CN102360930B - 变压器线圈绕制张力自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变压器线圈绕制张力自动控制系统，其包括开卷机、收卷机、开卷机旋转扭矩调节装置和收卷机旋转扭矩调节装置；其中，开卷机旋转扭矩调节装置包括开卷筒卷径检测组件，用于检测开卷筒的卷径变化量；和调节控制器，用于根据所述卷径变化量，动态地调节所述开卷筒的旋转扭矩，使得旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的当前张力位于预设张力值的误差范围内；所述收卷机旋转扭矩调节装置包括线圈卷径检测组件，用于检测绕制载体的卷径变化量；和变频器用于动态地调节所述绕制载体的旋转扭矩，以使得绕制载体上所绕制的绕制卷料的张力恒定。实现变压器线圈的电阻不平衡率能满足国家标准的相关要求，例如，相间电阻不平衡率≤4％，线间电阻不平衡率≤2％。<!-- 2 -->

Description

变压器线圈绕制张力自动控制系统

技术领域

本发明涉及线圈绕制系统，更具体地说，涉及一种变压器线圈绕制张力自动控制系统。

背景技术

三相变压器绕组的直流电阻不平衡率是变压器试验中的一项重要性能参数,它的大小影响到变压器三相线圈的电压、电流的平衡。三相变压器直流电阻不平衡会使变压器相间或相对地间有循环电流，增加变压器的附加损耗，甚至导致变压器不对称运行，将会引起事故。国家标准GB/T6451-1999中已明确规定了变压器直流电阻不平衡率的偏差限值。变压器线圈在绕制过程中若不能保证恒张力控制，其线圈的电阻不平衡率就不能满足国家标准的相关要求(例如，要求相间电阻不平衡率≤4％，线间电阻不平衡率≤2％)

目前国内变压器线圈绕制设备绝大部分仍采用机械式气动刹车盘产生摩擦制动扭矩，进而满足绕制卷料的张力的绕制要求。这种控制方式成本低。但由于是开环控制，张力不能根据绕制卷料的半径变化而进行自动调整，张力不能保持恒定状态。虽然，目前国内某设备厂家已研制了一种采用直流电机反向扭矩产生张力的自动张力控制系统(精度≤±10％)，但是这种系统投资成本高，而且没有考虑到收卷机一侧由于线圈半径变化(特别是对于绕制矩形线圈时，卷径的时时交替变化)要求收卷机侧的扭矩也需随之变化的要求。

另外，尽管在造纸、纺织的轻纺工业，开发了张力控制系统，但在变压器制造行业运用很少。过去国内一些设备厂家也曾尝试过采用造纸、纺织的轻纺工业的张力控制系统，但不适用，主要原因是绕制卷料的张力较大，张力反馈速度慢。

因此急需开发一种完全专用并适合于变压器线圈绕制的精度要求，经济实用的张力恒定的变压器线圈绕制张力自动控制系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种变压器线圈绕制张力自动控制系统，旨在解决现有技术中目前尚无一种完全专用并适合于变压器线圈绕制的精度要求，经济实用的张力恒定的变压器线圈绕制张力自动控制系统等方面的问题。

为了实现发明目的，提供了一种变压器线圈绕制张力自动控制系统，其包括开卷机和收卷机。其中，所述开卷机包括用于缠绕绕制卷料的开卷筒、带动所述开卷筒旋转的开卷机转轴、与所述开卷机转轴连接的气动刹车盘和至少一个用于夹持所述气动刹车盘的空压制动器；所述收卷机包括用于接收所述开卷筒输送的绕制卷料并绕制成线圈的绕制载体、用于安装并带动所述绕制载体旋转的收卷机转轴和带动所述收卷机转轴旋转的电机，所述变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括开卷机旋转扭矩调节装置和收卷机旋转扭矩调节装置；其中，

所述开卷机旋转扭矩调节装置包括：

开卷筒卷径检测组件，用于检测开卷筒的卷径变化量；

调节控制器，用于根据所述卷径变化量，控制为所述空压制动器提供气体输入的气压源的当前气体压力值的大小，以相应地调节空压制动器在夹持所述气动刹车盘时所施加的夹持力，从而动态地调节所述开卷筒的旋转扭矩，使得旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的的当前张力F1位于(F±δ)的范围内，其中，F为启动绕制变压器线圈时的预设张力值，δ为误差值；

