自动控制系统在绕线机中的应用

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摘 要：介绍了电压互感器绕线机的电气工作原理，着重介绍了绕线机的电气设计过程及工作原理。

关键词：变频器;可编程控制器;触摸屏;电压互感器绕线机

中图分类号：TP273文献标识码：A文章编号：1672-3198（2007）12-0283-01

1 电压互感器绕线机的工艺要求

（1）自动绕线，速度可调，排线要自动跟随；

（2）根据需要输入线径，绕线匝数后能自动计算出每层匝数和总层数；

（3）要求低速启动，高速运行，停止前转低速运行；

（4）要进行必要的保护措施，如短路、过载、断线、限位等保护措施。

2 电气设计思路

（1）根据主轴绕线电机要求速度可调，采用变频器调速，主轴电机的功率较小，在设计过程中采用了0.75KW 、220V 微型变频器，采用220V单相电电源输入，380V三相电源输出，电源应用广泛，适用各种场合，无需三相电源。调速采用手动调速和自动调速两种形式。在变频器设置中，低速运行频率设定为2HZ，速度约为每分钟50转，中速运行频率设定为30HZ，速度约为每分钟850转。高速运行频率设定为50HZ，速度约为每分钟1450转。加减数时间设定为1S。由于电机没有安装制动设备，采用自然停车，故而在停止前4～5匝必须减速运行，否则由于电机运行惯性，在停车时产生误差。

（2）排线控制部分采用步进电机控制滚珠丝杆的水平移动，步进电机控制器采用二相细分控制器，步进角度最高可达0.09 度，每圈需要4000个脉冲数，通过细分控制可达20000个脉冲数。滚珠丝杆的螺距设计为50mm，排线控制精度达到0.0025mm，该精度足够满足各种漆包线的线径要求。

（3）主轴和排线的联动部分，采用的是用旋转编码器从主轴绕线电机中采样出脉冲数据，通过可编程控制器来控制步进电机的脉冲数，从而使排线水平运动与主轴转速同步。在设计过程中采用了每转脉冲数为1000双路输出的旋转编码器，可以进行正反向计数。由于脉冲数多，采样频率高，故而在选用可编程控制器的时候采用晶体管输出型。在可编程控制器中，采用32位高速计数输入，在控制排线定位时，采用1000脉冲输出控制步进电机进行水平方向定位。

（4）数据输入部分采用了人机界面，触摸屏输入。触摸屏与可编程控制器连接，作为可编程控制器的输入控制。在触摸屏中设置了各种初始数据，根据实际使用情况可以进行线径、匝数、幅宽等数据的输入。在输入线径和幅宽后，可编程控制器进行数值计算将幅宽除以线径得到层匝数，在计算过程中，根据所输入的线径的大小增加不同的绕线间隙，使的设备运行准确可靠。在将总匝数除以层匝数得出总层数，并根据绕线的线径和绝缘纸的厚度自动计算出绕制线圈的总高度。触摸屏除了输入数据外还与可编程控制器的计数器及数据寄存器相配合用来作为运行监视器，将设备的运行数据显示在触摸屏上。操作人员根据所显示出来的数据进行比较调整数据，使产品符合国家标准。

（5）绕制的漆包线装置中采用磁性张力器进行张力控制，通过调节磁性张力器的控制电压可对漆包线的松紧度进行调节。

（6）在保护措施上采用电感接近开关对排线的左右限位进行保护，在电源输入端采用熔断器和漏电保护开关进行短路保护和漏电保护，在漆包线进线装置中安装了断线保护，主轴电机的过载保护通过变频器的设定来完成保护功能。

3 工作原理

在开机前，将需要绕制的电压互感器的铁芯固定在支架上，将绕制的漆包线固定作业人员输入需绕制线圈的参数，包含线径、匝数、幅宽等数据后，通过可编程控制器自动数值计算在触摸屏上显示出层匝数，总层数等参数。启动主轴电机，电机慢速绕制2～3圈后，开始高速运转，此时速度可由脚踏调速开关调节或用自动调节，最高速度可达每分钟1400转。排线根据主轴的绕制方向做同步水平移动。当一层的匝数快到时，变频器控制主轴电机自动减速，电机慢速运行4～5后停止。由于电机没有安装制动设备，采用自然停车，故而在停止前4～5匝必须减速运行，否则由于电机运行惯性，在停车时产生误差。一层结束后上绝缘纸，然后重新开始运行。排线的方向自动向反方向运行。当总匝数到达前4～5匝时，变频器控制主轴电机自动减速，电机慢速运行4～5后停止。

电压互感器自动数控绕线机在实际使用过程中，能极大的减少了操作人员的工作强度，大大提高的工作效率。在许多生产厂家中应用获得好评。