繞線機是電機制造企業(yè)的關鍵生產(chǎn)設備之一。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，特別是對品種多數(shù)量少的各種規(guī)格電機線圈的繞制，更是要求繞線機的速度可調(diào)范圍大，調(diào)節(jié)方便，并具有較平穩(wěn)的起動特性和制動特性，在以不同的速度繞制時，都應具有足夠的轉(zhuǎn)矩。隨著變頻調(diào)速技術的成熟，繞線機已逐步采用變頻調(diào)速替代傳統(tǒng)機械變速箱調(diào)速的趨勢，如何掌握變頻調(diào)速在繞線機應用的特點，對保證設備安全與正常運行尤為重要。且交流變頻調(diào)速方案由于費用低、可無級平滑調(diào)速、維護方便等優(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)速就是通過改變電動機定子供電頻率來改變同步轉(zhuǎn)速而實現(xiàn)調(diào)速的。要使異步電動機的供電頻率可變，就必須有一套變頻電源。變頻調(diào)速設備就是將恒壓、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 的導通與關斷， 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，當出現(xiàn)過流情況時，限流電阻上取樣電壓升高，通過設置保護閾值的大小，可實現(xiàn)多種形式的過流保護。當電機在實現(xiàn)制動時，反饋的能量會使電容端 U0 升高，通過檢測 U0 的大小來開啟開關管 V，投入制動電阻，保證制動回饋的能量消耗在制動電阻上。
由公式 E=4.44*K*F*N*Φ 可以看出，在變頻調(diào)速時，如果電壓恒定不變，電動機的磁通 Φ 隨著運行頻率 f 在相當大的范圍內(nèi)變化，它極容易使電動機的磁路嚴重飽和，導致勵磁電流的波形嚴重畸變，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，即改變頻率的同時控制變頻器輸出電壓，保證 V/f 一定，就可以使電動機的磁通保持一定，避免弱磁和磁飽和現(xiàn)象的產(chǎn)生，實現(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側扭力傳達給被動側的連接器 , 可以據(jù)需要自由的結合 , 切離或制動 , 因使用電磁力來作動 , 稱之電磁離合器 , 制動器 , 具有響應速度快 , 結構簡單等優(yōu)點。
其原理是：激磁線圈通電時形成磁場，磁粉在磁場作用下磁化,形成磁粉鏈,并在固定的導磁體與轉(zhuǎn)子間聚合，靠磁粉的結合力和摩擦力實現(xiàn)制動。激磁電流消失時磁粉處于自由松散狀態(tài)，制動作用解除。這種制動器體積小，重量輕 , 激磁功率小 , 而且制動力矩與轉(zhuǎn)動件轉(zhuǎn)速無關，但磁粉會引起零件磨損。它便于自動控制，適用于各種機器的驅(qū)動系統(tǒng)。
電磁離合器的選型一般以所需傳達最大轉(zhuǎn)矩為依據(jù)來選定，并同時注意保證實際滑差功率小于電磁離合器、制動器的允許滑差功率。
計算公式如下：
實際滑差功率 P=2×3.14×M×n/60=F*V( 單位：W)
公式中：M 為實際工作轉(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、電磁制動器在散熱條件一定時，其滑差功率是一定值，因此其實際工作轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速可以相互補償，即滑差轉(zhuǎn)速提高時，則許用轉(zhuǎn)矩將相應下降，但最高轉(zhuǎn)速不得高于其許可轉(zhuǎn)速。
2 繞線機的電路改造
2.1 主電機控制電路中的變頻調(diào)速應用
根據(jù)梭型線圈在繞制過程中對速度、轉(zhuǎn)矩、起動特性和制動特性等要求及我部門使用的梭型線圈繞線機的技術參數(shù)和性能的分析，經(jīng)研究決定利用變頻器對繞線機進行速度調(diào)節(jié)和制動，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以最短的時間達到額定轉(zhuǎn)速，線圈繞制完后，要求主軸轉(zhuǎn)速迅速平緩的降到零，導致主軸電機需在短時間內(nèi)反復的啟停。運轉(zhuǎn)或是正反運轉(zhuǎn)，故其驅(qū)動采用三菱通用型變頻器（FR-F740-15K-CHT）進行正反轉(zhuǎn)的運行控制，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行。變頻制動部分采用能耗式制動單元并配備鋁合金外殼電阻，這樣可以將電機在減速過程中所產(chǎn)生的再生電能以熱能的形式消耗在電阻上，達到很好的制動效果，而擁有全密封填充材料和高散熱性鋁合金外殼的制動電阻，具有極強的耐振性、散熱性及長期穩(wěn)定性，保證了變頻器控制電機時
的正常運轉(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)、按扭開關（SB）、接觸器 (KM)、熱繼電器 (FR)、腳踏開關 J、精密電位器RP，中間繼電器（KA）、計數(shù)器 H 等組成。當開關 KI、限位開關 J( 腳踏調(diào)速器控制 ) 閉臺耐，接觸器 C 常開觸點吸臺，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 三個輸入端上，并對其進行整流、濾波，變成平滑的直流電壓，通過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，通過調(diào)節(jié)電位器值來調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率（5~50Hz）．腳踏開關經(jīng)過中間繼電器控制變頻器的正反向運轉(zhuǎn)，，達到調(diào)節(jié)電動機轉(zhuǎn)速 ( 速度調(diào)節(jié)范圍：10~1500r ／ min) 的目的。制動由變頻器外接制動單元與制動電阻 (R—3000W60Ω) 進行直流能耗制動。匝數(shù)計數(shù)器由直接與主軸相聯(lián)的編碼器和計數(shù)器組成。
2.2 電磁制動電路的改造
電磁制動器的張力控制采用手動控制 , 在放線過程中進行調(diào)整離合器或制動器的扭矩，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要求。
兩個供線盤的電磁制動器相同，采用兩套相對獨立的穩(wěn)壓可調(diào)電源，電壓調(diào)整范圍 0―15VDC、電流≥ 3A，就能保證電磁制動器的張力大小可調(diào)，并滿足線圈的繞制。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 的壓差條件下運行，壓降在最大電流條件下保證在 1.5V以內(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，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，同時本套電源做成之后具有過熱、過載、短路等多種保護。為電磁制動器長時間的工作提供了更加安全、穩(wěn)定的保障。
通過圖 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 基本無故障
（2）主軸啟動平緩符合工藝要求：
3 接線注意事項
（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(接地阻抗應在100歐以下),否則會有漏電狀況發(fā)生。
（3）電機容量應等于或小于變頻器容量。
（4）主回路配線時 , 其線徑規(guī)格的選擇請按照國家電工法規(guī)有關規(guī)定實行配線。
（5）為盡量減少電磁干擾的影響 , 電磁接觸器要遠離變頻器 , 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)設置如下：Pr 1 上限頻率0 ～ 120Hz 設置為 50 Hz，Pr 2 下限頻率 0 ～ 120Hz 設置為 5 Hz，Pr 7 加速時間 0 ～ 3600 設置為 5s，Pr 7 減速時間0～3600 設置為1.5s，Pr 9電子過電流保護0～3600A設置為 20A，Pr 79 運行模式選擇 0 ～ 7 設置為 2，其它參數(shù)采用出產(chǎn)默認值。
4 結語
整套電器柜改造完成后，經(jīng)試運行，主軸電機起動平緩了，消除了沖擊電流，電磁場干擾也大大降低了，工作時的轉(zhuǎn)速也可在限制范圍內(nèi)隨意調(diào)整，供線盤的張力調(diào)整比改造前也更加平滑穩(wěn)定。
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