编码器反馈信号对变频调速系统地影响

余智伟

今年4月，在我单位所使用的一台红光港机厂生产3号龙门吊上出现了这样一个故障，起升机构在空载的时候都无法完成上升的动作只能下降，并且电机在运行过程中有明显的震动并发出啸叫声，同厂生产地其它3台龙门吊也经常出现超速控制器动作，变频器出现过电流等故障。出现超速控制器动作也是一个很危险地信号！因为电机在运行过程中转速大于最大设定转速超速控制器才会动作。只有变频器接受到了错误地反馈信号，不断加大电机地电流才会引起电机超速。但是武汉港机厂生产地4台同样配置的龙门吊没有出现类似故障。为了更快地排除故障，我们就只能来认真分析发生引起故障的原因了，经过的分析并进行对比后，我们发现2个厂家有区别地地方就在编码器反馈信号传输线的长度，信号线的布置，信号线的选用三个方面，其中所使用线的长度区别最大。武汉港机厂起升机构的变频器安装在小车电气房内，变频器到编码器的直线距离在10米以内而红光港机厂的起升机构变频器安装在主大梁，信号线要先经过拖链装置再进大梁最后进变频器，线路总长超过80米，而且大梁中信号线与动力线在同一线槽。后来我们就怀疑问题出在反馈信号上面，用示波器对反馈信号进行测量发现方波上面出现了明显地谐波干扰。对编码器类型及信号传输电缆进线更换后，故障排除，到现在已经运行一个多月，没有出现类似故障。

为什么更换了编码器以后就可以排除故障。那么我们首先就要认识编码器。旋转编码器是将转速信号进行编码、转换为可用以通讯、传输和存储的信号形式的设备。 其结构由一个中心有轴的光电码盘，其上有环形通、暗的刻线，有光电发射和接收器件读取，获得四组正弦波信号组合成A、B、C、D，每个正弦波相差90度相位差，将C、D信号反向，叠加在A、B两相上，可增强稳定信号；另每转输出一个Z相脉冲以代表零位参考位。 由于A、B两相相差90度，可通过比较A相在前还是B相在前，以判别编码器的正转与反转，通过零位脉冲，可获得编码器的零位参考位。编码器可以分为.绝对值脉冲编码器和增量脉冲编码器两种。绝对值编码器是在编码器光码盘上有刻上许多到线，每道刻线依次以2线、4线、8线、16线编排，这样，在编码器的每一个位置，通过读取每道刻线的通、暗，获得一组从2的零次方到2的n-1次方的唯一的2进制编码，这样的编码器是由码盘的机械位置决定的，它不受停电、干扰的影响。增量脉冲编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。绝对值编码器的每一个位置对应一个确定的数字码，因此它的示值只与测量的起始和终止位置有关，而与测量的中间过程无关。编码器和变频器是互补互诚地，首先变频器先将50hz的交流电转变成0——50hz可控交流电。编码器将电机的转速变成数字信号送到变频器，变频器通过将输入转速的数字量减去光电编码器经转换的实时转速数字量，从而得到一个控制矢量。该控制量经变频器转换成相对应频率的交流电电源，从而得到电机的速度控制闭环。如果编码器出现故障，得不到或者得到错误编码器输出的数字信号，变频器就会默认其错误数字信号从而出现各种故障。

在更换以前我们使用的编码器型号为：HEN40-600H-3F.AC更换以后地型号为： HEN1024D-6LY.AC。从型号上面我们就可以看出来分解度提高了，由600线/转提高到1024线/转；输出信号线也由3根增加到了6根；电压由24V改为5V，输出形式也由F-推挽輸出变为了LY-长线驱动。

从上图中我们可以看出推挽输出与长线驱动区别在于推挽输出使用地是共用一个零电位，当电压大于0.7V时就会形成一个高电位，小于0.1V时就会形成一个低电位通过编码器地旋转从而输出一个个方波。而长线驱动使用地是独立零，正负波形对称形式，由于其正负电流方向相反，可以抵消对外电磁场干扰，故抗干扰能力较强从而减少其它线路对其影响。

在F型中三路信号输出即A，B和Z，A，B脉冲相差90度，每圈发出一个Z脉冲。LY型中有A+～A-，B+～B-，Z+～Z-，6个脉冲，A+～A-，B+～B-，Z+～Z-输出地信号是刚好相反地，因为其有反向信号，所以在电缆传输过程中信号是对称的，这样所受干扰就很小，变频器在识别过程中可以增加判断，减少错误。

通过参加全程参加这次故障排查处理，我对编码器地结构原理有了更深刻更全面地了解，在以后地工作中我们要注意以下几点：

1.编码器的选用对现场使用环境是有一定的要求的，选型的时候应该重点考虑其适用范围。

2. 编码器的电缆线应采用屏蔽电缆，最好是使用双绞屏蔽进口电缆 。 电缆屏蔽端必须可靠接地一般采用单端接地，两端接地在有电势差地情况下会在屏蔽层形成电流从而形成新干扰源。

3.编码器电缆不能与动力电缆敷设在同一管道内，且走线方向尽量避免与动力线平行，以免动力线中电流不断变化而形成地磁场对反馈信号进行干扰。编码器的插座的接地屏蔽端必须在内部与编码器外壳连接，保证外壳不带电荷。

4.不在带电的情况下连接或拆装信号电缆，以免造成短路，损坏编码器和系统。

随着电气自动化程度的提高，各种干扰也日益增多，只有对变频器的干扰问题有深入的认识，并采取相应的处理措施，才能够减少彼此之间的相互危害，更大程度的确保生产的正常进行和设备的稳定。