繞線(xiàn)機是電機制造企業(yè)的關(guān)鍵生產(chǎn)設備之一。在生產(chǎn)中,由于梭型線(xiàn)圈的形式、匝數、電磁線(xiàn)截面、并繞根數等的不同,特別是對品種多數量少的各種規格電機線(xiàn)圈的繞制,更是要求繞線(xiàn)機的速度可調范圍大,調節方便,并具有較平穩的起動(dòng)特性和制動(dòng)特性,在以不同的速度繞制時(shí),都應具有足夠的轉矩。隨著(zhù)變頻調速技術(shù)的成熟,繞線(xiàn)機已逐步采用變頻調速替代傳統機械變速箱調速的趨勢,如何掌握變頻調速在繞線(xiàn)機應用的特點(diǎn),對保證設備安全與正常運行尤為重要。且交流變頻調速方案由于費用低、可無(wú)級平滑調速、維護方便等優(yōu)良的調速性能,目前已取代直流調速系統,成為調速方案的首選。
1 變頻調速與電磁制動(dòng)的基本原理
1.1 變頻調速的基本原理
變頻調速就是通過(guò)改變電動(dòng)機定子供電頻率來(lái)改變同步轉速而實(shí)現調速的。要使異步電動(dòng)機的供電頻率可變,就必須有一套變頻電源。變頻調速設備就是將恒壓、恒頻電源轉換為變壓、變頻調速的變頻電源裝置。
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 的導通與關(guān)斷, U、V、W 輸出端輸出頻率可調的接近正弦波電壓。限流電阻起到電流取樣的作用,當出現過(guò)流情況時(shí),限流電阻上取樣電壓升高,通過(guò)設置保護閾值的大小,可實(shí)現多種形式的過(guò)流保護。當電機在實(shí)現制動(dòng)時(shí),反饋的能量會(huì )使電容端 U0 升高,通過(guò)檢測 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,在變頻調速時(shí),如果電壓恒定不變,電動(dòng)機的磁通 Φ 隨著(zhù)運行頻率 f 在相當大的范圍內變化,它極容易使電動(dòng)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(shí)控制變頻器輸出電壓,保證 V/f 一定,就可以使電動(dòng)機的磁通保持一定,避免弱磁和磁飽和現象的產(chǎn)生,實(shí)現恒轉矩調速。
1.2 電磁離合器的基本原理
電磁離合器是一種將主動(dòng)側扭力傳達給被動(dòng)側的連接器 , 可以據需要自由的結合 , 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 , 具有響應速度快 , 結構簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。
其原理是:激磁線(xiàn)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,并在固定的導磁體與轉子間聚合,靠磁粉的結合力和摩擦力實(shí)現制動(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)力矩與轉動(dòng)件轉速無(wú)關(guān),但磁粉會(huì )引起零件磨損。它便于自動(dòng)控制,適用于各種機器的驅動(dòng)系統。
電磁離合器的選型一般以所需傳達最大轉矩為依據來(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)際工作轉矩(N/m); F為張力(N);
n 為 滑差轉速(r/min) ,V 為 線(xiàn)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)際工作轉矩與轉速可以相互補償,即滑差轉速提高時(shí),則許用轉矩將相應下降,但最高轉速不得高于其許可轉速。
2 繞線(xiàn)機的電路改造
2.1 主電機控制電路中的變頻調速應用
根據梭型線(xiàn)圈在繞制過(guò)程中對速度、轉矩、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(xiàn)圈繞線(xiàn)機的技術(shù)參數和性能的分析,經(jīng)研究決定利用變頻器對繞線(xiàn)機進(jìn)行速度調節和制動(dòng),替代傳統的齒輪變速箱調速。由于繞制線(xiàn)圈要求主軸平緩啟動(dòng)以最短的時(shí)間達到額定轉速,線(xiàn)圈繞制完后,要求主軸轉速迅速平緩的降到零,導致主軸電機需在短時(shí)間內反復的啟停。運轉或是正反運轉,故其驅動(dòng)采用三菱通用型變頻器(FR-F740-15K-CHT)進(jìn)行正反轉的運行控制,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(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,具有極強的耐振性、散熱性及長(cháng)期穩定性,保證了變頻器控制電機時(shí)
的正常運轉。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)、計數器 H 等組成。當開(kāi)關(guān) KI、限位開(kāi)關(guān) J( 腳踏調速器控制 ) 閉臺耐,接觸器 C 常開(kāi)觸點(diǎn)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(gè)輸入端上,并對其進(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)調節電位器值來(lái)調節變頻器的輸出頻率(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轉,,達到調節電動(dòng)機轉速 ( 速度調節范圍: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)。匝數計數器由直接與主軸相聯(lián)的編碼器和計數器組成。
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(xiàn)過(guò)程中進(jìn)行調整離合器或制動(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,確定調節輸出力矩,這種方案可使本次改造節約一定的設備成本,并且在不增加操作者難度的情況下也能保證工藝技術(shù)要求。
兩個(gè)供線(xiàn)盤(pán)的電磁制動(dòng)器相同,采用兩套相對獨立的穩壓可調電源,電壓調整范圍 0―15VDC、電流≥ 3A,就能保證電磁制動(dòng)器的張力大小可調,并滿(mǎn)足線(xiàn)圈的繞制。我們用的穩壓可調電源是基于 LT1083 系列大功率低壓差三端穩壓芯片的高穩定度低紋波直流穩壓電源。其穩壓器件LT1083CP 系列可調穩壓器的效率大大高于現有器件,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?xún)�,其具有輸出電壓穩定度高、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。為電磁制動(dòng)器長(cháng)時(shí)間的工作提供了更加安全、穩定的保障。
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壓模塊 LT1083CP, 由精密電阻 RP調節輸出的直流電壓(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(xiàn)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(xiàn)必須采用屏蔽線(xiàn)(圖中為屏蔽線(xiàn))并且遠離主回路(圖中為主回路端子 ) 接線(xiàn),屏蔽線(xiàn)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(huì )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(xiàn)時(shí) , 其線(xiàn)徑規格的選擇請按照國家電工法規有關(guān)規定實(shí)行配線(xiàn)。
(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(shí)間 0 ~ 3600 設置為 5s,Pr 7 減速時(shí)間0~3600 設置為1.5s,Pr 9電子過(guò)電流保護0~3600A設置為 20A,Pr 79 運行模式選擇 0 ~ 7 設置為 2,其它參數采用出產(chǎn)默認值。
4 結語(yǔ)
整套電器柜改造完成后,經(jīng)試運行,主軸電機起動(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)的轉速也可在限制范圍內隨意調整,供線(xiàn)盤(pán)的張力調整比改造前也更加平滑穩定。