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    繞線機(jī)是電機(jī)制造企業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備之一。在生產(chǎn)中，由于梭型線圈的形式、匝數(shù)、電磁線截面、并繞根數(shù)等的不同，特別是對(duì)品種多數(shù)量少的各種規(guī)格電機(jī)線圈的繞制，更是要求繞線機(jī)的速度可調(diào)范圍大，調(diào)節(jié)方便，并具有較平穩(wěn)的起動(dòng)特性和制動(dòng)特性，在以不同的速度繞制時(shí)，都應(yīng)具有足夠的轉(zhuǎn)矩。隨著變頻調(diào)速技術(shù)的成熟，繞線機(jī)已逐步采用變頻調(diào)速替代傳統(tǒng)機(jī)械變速箱調(diào)速的趨勢(shì)，如何掌握變頻調(diào)速在繞線機(jī)應(yīng)用的特點(diǎn)，對(duì)保證設(shè)備安全與正常運(yùn)行尤為重要。且交流變頻調(diào)速方案由于費(fèi)用低、可無(wú)級(jí)平滑調(diào)速、維護(hù)方便等優(yōu)良的調(diào)速性能，目前已取代直流調(diào)速系統(tǒng)，成為調(diào)速方案的首選。

1 變頻調(diào)速與電磁制動(dòng)的基本原理

1.1 變頻調(diào)速的基本原理

變頻調(diào)速就是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子供電頻率來(lái)改變同步轉(zhuǎn)速而實(shí)現(xiàn)調(diào)速的。要使異步電動(dòng)機(jī)的供電頻率可變，就必須有一套變頻電源。變頻調(diào)速設(shè)備就是將恒壓、恒頻電源轉(zhuǎn)換為變壓、變頻調(diào)速的變頻電源裝置。

變頻器基本原理如圖 1 所示：

交流電經(jīng)整流橋變換成直流后，通過(guò)大容量電容 C 濾波輸出直流電壓 U0, 控制電路采用 PWM 或 PAM 方式有序控制 V1—V6 的導(dǎo)通與關(guān)斷， U、V、W 輸出端輸出頻率可調(diào)的接近正弦波電壓。限流電阻起到電流取樣的作用，當(dāng)出現(xiàn)過(guò)流情況時(shí)，限流電阻上取樣電壓升高，通過(guò)設(shè)置保護(hù)閾值的大小，可實(shí)現(xiàn)多種形式的過(guò)流保護(hù)。當(dāng)電機(jī)在實(shí)現(xiàn)制動(dòng)時(shí)，反饋的能量會(huì)使電容端 U0 升高，通過(guò)檢測(cè) U0 的大小來(lái)開(kāi)啟開(kāi)關(guān)管 V，投入制動(dòng)電阻，保證制動(dòng)回饋的能量消耗在制動(dòng)電阻上。

由公式 E=4.44*K*F*N*Φ 可以看出，在變頻調(diào)速時(shí)，如果電壓恒定不變，電動(dòng)機(jī)的磁通 Φ 隨著運(yùn)行頻率 f 在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，它極容易使電動(dòng)機(jī)的磁路嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流的波形嚴(yán)重畸變，產(chǎn)生峰值很高的尖峰電流。因此，頻率與電壓要成比例地改變，即改變頻率的同時(shí)控制變頻器輸出電壓，保證 V/f 一定，就可以使電動(dòng)機(jī)的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。

1.2 電磁離合器的基本原理

電磁離合器是一種將主動(dòng)側(cè)扭力傳達(dá)給被動(dòng)側(cè)的連接器 , 可以據(jù)需要自由的結(jié)合 , 切離或制動(dòng) , 因使用電磁力來(lái)作動(dòng) , 稱(chēng)之電磁離合器 , 制動(dòng)器 , 具有響應(yīng)速度快 , 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。

其原理是：激磁線圈通電時(shí)形成磁場(chǎng)，磁粉在磁場(chǎng)作用下磁化,形成磁粉鏈,并在固定的導(dǎo)磁體與轉(zhuǎn)子間聚合，靠磁粉的結(jié)合力和摩擦力實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。激磁電流消失時(shí)磁粉處于自由松散狀態(tài)，制動(dòng)作用解除。這種制動(dòng)器體積小，重量輕 , 激磁功率小 , 而且制動(dòng)力矩與轉(zhuǎn)動(dòng)件轉(zhuǎn)速無(wú)關(guān)，但磁粉會(huì)引起零件磨損。它便于自動(dòng)控制，適用于各種機(jī)器的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

