編碼器反饋信號對變頻調速系統地影響

余智偉

今年4月，在我單位所使用的一臺紅光港機廠生產3號龍門吊上出現了這樣一個故障，起升機構在空載的時候都無法完成上升的動作只能下降，并且電機在運行過程中有明顯的震動并發出嘯叫聲，同廠生產地其它3臺龍門吊也經常出現超速控制器動作，變頻器出現過電流等故障。出現超速控制器動作也是一個很危險地信號！因為電機在運行過程中轉速大于最大設定轉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，不斷加大電機地電流才會引起電機超速。但是武漢港機廠生產地4臺同樣配置的龍門吊沒有出現類似故障。為了更快地排除故障，我們就只能來認真分析發生引起故障的原因了，經過的分析并進行對比后，我們發現2個廠家有區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別最大。武漢港機廠起升機構的變頻器安裝在小車電氣房內，變頻器到編碼器的直線距離在10米以內而紅光港機廠的起升機構變頻器安裝在主大梁，信號線要先經過拖鏈裝置再進大梁最后進變頻器，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行測量發現方波上面出現了明顯地諧波干擾。對編碼器類型及信號傳輸電纜進線更換后，故障排除，到現在已經運行一個多月，沒有出現類似故障。

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識編碼器。旋轉編碼器是將轉速信號進行編碼、轉換為可用以通訊、傳輸和存儲的信號形式的設備。 其結構由一個中心有軸的光電碼盤，其上有環形通、暗的刻線，有光電發射和接收器件讀取，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，可增強穩定信號；另每轉輸出一個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與反轉，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進制編碼，這樣的編碼器是由碼盤的機械位置決定的，它不受停電、干擾的影響。增量脈沖編碼器是將位移轉換成周期性的電信號，再把這個電信號轉變成計數脈沖，用脈沖的個數表示位移的大小。絕對值編碼器的每一個位置對應一個確定的數字碼，因此它的示值只與測量的起始和終止位置有關，而與測量的中間過程無關。編碼器和變頻器是互補互誠地，首先變頻器先將50hz的交流電轉變成0——50hz可控交流電。編碼器將電機的轉速變成數字信號送到變頻器，變頻器通過將輸入轉速的數字量減去光電編碼器經轉換的實時轉速數字量，從而得到一個控制矢量。該控制量經變頻器轉換成相對應頻率的交流電電源，從而得到電機的速度控制閉環。如果編碼器出現故障，得不到或者得到錯誤編碼器輸出的數字信號，變頻器就會默認其錯誤數字信號從而出現各種故障。

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/轉提高到1024線/轉；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-推挽輸出變為了LY-長線驅動。

從上圖中我們可以看出推挽輸出與長線驅動區別在于推挽輸出使用地是共用一個零電位，當電壓大于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從而輸出一個個方波。而長線驅動使用地是獨立零，正負波形對稱形式，由于其正負電流方向相反，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，因為其有反向信號，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，我對編碼器地結構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：

1.編碼器的選用對現場使用環境是有一定的要求的，選型的時候應該重點考慮其適用范圍。

2. 編碼器的電纜線應采用屏蔽電纜，最好是使用雙絞屏蔽進口電纜 。 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在同一管道內，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行干擾。編碼器的插座的接地屏蔽端必須在內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。

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識，并采取相應的處理措施，才能夠減少彼此之間的相互危害，更大程度的確保生產的正常進行和設備的穩定。