所述收卷机旋转扭矩调节装置包括：

线圈卷径检测组件，用于检测绕制载体的卷径变化量；

变频器，用于根据所述线圈卷径变化量，调节所述电机的旋转速度，从而动态地调节所述绕制载体的旋转扭矩，以使得绕制载体上所绕制的绕制卷料的张力恒定。

优选的，所述开卷机包括多个空压制动器；在初始绕制变压器线圈时，所述调节控制器可选择地控制每个空压制动器夹持或松开所述气动刹车盘，以使得旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的的张力为预设张力值F。

优选的，由多个气压源以不同的预设气体压力值为所述空压制动器提供气体输入；在任意一时刻，仅由一个气压源为所述空压制动器提供气体输入，以使得所述空压制动器以相应大小的夹持力，夹持所述气动刹车盘。

优选的，由两个气压源以不同的预设气体压力值为四个空压制动器提供气体输入，以使得所述四个空压制动器以相应大小的夹持力，夹持所述气动刹车盘。

优选的，所述开卷机旋转扭矩调节装置还包括参数输入单元，用于将接收到的输入的预设张力值F发送到调节控制器。

优选的，所述变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括异常处理单元，用于获取开卷筒的卷径变化量和当前气体压力值，计算出旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的当前张力F1，并当F1＞(F+δ)或F1＜(F-δ)时，进行异常报警和/或控制所述电机运行。

优选的，所述开卷筒卷径检测组件包括与开卷筒的表面相接触的位移传感器和与所述位移传感器电连接的信号转换单元；所述信号转换单元与所述调节控制器电连接。

优选的，所述位移传感器是拉绳式位移传感器，所述调节控制器是可编程控制器。

优选的，所述线圈卷径检测组件包括与绕制载体的表面相接触的电位器，所述电位器与所述变频器电连接。

优选的，所述绕制载体是变压器线圈铁心或变压器线圈骨架模具。

实施本发明的变压器线圈绕制张力自动控制系统，具有以下有益效果：通过设置开卷机旋转扭矩调节装置和收卷机旋转扭矩调节装置可实时检测开卷筒上绕制卷料的卷径变化和实时检测绕制载体上线圈的卷径变化，从而相应地调节气压源为气动刹车盘提供的输入气体的压力值和电机的转速，以此相应地调节气动刹车盘的摩擦制动扭矩和绕制载体的旋转扭矩，使得绕制过程中，开卷筒上绕制卷料的张力恒定和线圈载体上绕制的绕制卷料的张力恒定，最终实现变压器线圈的电阻不平衡率能满足国家标准的相关要求，例如，相间电阻不平衡率≤4％，线间电阻不平衡率≤2％；通过由多个气压源择一地为多个空压制动器提供气体输入，及由多个空压制动器可选择地夹持或松开气动刹车盘，从而可排列出多组气动刹车盘摩擦制动扭矩，使得可满足不同变压器产品线圈的预设张力值要求。又进一步地，通过设置异常处理单元，可实时获取开卷筒的卷径变化量和当前气体压力值，从而计算出开卷筒上所缠绕的绕制卷料的的当前张力是否位于预设张力值的误差范围内，即是否以恒定张力值进行线圈绕制，若当前张力位于预设张力值的误差范围外时，则进行报警提示或者控制电机停止运行。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明变压器线圈绕制张力自动控制系统的结构示意图；

