在自动化控制中经常会碰到各种电机的控制，在输送带、升降机、提升小车等较大功率的电机大部分是用变频电机，各个品牌PLC+变频器驱动控制变频电机也很普及了。

      于是用户关于变频电机和编码器之间就有各种各样的问题出现了:

• 变频电机为什么要装编码器?

• 不装编码器也行吗?

• 变频电机装了编码器，就是可以作为异步伺服控制了？

• 就可以做定位控制了吗?

• 有些变频电机控制不仅装了一个编码器，还有双编码器闭环，是怎么回事？

• 有人说，“变频电机做不好定位的，也做不好同步，要做同步控制就要换同步伺服电机”?
  

• 变频电机的编码器信号经常被干扰，也很容易坏，该怎么选编码器呢？

  各种问题层出不穷，所以先与大家讨论一下变频电机为什么要装编码器这个问题。

一

基本概念：变频电机驱动没有位置环。变频电机上的编码器是“速度编码器”，是为精确计算电机反电动势的速度反馈。电机反电动势与电机转子转速成正比。

由于伺服电机的普及使用，现在很多控制的思路都会向伺服电机比较与衡量，尽管变频控制早于伺服控制。伺服电机的控制是位置环、速度环、力矩环的闭环控制，这在永磁同步电机的设计原理上就有体现，驱动电流的相位与转子的位置同步，伺服电机的驱动已确定了位置环是“天然”闭环的。而在变频电机驱动是异步的，有时也称为异步电机，即使加上电机后部编码器的反馈，它也只有速度环，没有在电机驱动上的“位置环”，因此这个编码器就是“速度编码器”。

变频电机编码器作为速度编码器，它主要的目的是作为电机转子反电动势的计算，以达到对应当前电机反电动势的精准驱动控制。

当驱动电流启动电机转子旋转，根据电磁定律，当磁场变化时，附近的导体会产生感应电动势，其方向符合法拉第定律和楞次定律，与原先加在线圈两端的电压正好相反。这个电压就是反电动势。

以能量守恒法则：

电机驱动器送出的电能=机械能（驱动电流与反电动势平衡）+损耗（电机电流阻抗热损、机械阻力、配阻箱热损等）。

电机在启动加速时，必须达到驱动电流产生的旋转势能大于反电动势能（矢量为正），但也不能过大，过大的电流是损耗在电机热能和配阻箱热能上的。速度编码器的反馈提供给变频器计算反电动势，以使驱动旋转势能正好大于反电动势能。

每台电机有各自的特性常数，反电动势与电机转子转速和这个特性常数成正比关系。

• 反电动势=特性常数 X 转子转速

 安装有编码器的变频电机，编码器信号反馈给变频驱动器，计算出当前的电机反电动势，变频驱动器给出合理的控制电流。

当编码器反馈给变频器的信号计算出电机转速偏低，远低于设计的对应驱动电流下电机应该达到的旋转速度，此时称为电机驱动“失速”，变频电机失速意味着反电动势偏低，电能都用到了热损上去了（反电动势偏低，电压分配给阻抗上），此时电机线圈电阻抗低，电流增大而电机发烫，或者变频器电流偏大，有可能就会烧损电机或者变频器，这时需要失速保护，而停止电机驱动。

对应这种可能出现的变频电机失速，早期常用的方法就是把电机功率和变频器功率设计的更大，要有足够的大，有足够的余量对应大电流热损，防止烧坏电机或者变频器器件，并且需要配备一个很大的配电阻箱，过电压分配将瞬间启动时的过余能量在配电阻箱平衡。这就造成电机设计的体积大，变频器效率低的浪费。而且在电机驱动加速时浪费了很多能量在热损上。

变频电机加装编码器，就可以提高电机与变频器在启动时的能量效率，减少电机与变频器损坏的可能。

一个比喻，开车的老司机都知道，车辆从低速启动时是最耗油的，如果是上坡加速更加耗油。电机驱动也是一样的道理，电机的能量损耗大部分是在启动加速时。变频电机如果想要真正达到节能的效果，最好就要加编码器反馈，在启动时精细化控制电流，减少启动热损的能量浪费，同时也保护电机与变频器不易损坏。

因此，如果变频电机编码器选型与安装得当，由于电机与变频器效率的提高，损害故障的减少，并且能真正体现变频电机的节能效果，多装一个编码器所获得的效益是远远大于一个编码器的价格。

二

矢量控制模式，编码器反馈可提高加速度-力矩控制的执行力

矢量是指有方向性的控制。电机驱动的势能保持对反电动势的势能为正时，是加速。

电机驱动的势能保持对反电动势的势能为负时，是减速。

矢量控制是对电机的加减速执行力效果的精细化控制，尤其是在电机启动低速加速，和电机减速定位停止时（低速段）的执行力精准性。

以牛顿第二定律来言：F=kma ;           F=力；m=质量；k=惯性常数；a=加速度

加（减）速度对应电机力矩，矢量控制对应电机力矩控制的执行力。如果要达到矢量控制的精准性，需要转子加速度的精确反馈，最好由编码器作为加速度计算的反馈传感器。

也有电机用霍尔传感器作为速度加速度反馈；也有无传感器的方案，是利用电机自身线圈采样反电动势采集计算。但是，霍尔传感器和无传感器方案中，在低速时的反馈采集精度都很差，这就是说在电机启动低速时，和电机减速停止时的矢量控制没有了精度，是粗糙的控制。

安装有速度编码器的传感反馈，一般为1024PPR的脉冲反馈，精度高于霍尔传感器，或者无传感器的电机线圈自身反电动势的精度，尤其是在低速启动时的高效节能，和在减速停止时的定位执行精准度。

那么变频电机不装编码器也行吗？

当然可以。不过它就没有了低速时的速度与加速度的反馈精度，低速时驱动器控制精度也就没有了。而电机能耗在电机启动加速（低速）时最大，电机与变频器的故障损坏在电机启动加速( 低速时)占50%以上。