张力系统和自动纠偏系统在箔带绕制过程中的应用

      介绍了以直流电机产生箔带张力的张力系统和以光电模拟量传感器为检测元件、伺服电机为执行元件的箔带自动纠偏系统，其中，用直流电机产生箔带张力的方法在箔带绕制过程中的应用属首创，对提高我国的配电变压器的制造技术水平有重要意义。

　　1 引言
　　
　　在变压器低压线圈箔带绕制过程中，箔带张力的可控性和稳定性以及箔带自动纠偏系统的精准性是保证绕制线圈质量的重要条件。就箔带张力系统而言，目前国内外现有的张力方式均为机械摩擦式，摩擦力大小调节采用机械弹簧、气压或液压，这些方式张力调节不准确，稳定性差，动静摩擦力不一，摩擦元件为易损件，噪音及震动大，摩擦发热严重，液压系统泄露污染环境，系统故障点多，维护及维修工作量大，更重要的是，这些张力方式均为被动式，在绕制过程中，若要停绕或退绕，箔带上的张力消失。箔带张力不稳定会造成所绕制的线圈直流电阻不一，线圈外径超差，匝间松紧不一，而且由此还会引起箔带跑偏。在箔带自动纠偏系统方面，国内目前使用接触式液压随动纠偏或光电开关量传感器检测并纠偏，这几种方式要么对较薄箔带不适用而且零位不准，要么存在纠偏死区大，精度不高，严重时造成线圈高度尺寸超差等质量问题。因此，研究和设计新的箔带张力系统和自动纠偏系统具有重要的现实意义。
　　
　　2 直流电机产生张力的箔带张力系统
　　
　　2.1 系统组成及特点
　　
　　由直流电机产生张力的箔带张力系统组成如图1所示。
　　
　　电机6通过减速机5驱动绕线模4转动将箔带2按工艺要求绕在绕线模上，在绕制过程中，由直流电机8通过减速机10给开卷轴1上施加反向扭矩M，该扭矩通过料卷转化为箔带2上的张力T，T=2M/d1，在d1一定时，要改变张力T的大小，就必须改变直流电机8的扭矩M，而靠调节直流电机的电枢电流就可轻易改变其输出扭M。可见，这一系统中箔带张力调节不需要机械操

　　
　　图1 张力系统示意图
　　
　　Fig.1 Diagram of foil tension system
　　
　　作，方便准确，稳定性好，无机械摩擦，动静摩擦张力一致，和以往所采取的张力方式相反，该张力方式为主动式，即无论绕制、停绕或退绕，所设定的张力始终存在（机械摩擦张力只有在有相对运动的绕制过程中才有摩擦张力，停绕或退绕时无张力），这样绕制的全过程张力一致，确保了线圈的绕制质量。
　　
　　我们知道，以往采用的摩擦张力系统中，收卷电机6的做功绝大部分以摩擦发热的形式被消耗掉，电能被白白浪费掉。但是在直流电机产生张力的张力系统中，在收卷电机6拉动箔带2的过程中，产生张力的直流电机8实际上处于再生发电状态，这时，直流电机一方面对箔带产生张力，另外还会发出电能，所发出的电能又通过直流电机控制器反馈回电网，实现节能。和摩擦制动张力系统相比较，直流电机张力系统可节约大量电能。又因为没有采用机械摩擦，无液压系统，所以，该系统无易损易耗件，故障点少，维护维修费用减少，生产效率提高，无噪音、无液压泄露污染。该张力方式应用到低压线圈箔带绕制过程中为国内外首创，技术国际领先。

　　2.2 恒张力的实现
　　
　　如图1示，设箔带所需张力为T时，电机8的输出扭矩为Md，通过速比为i的减速机后施加在开卷轴上的扭矩为M，则有关系T=2M_di/d₁，可以看出，随着绕制过程中箔带料卷直径d₁不断减小，要保证箔带所要求的张力T恒定，只要根据卷径d₁的变化随时自动调节直流电机的输出扭矩M_d(通过改变其给定电流实现)即可，因此，实时检测卷径d₁成为这一问题的关键。本设计中采用了计算法来测量卷径，如图1示，在过辊3的轴端安装编码器7，开卷轴端部安装编码器9，设箔带的线速度为V,过辊3的转速为n₂,开卷机的转速为n₁,控制系统通过对编码器7、编码器9的实时采样可以测算出某时段过辊3及开卷轴1的转速n₂及n₁,由V=πn₁d₁及V=πn₂d₂，且d₂为已知固定值，控制系统就可以自动计算出料卷卷径

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