图2是图1所示的变压器线圈绕制张力自动控制系统第一实施例的系统框图；

图3是图1所示的变压器线圈绕制张力自动控制系统第二实施例的系统框图；

图4是图1所示的变压器线圈绕制张力自动控制系统第三实施例的系统框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的本发明的变压器线圈绕制张力自动控制系统中，其主要包括开卷机1和收卷机2，其中，用于制作变压器线圈的绕制卷料3首先是缠绕在开卷机1，收卷机2则用于安装绕制载体21，在绕制前，将缠绕到开卷机1上的绕制卷料3的自由端牵引到绕制载体21上，再启动运行后，由收卷机2和开卷机1的同步转动，将开卷机1上的绕制卷料3源源不断的输送到收卷机2，由安装在收卷机2的绕制载体21接收绕制卷料3，同时绕制成线圈，绕制完一个变压器线圈后，将绕制好线圈的绕制载体21卸下，再装上别的绕制载体21，继续进行绕制，从而形成对变压器线圈的批量绕制。在具体设计时，该绕制卷料3可以是铝箔，也可以是由别的合适的材料制成。该绕制载体21可以是变压器铁心或者变压器线圈骨架模具，当使用变压器铁心时，每绕制完一个线圈后，即得到一个最终的线圈铁心组件成品；如果是使用变压器线圈骨架模具时，每绕制完成一个线圈后，卸下变压器线圈铁心模块，再将成型的线圈从该变压器线圈骨架模具中脱模而出，再进一步组装到变压器线圈铁心上后方可完成一个最终的线圈铁心组件成品。

如图2所示本发明第一实施例的变压器线圈绕制张力自动控制系统中，开卷机1主要包括开卷筒11、开卷机12、气动刹车盘13、多个空压制动器14、多个气压源15和开卷机旋转扭矩调节装置；收卷机2主要包括绕制载体21、收卷机转轴22、电机23和收卷机旋转扭矩调节装置。其中，绕制载体3是缠绕在开卷筒11上，缠绕后的绕制载体3的自由端连接到绕制载体21，在工作中，收卷机2作为主动旋转的一方，而开卷机1作为从动旋转的一方，图2中的黑色粗线箭头表示旋转带动关系，即由电机23上电运行，带动收卷机转轴22旋转，收卷机转轴22带动绕制载体21旋转，绕制载体21在旋转过程中，一方面接收绕制卷料3并将绕制卷料3绕制成线圈，再由绕制卷料3带动开卷筒11旋转、开卷筒11带动开卷机转轴12旋转，气动刹车盘13与开卷机转轴12连接，从而气动刹车盘13在开卷机转轴12的带动下，进行同步转动。在上述工作转动过程中，开卷筒11上的绕制卷料3会逐渐减少，使得开卷筒11的卷径将逐渐减少，同时绕制载体21上的绕制卷料3将逐渐增加，使得绕制载体21的卷径逐渐增大。

在开卷机1一侧，开卷筒11上的绕制卷料3的张力F1的变化关系为：

F1＝T1/R1

其中，T1为开卷筒的旋转扭矩，R1为开卷筒的半径，由上式可知，张力F1与旋转扭矩T1成正比，与开卷筒半径R1成反比。为确保绕制卷料的张力为恒定为启动运行时的张力值，当开卷筒的卷径发生变化时，同时开卷筒的旋转扭矩T1也需要进行相应的改变。由此可见，当开卷筒11不断向绕制载体21输送绕制卷料的过程中，开卷筒11的卷径将不断变小，因此需要相应的降低开卷筒11的旋转扭矩。

在实际工作中，多个空压制动器14中的每一个均可夹持气动刹车盘13或松开对气动刹车盘13的夹持，在空压制动器14夹持气动刹车盘13的过程中，其夹持力是由气压源15向空压制动器14输入一定大小气体压力值的气体提供，每个气压源均可提供一定气压值范围内的输入气体。在一次绕制线圈的过程中，仅能由一个气压源同时为多个对气动刹车盘13进行夹持的空压制动器14提供气体输入。由此，各个变压器线圈产品的性能要求不一样，对绕制线圈的绕制卷料的张力大小也具有不同的要求，因此，使用多个气体压力值不同的气压源15为多个空压制动器14提供气体输入，由此可使用不同气体压力值的气压源15，再通过调节各个空压制动器14的夹持或松开，从而再启动绕制时，可以为气动刹车盘13提供不同的夹持力，进一步地，开卷机转轴12在带动气动刹车盘13转动时，将克服该夹持力，由此会产生相应大小的摩擦制动扭矩，该摩擦制动扭矩与开卷筒11的初始半径一起确定了启动时绕制卷料的预设张力值F。在一优选实施例中，可由两个气压源以不同的预设气体压力值为四个空压制动器提供气体输入，以使得所述四个空压制动器以相应大小的夹持力，夹持气动刹车盘。开卷机旋转扭矩调节装置将实时检测开卷筒11的卷径变化，以此对气压源15的气体压力值的大小进行相应的调节，从而使得开卷机转轴12在带动气动刹车盘13转动过程中，所产生的摩擦制动扭矩也进行相应的变化，最终使得变化中的绕制卷料的当前张力值F1位于(F±δ)的范围内，其中，δ为误差值；