電磁離合器的選型一般以所需傳達(dá)最大轉(zhuǎn)矩為依據(jù)來(lái)選定，并同時(shí)注意保證實(shí)際滑差功率小于電磁離合器、制動(dòng)器的允許滑差功率。

 計(jì)算公式如下：

 實(shí)際滑差功率 P=2×3.14×M×n/60=F*V( 單位：W)

 公式中：M 為實(shí)際工作轉(zhuǎn)矩（N/m）； F為張力（N）；

n 為 滑差轉(zhuǎn)速（r/min） ,V 為 線速度（m/s）電磁離合、電磁制動(dòng)器在散熱條件一定時(shí)，其滑差功率是一定值，因此其實(shí)際工作轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以相互補(bǔ)償，即滑差轉(zhuǎn)速提高時(shí)，則許用轉(zhuǎn)矩將相應(yīng)下降，但最高轉(zhuǎn)速不得高于其許可轉(zhuǎn)速。

2 繞線機(jī)的電路改造

2.1 主電機(jī)控制電路中的變頻調(diào)速應(yīng)用

根據(jù)梭型線圈在繞制過(guò)程中對(duì)速度、轉(zhuǎn)矩、起動(dòng)特性和制動(dòng)特性等要求及我部門(mén)使用的梭型線圈繞線機(jī)的技術(shù)參數(shù)和性能的分析，經(jīng)研究決定利用變頻器對(duì)繞線機(jī)進(jìn)行速度調(diào)節(jié)和制動(dòng)，替代傳統(tǒng)的齒輪變速箱調(diào)速。由于繞制線圈要求主軸平緩啟動(dòng)以最短的時(shí)間達(dá)到額定轉(zhuǎn)速，線圈繞制完后，要求主軸轉(zhuǎn)速迅速平緩的降到零，導(dǎo)致主軸電機(jī)需在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)的啟停。運(yùn)轉(zhuǎn)或是正反運(yùn)轉(zhuǎn)，故其驅(qū)動(dòng)采用三菱通用型變頻器（FR-F740-15K-CHT）進(jìn)行正反轉(zhuǎn)的運(yùn)行控制，并在變頻器的三相交流電源輸入端（R、S、T）加入交流電抗器，其作用是擬制輸入電流的高次諧波，改善和提高功率因素，以保證變頻器的安全運(yùn)行。變頻制動(dòng)部分采用能耗式制動(dòng)單元并配備鋁合金外殼電阻，這樣可以將電機(jī)在減速過(guò)程中所產(chǎn)生的再生電能以熱能的形式消耗在電阻上，達(dá)到很好的制動(dòng)效果，而擁有全密封填充材料和高散熱性鋁合金外殼的制動(dòng)電阻，具有極強(qiáng)的耐振性、散熱性及長(zhǎng)期穩(wěn)定性，保證了變頻器控制電機(jī)時(shí)

的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。其原理圖如下：

電器控制部分主電路和控制電路如圖 4 所示。它們由三菱通用型變頻器 (FR-F740-15K-CHT)、按扭開(kāi)關(guān)（SB）、接觸器 (KM)、熱繼電器 (FR)、腳踏開(kāi)關(guān) J、精密電位器RP，中間繼電器（KA）、計(jì)數(shù)器 H 等組成。當(dāng)開(kāi)關(guān) KI、限位開(kāi)關(guān) J( 腳踏調(diào)速器控制 ) 閉臺(tái)耐，接觸器 C 常開(kāi)觸點(diǎn)吸臺(tái)，經(jīng)接觸器 KM1 吸合將 50Hz380V 三相交流電壓加在變頻器的 R、S、T 三個(gè)輸入端上，并對(duì)其進(jìn)行整流、濾波，變成平滑的直流電壓，通過(guò)變頻器的大功率晶體管逆變成可變電壓、可變頻率的三相交流電壓，并在變頻器的 U、V、W 端輸出。精密電位器 RP 為變頻器頻率給定電位器，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器值來(lái)調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率（5~50Hz）．腳踏開(kāi)關(guān)經(jīng)過(guò)中間繼電器控制變頻器的正反向運(yùn)轉(zhuǎn)，，達(dá)到調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ( 速度調(diào)節(jié)范圍：10~1500r ／ min) 的目的。制動(dòng)由變頻器外接制動(dòng)單元與制動(dòng)電阻 (R—3000W60Ω) 進(jìn)行直流能耗制動(dòng)。匝數(shù)計(jì)數(shù)器由直接與主軸相聯(lián)的編碼器和計(jì)數(shù)器組成。

