuǎn)變成計數(shù)脈沖，用脈沖的個數(shù)表示位移的大小。絕對值編碼器的每一個位置對應(yīng)一個確定的數(shù)字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關(guān)，而與測量的中間過程無關(guān)。編碼器和變頻器是互補(bǔ)互誠地，首先變頻器先將50hz的交流電轉(zhuǎn)變成0——50hz可控交流電。編碼器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速變成數(shù)字信號送到變頻器，變頻器通過將輸入轉(zhuǎn)速的數(shù)字量減去光電編碼器經(jīng)轉(zhuǎn)換的實(shí)時轉(zhuǎn)速數(shù)字量，從而得到一個控制矢量。該控制量經(jīng)變頻器轉(zhuǎn)換成相對應(yīng)頻率的交流電電源，從而得到電機(jī)的速度控制閉環(huán)。如果編碼器出現(xiàn)故障，得不到或者得到錯誤編碼器輸出的數(shù)字信號，變頻器就會默認(rèn)其錯誤數(shù)字信號從而出現(xiàn)各種故障。

在更換以前我們使用的編碼器型號為：HEN40-600H-3F.AC更換以后地型號為： HEN1024D-6LY.AC。從型號上面我們就可以看出來分解度提高了，由600線/轉(zhuǎn)提高到1024線/轉(zhuǎn)；輸出信號線也由3根增加到了6根；電壓由24V改為5V，輸出形式也由F-推挽輸出變?yōu)榱薒Y-長線驅(qū)動。

從上圖中我們可以看出推挽輸出與長線驅(qū)動區(qū)別在于推挽輸出使用地是共用一個零電位，當(dāng)電壓大于0.7V時就會形成一個高電位，小于0.1V時就會形成一個低電位通過編碼器地旋轉(zhuǎn)從而輸出一個個方波。而長線驅(qū)動使用地是獨(dú)立零，正負(fù)波形對稱形式，由于其正負(fù)電流方向相反，可以抵消對外電磁場干擾，故抗干擾能力較強(qiáng)從而減少其它線路對其影響。

在F型中三路信號輸出即A，B和Z，A，B脈沖相差90度，每圈發(fā)出一個Z脈沖。LY型中有A+～A-，B+～B-，Z+～Z-，6個脈沖，A+～A-，B+～B-，Z+～Z-輸出地信號是剛好相反地，因?yàn)槠溆蟹聪蛐盘?，所以在電纜傳輸過程中信號是對稱的，這樣所受干擾就很小，變頻器在識別過程中可以增加判斷，減少錯誤。

通過參加全程參加這次故障排查處理，我對編碼器地結(jié)構(gòu)原理有了更深刻更全面地了解，在以后地工作中我們要注意以下幾點(diǎn)：

1.編碼器的選用對現(xiàn)場使用環(huán)境是有一定的要求的，選型的時候應(yīng)該重點(diǎn)考慮其適用范圍。

2. 編碼器的電纜線應(yīng)采用屏蔽電纜，最好是使用雙絞屏蔽進(jìn)口電纜 。 電纜屏蔽端必須可靠接地一般采用單端接地，兩端接地在有電勢差地情況下會在屏蔽層形成電流從而形成新干擾源。

3.編碼器電纜不能與動力電纜敷設(shè)在同一管道內(nèi)，且走線方向盡量避免與動力線平行，以免動力線中電流不斷變化而形成地磁場對反饋信號進(jìn)行干擾。編碼器的插座的接地屏蔽端必須在內(nèi)部與編碼器外殼連接，保證外殼不帶電荷。

4.不在帶電的情況下連接或拆裝信號電纜，以免造成短路，損壞編碼器和系統(tǒng)。

隨著電氣自動化程度的提高，各種干擾也日益增多，只有對變頻器的干擾問題有深入的認(rèn)識，并采取相應(yīng)的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產(chǎn)的正常進(jìn)行和設(shè)備的穩(wěn)定。