在该实施例中，开卷机旋转扭矩调节装置主要包括开卷筒卷径检测组件41和调节控制器42；其中，开卷筒卷径检测组件41检测开卷筒11的卷径变化量；该开卷筒卷径检测组件41将检测到的卷径位移变化量转化成模拟电信号，再将该模拟电信号发送到调节控制器42，调节控制器42将接收到的模拟电信号转换成气源控制信号，从而对气压源15为空压制动器14提供气体输入的当前气体压力值的大小进行调节，以相应地调节空压制动器14在夹持气动刹车盘13时所施加的夹持力，从而动态地调节开卷筒11的旋转扭矩，使得该旋转扭矩与开卷筒11的卷径同比例变化，最终使得旋转过程中开卷筒11上所缠绕的绕制卷料3的的当前张力F1位于(F±δ)的范围内。

在收卷机一侧，绕制载体21上所绕制的绕制卷料的张力发F2变化关系为：

F2＝T2/R2

T2为绕制载体的旋转扭矩，R2为绕制载体21的半径，由上式可知，张力F2与扭矩T2成正比，与半径R2成反比。为确保绕制成线圈的绕制卷料的张力为恒定值，当绕制载体21的箔料卷径发生变化时，要求绕制载体21的旋转扭矩也需要作相应的改变。在收卷机2上，随着线圈的不断增大，要求相应的旋转扭矩也要相应增大。

在该实施例中，收卷机旋转扭矩调节装置包括线圈卷径检测组件51和变频器52；其中，线圈卷径检测组件51检测绕制载体的卷径变化量，并将该卷径变化量转换成模拟电信号并发送到变频器52；变频器52将该模拟电信号转换成频率变化量，以调节电机23的旋转速度，从而动态地调节绕制载体21的旋转扭矩，以使得绕制载体21上所绕制的绕制卷料3的张力恒定。

如图3所示本发明第二实施例的变压器线圈绕制张力自动控制系统中，其与图2的不同点在于，该开卷筒卷径检测组件主要包括两个部分，即与开卷筒11的表面相接触的位移传感器411和与该位移传感器411电连接的信号转换单元412；该信号转换单元412与调节控制器42电连接。在具体工作时，该位移传感器411检测开卷筒11的卷径变化量，并将卷径变化量发送到信号转换单元412，信号转换单元412再将该卷径变化量转换成模拟电信号，再将该模拟电信号发送到调节控制器42，接着调节控制器42将该模拟电信号转换成气源控制信号，从而对气压源的气体压力值的大小进行调节。在一优选实施例中，该位移传感器411可以是拉绳式位移传感器，该调节控制器42可以是可编程控制器。另外，在收卷机2一侧，当收卷机转轴22为方轴时，绕制在绕制载体21上的线圈为矩形结构时，可以不直接检测该绕制载体21的卷径变化。此时，该线圈卷径检测组件51可为与绕制载体21的表面相接触的电位器，该电位器与变频器52电连接。具体工作时，电位器实时检测绕制载体21上的绕制卷料的电阻值，变频器再根据电阻值的变化情况，实时调节电机运行的线速度，从而使得绕制载体上绕制卷料的张力恒定。在该实施例中，该变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括参数设置单元43，以作为人机交互的接口，通过该参数设置单元43，使用者可根据各种不同的变压器线圈产品的要求，设置满足不同产品所需的张力大小。根据该张力大小，调节控制器42可在多个气压源中选择一个输入气体压力值大小合适的气压源15，然后再控制多个空压制动器14的夹持或松开，从而使得空压制动器14对气动刹车盘13施加夹持力后，在启动运行时，开卷筒旋转产生的扭矩和此时开卷筒的半径根据公式所计算出的张力，与通过参数设置单元43输入的张力值相同。

