绕线机设备中变频技术的应用

 行业资讯     |      2020-05-25 11:02
在电机制造行业当中,绕线机其中一种非常重要的生产设备 。同时,在进行生产的时候,因为梭型线圈在形式,以及匝数,电磁线截面,以及并绕根数等方面都是有所差异的,尤其在种类比较多,数量少的各规格电机线圈的绕制过程当中,绕线机速度的可调范围大,调节便利,并且启动以及制动性能较为稳定。绕制过程当中,在不同的速度下都要有足够的转矩。由于现在变频调速技术越来越成熟,现在变频调速技术在绕线机当中慢慢成为主流。怎么利用变频调速在绕线机当中的应用,对设备正常安全运行时特别重要的。而且交流变频调速方案整体的费用比较低,可以实现无极平滑调速,维护起来也非常方便。现在已经慢慢渠道了直流调速系统,是目前调速方案当中最主流的一种形式。

一、变频调速与电磁制动的基本原理

1、变频调速的基本原理
变频调速就是通过改变电动机定子供电频率来改变同步转速而实现调速的。要使异步电动机的供电频率可变,就必须有一套变频电源。变频调速设备就是将恒压、恒频电源转换为变压、变频调速的变频电源装置。
变频器基本原理如图 1 所示:
 
交流电经整流桥变换成直流后,通过大容量电容 C 滤波输出直流电压 U0, 控制电路采用 PWM 或 PAM 方式有序控制 V1—V6 的导通与关断, U、V、W 输出端输出频率可调的接近正弦波电压。限流电阻起到电流取样的作用,当出现过流情况时,限流电阻上取样电压升高,通过设置保护阈值的大小,可实现多种形式的过流保护。当电机在实现制动时,反馈的能量会使电容端 U0 升高,通过检测 U0 的大小来开启开关管 V,投入制动电阻,保证制动回馈的能量消耗在制动电阻上。
由公式 E=4.44*K*F*N*Φ 可以看出,在变频调速时,如果电压恒定不变,电动机的磁通 Φ 随着运行频率 f 在相当大的范围内变化,它极容易使电动机的磁路严重饱和,导致励磁电流的波形严重畸变,产生峰值很高的尖峰电流。因此,频率与电压要成比例地改变,即改变频率的同时控制变频器输出电压,保证 V/f 一定,就可以使电动机的磁通保持一定,避免弱磁和磁饱和现象的产生,实现恒转矩调速。
2、电磁离合器的基本原理
电磁离合器是一种将主动侧扭力传达给被动侧的连接器 , 可以据需要自由的结合 , 切离或制动 , 因使用电磁力来作动 , 称之电磁离合器 , 制动器 , 具有响应速度快 , 结构简单等优点。
其原理是:激磁线圈通电时形成磁场,磁粉在磁场作用下磁化,形成磁粉链,并在固定的导磁体与转子间聚合,靠磁粉的结合力和摩擦力实现制动。激磁电流消失时磁粉处于自由松散状态,制动作用解除。这种制动器体积小,重量轻 , 激磁功率小 , 而且制动力矩与转动件转速无关,但磁粉会引起零件磨损。它便于自动控制,适用于各种机器的驱动系统。
电磁离合器的选型一般以所需传达最大转矩为依据来选定,并同时注意保证实际滑差功率小于电磁离合器、制动器的允许滑差功率。
绕线机变频器 
 
计算公式如下:
 实际滑差功率 P=2×3.14×M×n/60=F*V( 单位:W)
 公式中:M 为实际工作转矩(N/m); F为张力(N); 
n 为 滑差转速(r/min) ,V 为 线速度(m/s)电磁离合、电磁制动器在散热条件一定时,其滑差功率是一定值,因此其实际工作转矩与转速可以相互补偿,即滑差转速提高时,则许用转矩将相应下降,但最高转速不得高于其许可转速。