2.2 電磁制動(dòng)電路的改造

電磁制動(dòng)器的張力控制采用手動(dòng)控制 , 在放線過(guò)程中進(jìn)行調(diào)整離合器或制動(dòng)器的扭矩，從而獲得所需的張力，這要求使用者檢查被控材料的張力，確定調(diào)節(jié)輸出力矩，這種方案可使本次改造節(jié)約一定的設(shè)備成本，并且在不增加操作者難度的情況下也能保證工藝技術(shù)要求。

兩個(gè)供線盤(pán)的電磁制動(dòng)器相同，采用兩套相對(duì)獨(dú)立的穩(wěn)壓可調(diào)電源，電壓調(diào)整范圍 0―15VDC、電流≥ 3A，就能保證電磁制動(dòng)器的張力大小可調(diào)，并滿(mǎn)足線圈的繞制。我們用的穩(wěn)壓可調(diào)電源是基于 LT1083 系列大功率低壓差三端穩(wěn)壓芯片的高穩(wěn)定度低紋波直流穩(wěn)壓電源。其穩(wěn)壓器件LT1083CP 系列可調(diào)穩(wěn)壓器的效率大大高于現(xiàn)有器件，可以提供 7.5A 輸出電流（需要足夠大的散熱器），并能在低至1V 的壓差條件下運(yùn)行，壓降在最大電流條件下保證在 1.5V以?xún)?nèi)，其具有輸出電壓穩(wěn)定度高、輸出電流大、低紋波、低功耗等特點(diǎn)，濾波電路更是采用大容量電解電容濾波，增加了輸出電壓的穩(wěn)定性，同時(shí)本套電源做成之后具有過(guò)熱、過(guò)載、短路等多種保護(hù)。為電磁制動(dòng)器長(zhǎng)時(shí)間的工作提供了更加安全、穩(wěn)定的保障。

通過(guò)圖 5 的電源原理圖，接觸器 KM2 吸合將 50Hz220V交流電經(jīng)變壓器降壓輸出 15VAC，再通過(guò)橋式整流電路，大容量濾波電路送入三端穩(wěn)壓模塊 LT1083CP, 由精密電阻 RP調(diào)節(jié)輸出的直流電壓（0-15VDC）來(lái)控制電磁離合器張力大小。

2.3 改造后的效果

（1）故障率：

改造前 改造后

平均每月一次 基本無(wú)故障

（2）主軸啟動(dòng)平緩符合工藝要求：

3 接線注意事項(xiàng)

（1）變頻器的控制回路 ( 圖中為控制回路端子 ) 的控制線必須采用屏蔽線(圖中為屏蔽線)并且遠(yuǎn)離主回路(圖中為主回路端子 ) 接線，屏蔽線僅一端接地。

（2）為防止意外事故發(fā)生 , 接地端子 E 或 必須可靠接地(接地阻抗應(yīng)在100歐以下),否則會(huì)有漏電狀況發(fā)生。

（3）電機(jī)容量應(yīng)等于或小于變頻器容量。

（4）主回路配線時(shí) , 其線徑規(guī)格的選擇請(qǐng)按照國(guó)家電工法規(guī)有關(guān)規(guī)定實(shí)行配線。

（5）為盡量減少電磁干擾的影響 , 電磁接觸器要遠(yuǎn)離變頻器 , 或加裝浪涌吸收裝置。

（6）勿將交流輸入電源 R\S\T 端子接到變頻器輸出端子 U\V\W。

（7）變頻器部分功能參數(shù)設(shè)置如下：Pr 1 上限頻率0 ～ 120Hz 設(shè)置為 50 Hz，Pr 2 下限頻率 0 ～ 120Hz 設(shè)置為 5 Hz，Pr 7 加速時(shí)間 0 ～ 3600 設(shè)置為 5s，Pr 7 減速時(shí)間0～3600 設(shè)置為1.5s，Pr 9電子過(guò)電流保護(hù)0～3600A設(shè)置為 20A，Pr 79 運(yùn)行模式選擇 0 ～ 7 設(shè)置為 2，其它參數(shù)采用出產(chǎn)默認(rèn)值。

4 結(jié)語(yǔ)

整套電器柜改造完成后，經(jīng)試運(yùn)行，主軸電機(jī)起動(dòng)平緩了，消除了沖擊電流，電磁場(chǎng)干擾也大大降低了，工作時(shí)的轉(zhuǎn)速也可在限制范圍內(nèi)隨意調(diào)整，供線盤(pán)的張力調(diào)整比改造前也更加平滑穩(wěn)定。