如图4所示本发明第三实施例的变压器线圈绕制张力自动控制系统中，其与图1的不同点在于，该变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括异常处理单元44，该异常处理单元44与调节控制器42电连接，以获取开卷筒11的卷径变化量和当前气体压力值，计算出旋转过程中开卷筒11上所缠绕的绕制卷料3的当前张力F1，并当F1＞(F+δ)或F1＜(F-δ)时，进行异常报警，例如进行常规的声光报警，和/或控制电机23停止运行，从而有效地防止因发生故障时未被及时发现，造成张力值失控的情况发生。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变压器线圈绕制张力自动控制系统，包括开卷机和收卷机，其中，所述开卷机包括用于缠绕绕制卷料的开卷筒、带动所述开卷筒旋转的开卷机转轴、与所述开卷机转轴连接的气动刹车盘和至少一个用于夹持所述气动刹车盘的空压制动器；所述收卷机包括用于接收所述开卷筒输送的绕制卷料并绕制成线圈的绕制载体、用于安装并带动所述绕制载体旋转的收卷机转轴和带动所述收卷机转轴旋转的电机，其特征在于，所述变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括开卷机旋转扭矩调节装置和收卷机旋转扭矩调节装置；其中，

所述开卷机旋转扭矩调节装置包括：

开卷筒卷径检测组件，用于检测开卷筒的卷径变化量；所述开卷筒卷径检测组件包括与开卷筒的表面相接触的位移传感器和与所述位移传感器电连接的信号转换单元；所述信号转换单元与调节控制器电连接；

所述调节控制器，用于根据所述卷径变化量，控制为所述空压制动器提供气体输入的气压源的当前气体压力值的大小，以相应地调节空压制动器在夹持所述气动刹车盘时所施加的夹持力，从而动态地调节所述开卷筒的旋转扭矩，使得旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的的当前张力F1位于(F±δ)的范围内，其中，F为启动绕制变压器线圈时的预设张力值，δ为误差值；其中，所述开卷筒卷径检测组件将检测到的卷径位移变化量转化成模拟电信号，再将该模拟电信号发送到所述调节控制器，所述调节控制器将接收到的模拟电信号转换成气源控制信号；

所述收卷机旋转扭矩调节装置包括：

线圈卷径检测组件，用于检测绕制载体的卷径变化量；所述线圈卷径检测组件包括与绕制载体的表面相接触的电位器，所述电位器与变频器电连接；

所述变频器，用于根据所述线圈卷径变化量，调节所述电机的旋转速度，从而动态地调节所述绕制载体的旋转扭矩，以使得绕制载体上所绕制的绕制卷料的张力恒定；其中，所述线圈卷径检测组件将该卷径变化量转换成模拟电信号并发送到所述变频器；所述变频器将该模拟电信号转换成频率变化量；

在初始绕制变压器线圈时，所述调节控制器可选择地控制每个空压制动器夹持或松开所述气动刹车盘，以使得旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的的张力为预设张力值F；

由多个气压源以不同的预设气体压力值为所述空压制动器提供气体输入；在任意一时刻，仅由一个气压源为所述空压制动器提供气体输入，以使得所述空压制动器以相应大小的夹持力，夹持所述气动刹车盘；

所述变压器线圈绕制张力自动控制系统还包括异常处理单元，用于获取开卷筒的卷径变化量和当前气体压力值，计算出旋转过程中开卷筒上所缠绕的绕制卷料的当前张力F1，并当F1＞(F+δ)或F1＜(F-δ)时，进行异常报警和/或控制所述电机运行。

2.根据权利要求1所述的变压器线圈绕制张力自动控制系统，其特征在于，由两个气压源以不同的预设气体压力值为四个空压制动器提供气体输入，以使得所述四个空压制动器以相应大小的夹持力，夹持所述气动刹车盘。

3.根据权利要求1所述的变压器线圈绕制张力自动控制系统，其特征在于，所述开卷机旋转扭矩调节装置还包括参数输入单元，用于将接收到的输入的预设张力值F发送到调节控制器。

4.根据权利要求1所述的变压器线圈绕制张力自动控制系统，其特征在于，所述位移传感器是拉绳式位移传感器，所述调节控制器是可编程控制器。

5.根据权利要求1所述的变压器线圈绕制张力自动控制系统，其特征在于，所述绕制载体是变压器线圈铁心或变压器线圈骨架模具。