二、 绕线机的电路改造

1、主电机控制电路中的变频调速应用
根据梭型线圈在绕制过程中对速度、转矩、起动特性和制动特性等要求及我部门使用的梭型线圈绕线机的技术参数和性能的分析,经研究决定利用变频器对绕线机进行速度调节和制动,替代传统的齿轮变速箱调速。由于绕制线圈要求主轴平缓启动以最短的时间达到额定转速,线圈绕制完后,要求主轴转速迅速平缓的降到零,导致主轴电机需在短时间内反复的启停。运转或是正反运转,故其驱动采用三菱通用型变频器(FR-F740-15K-CHT)进行正反转的运行控制,并在变频器的三相交流电源输入端(R、S、T)加入交流电抗器,其作用是拟制输入电流的高次谐波,改善和提高功率因素,以保证变频器的安全运行。变频制动部分采用能耗式制动单元并配备铝合金外壳电阻,这样可以将电机在减速过程中所产生的再生电能以热能的形式消耗在电阻上,达到很好的制动效果,而拥有全密封填充材料和高散热性铝合金外壳的制动电阻,具有极强的耐振性、散热性及长期稳定性,保证了变频器控制电机时
的正常运转。其原理图如下:
电器控制部分主电路和控制电路如图 4 所示。它们由三菱通用型变频器 (FR-F740-15K-CHT)、按扭开关(SB)、接触器 (KM)、热继电器 (FR)、脚踏开关 J、精密电位器RP,中间继电器(KA)、计数器 H 等组成。当开关 KI、限位开关 J( 脚踏调速器控制 ) 闭台耐,接触器 C 常开触点吸台,经接触器 KM1 吸合将 50Hz380V 三相交流电压加在变频器的 R、S、T 三个输入端上,并对其进行整流、滤波,变成平滑的直流电压,通过变频器的大功率晶体管逆变成可变电压、可变频率的三相交流电压,并在变频器的 U、V、W 端输出。精密电位器 RP 为变频器频率给定电位器,通过调节电位器值来调节变频器的输出频率(5~50Hz).脚踏开关经过中间继电器控制变频器的正反向运转,,达到调节电动机转速 ( 速度调节范围:10~1500r / min) 的目的。制动由变频器外接制动单元与制动电阻 (R—3000W60Ω) 进行直流能耗制动。匝数计数器由直接与主轴相联的编码器和计数器组成。
 绕线机变频器
 
2、电磁制动电路的改造
电磁制动器的张力控制采用手动控制 , 在放线过程中进行调整离合器或制动器的扭矩,从而获得所需的张力,这要求使用者检查被控材料的张力,确定调节输出力矩,这种方案可使本次改造节约一定的设备成本,并且在不增加操作者难度的情况下也能保证工艺技术要求。
两个供线盘的电磁制动器相同,采用两套相对独立的稳压可调电源,电压调整范围 0―15VDC、电流≥ 3A,就能保证电磁制动器的张力大小可调,并满足线圈的绕制。我们用的稳压可调电源是基于 LT1083 系列大功率低压差三端稳压芯片的高稳定度低纹波直流稳压电源。其稳压器件LT1083CP 系列可调稳压器的效率大大高于现有器件,可以提供 7.5A 输出电流(需要足够大的散热器),并能在低至1V 的压差条件下运行,压降在最大电流条件下保证在 1.5V以内,其具有输出电压稳定度高、输出电流大、低纹波、低功耗等特点,滤波电路更是采用大容量电解电容滤波,增加了输出电压的稳定性,同时本套电源做成之后具有过热、过载、短路等多种保护。为电磁制动器长时间的工作提供了更加安全、稳定的保障。
通过图 5 的电源原理图,接触器 KM2 吸合将 50Hz220V交流电经变压器降压输出 15VAC,再通过桥式整流电路,大容量滤波电路送入三端稳压模块 LT1083CP, 由精密电阻 RP调节输出的直流电压(0-15VDC)来控制电磁离合器张力大小。
绕线机变频器 
 
3、改造后的效果
(1)故障率:
改造前 改造后
平均每月一次 基本无故障
(2)主轴启动平缓符合工艺要求:
绕线机变频器 
 

三、 接线注意事项

1、变频器的控制回路 ( 图中为控制回路端子 ) 的控制线必须采用屏蔽线(图中为屏蔽线)并且远离主回路(图中为主回路端子 ) 接线,屏蔽线仅一端接地。
2、为防止意外事故发生 , 接地端子 E 或 必须可靠接地(接地阻抗应在100欧以下),否则会有漏电状况发生。
3、电机容量应等于或小于变频器容量。
4、主回路配线时 , 其线径规格的选择请按照国家电工法规有关规定实行配线。
5、为尽量减少电磁干扰的影响 , 电磁接触器要远离变频器 , 或加装浪涌吸收装置。
6、勿将交流输入电源 R\S\T 端子接到变频器输出端子 U\V\W。
7、变频器部分功能参数设置如下:Pr 1 上限频率0 ~ 120Hz 设置为 50 Hz,Pr 2 下限频率 0 ~ 120Hz 设置为 5 Hz,Pr 7 加速时间 0 ~ 3600 设置为 5s,Pr 7 减速时间0~3600 设置为1.5s,Pr 9电子过电流保护0~3600A设置为 20A,Pr 79 运行模式选择 0 ~ 7 设置为 2,其它参数采用出产默认值。

四、总结

在对电器柜进行改造完毕以后,先进行试运行工作,在这过程当中,主轴电机的启动比较平缓,冲击电流得以消除,电磁场的干扰得到有效解决,在运行的时候转速可以再限制范围内进行自由调整,供线盘的张力调整也比改造之前也相对平滑稳定。