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本系統(tǒng)是基于環(huán)形繞線(xiàn)機(jī)設(shè)計(jì)的，通過(guò)對(duì)實(shí)地考察并與操作人員交談后發(fā)現(xiàn)：工人在操作環(huán)形繞線(xiàn)機(jī)時(shí)是將未繞線(xiàn)鐵芯放入 3 個(gè)滾動(dòng)輪中，具體操作是：

1）打開(kāi)儲(chǔ)線(xiàn)環(huán)本體燕尾鎖條，將儲(chǔ)線(xiàn)環(huán)開(kāi)口活動(dòng)段分開(kāi)，讓未繞線(xiàn)鐵芯中心空位穿越儲(chǔ)線(xiàn)環(huán)開(kāi)口部分。

2）鎖上鎖條，踩下腳踏開(kāi)關(guān)，使儲(chǔ)線(xiàn)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，其最高轉(zhuǎn)速可達(dá) 700 r/min，中途需用手將繞線(xiàn)鐵心中的線(xiàn)頭拔到另一邊去。

由于繞線(xiàn)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)快，工人需要很快的速度而又熟練的動(dòng)作去操作，這時(shí)就出現(xiàn) 2 種傷指現(xiàn)象：

1）已斷漆包線(xiàn)斷頭會(huì)插入手指，造成手指受傷。

2）高速運(yùn)轉(zhuǎn)的銅絲會(huì)壓到手指，輕者手指皮外出，重者壓斷手指。

1、 變頻器工作原理

交流變頻器 的工作原理是：變頻技術(shù)是通過(guò)變頻器改變電源頻率，從而改變交流異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速的一種技術(shù)。通過(guò)變頻器先進(jìn)行交流到直流的變換，再通過(guò)變頻器進(jìn)行直流到交流的變換，從而控制交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速。而本項(xiàng)目的廣日 JG 系列環(huán)形繞線(xiàn)機(jī)對(duì)變頻器的控制是通過(guò)控制輸入變頻器的模擬電壓，進(jìn)而控制變頻器輸出電源的頻率，使交流電機(jī)的轉(zhuǎn)速跟隨輸出電源頻率的變化而變化。

2、 三相異步電動(dòng)機(jī)變頻調(diào)速

三相異步電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式為

n=60 f/p（1-s）， （1）

式中，n 為三相異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，f 為供電頻率，p 為電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)，s 為轉(zhuǎn)差率。

由式（1）可知，改變 f、p 及 s 均可達(dá)到改變 n 的目的。

異步電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩是電機(jī)的磁通與轉(zhuǎn)子內(nèi)流過(guò)電流之間相互作用而產(chǎn)生的，在額定頻率下，如果電壓一定而只降低頻率，那么磁通就過(guò)大，磁回路飽和，嚴(yán)重時(shí)將燒毀電機(jī)。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，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。由于通用變頻器一般采用 V/f 控制，即變壓變頻（VVVF）方式調(diào)速，改變頻率和電壓是最優(yōu)的電機(jī)控制方法。變頻調(diào)速是通過(guò)改變電動(dòng)機(jī)定子電源的頻率，從而改變其同步轉(zhuǎn)速的調(diào)速方法。其特點(diǎn)為：

1）效率高，調(diào)速過(guò)程中沒(méi)有附加損耗。2）應(yīng)用范圍廣，可用于籠型異步電動(dòng)機(jī)。3）調(diào)速范圍大，特性硬，精度高。因此本研究選擇變頻調(diào)速方法。

3、繞線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)基本組成

最初設(shè)計(jì)該系統(tǒng)主要由 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)、光電隔離繼電器模塊和紅外線(xiàn)數(shù)字避障傳感器組成。其中 51 單片機(jī)最小系統(tǒng)包括：電源、外部晶振電路、復(fù)位電路和 STC89C52 芯片，后期經(jīng)過(guò)實(shí)踐，采用邏輯控制模塊更精準(zhǔn)。該防護(hù)裝置主要由紅外線(xiàn)數(shù)字避障傳感器、邏輯控制模塊和繼電器降速模塊組成。

當(dāng)操作人員的手進(jìn)入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，紅外線(xiàn)數(shù)字傳感器將檢測(cè)到的信號(hào)反饋給邏輯控制模塊，邏輯控制模塊根據(jù)所反饋的信號(hào)輸出相應(yīng)控制信號(hào)至繼電器降速模塊，繼電器降速模塊將不同阻值電阻串接進(jìn)腳踏調(diào)速回路中，實(shí)現(xiàn)降低繞線(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而起到安全防護(hù)作用。

4、繞線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)裝置

繞線(xiàn)機(jī)系統(tǒng)裝置主要有 3 部分構(gòu)成，即控制系統(tǒng)盒、工作臺(tái)上的傳感器布置及腳踏調(diào)速控制，如圖 2 所示。

圖 2 中，1 為繞線(xiàn)機(jī)工作臺(tái)，2 為控制盒，3 為機(jī)架，4 為儲(chǔ)線(xiàn)環(huán)，5 為豎向支架，6 為第一橫向支架，7為第二橫向支架，8 為滑槽，9 為傳感器導(dǎo)軌，10 為腳踏調(diào)速器，11 為紅外傳感器，12 為超聲波傳感器。