CN105798073A - 一种同步电机拉丝机 - Google Patents

Abstract

一种同步电机拉丝机，包括至少一个拉丝单元；所述拉丝机的每个拉丝单元上配置电机，同步电机主轴直接驱动拉丝卷筒转动，从而实现拉拨减径；所述的电机为同步电机，同步电机主轴上直接联接拉丝卷筒；每个拉丝单元都是集拉拔系统，水冷系统和刹车系统为一体的集成单元。利用永磁同步电机的磁铁产生磁场，转子不需要电能建立交变磁场和感应磁通，所以只需要从电网中吸取有功功率对外做功即可，省去了无功功率的消耗。同时同步电动机省去了励磁损耗，由于电动机损耗减少，绕组温升也将有所降低，使电枢铜耗相对减小，省掉冷却风扇，又可省去通风损耗等。这些情况大幅度的提高了同步电动机的功率因数，节约了电能。

Description

一种同步电机拉丝机

技术领域

本发明涉及金属制品行业机电一体化设备领域,具体涉及一种拉丝机。

背景技术

目前金属线材拉拔所用拉丝机，存在功耗大，传递效率低，占地面积大，结构复杂，维修困难等,在目前的拉丝机中，一般使用异步电机。异步电机是由旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩，从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流异步电机，它需要建立交变磁场和感应磁通而消耗一部分功率,以维持异步电机运转，这部分产生磁场的功率，它的功并不能被转化为机械能、热能，习惯上被称为无功功率。无功功率在实际工作中造成异步电机的功率因数低，使拉丝机在所消耗的一部分电能没有转化为机械能，造成了电能的浪费。

同步电机由于其自身的特点在运行的过程中必须随时检测转子的位置,用转子的位置计算出励磁的磁链位置,并实时和定子磁链比较,以判断同步电机是否正常运行。转子位置检测在同步电机的启动、控制中至关重要,一般通过安装在转子同轴上的编码器和控制器中的计数器来完成对同步电机转子位置的检测。而作为同步电机变频控制系统重要组成部分的编码器，对同步电机的应用环境有着严格的要求，影响应用范围。因同步电机安装编码器是电机结构复杂，增大电机体积，增加电机制造难度，需要多根控制电缆，降低了同步电机的可靠性和稳定性，因此，将同步电机应用到拉丝技术中，存在一定的技术障碍。

发明内容

为了克服上述异步电机拉丝机所存在的问题，提供一种无功功率消耗小的同步电机拉丝机。

本发明的技术方案具体为：

一种同步电机拉丝机，包括至少一个拉丝单元；所述拉丝机的每个拉丝单元上配置电机，同步电机主轴直接驱动拉丝卷筒转动，从而实现拉拨减径；所述的电机为同步电机，同步电机主轴上直接联接拉丝卷筒；每个拉丝单元都是集拉拔系统，水冷系统和刹车系统为一体的集成单元。

同步电机的主轴为空心轴；且永磁同步电机连接有控制单元，控制单元根据永磁同步电机的三相电流、三相电压计算得出永磁同步电机的转子速度以及转子位置角，从而控制转子转速与定子磁场完全同步。

同步电机的转子初始位置是这样得到的：根据同步电机的凸极效应，向电机注入高频脉冲，从而获取转子的初始位置角。

所述的拉拔系统包含：拉丝机机台进线侧含一个进线井型轮，拉丝机机台出线侧设调谐装置；细线通过进线井型轮、拉丝模盒组件进入拉丝卷筒，拉丝卷筒由同步电机主轴直接带动转动。

所述的主轴组件设有冷却装置，包括给水冷却系统、排水系统、回水箱和进水管；同步电机主轴为空心轴，轴头一端上通过连接座安装拉丝卷筒，在拉丝卷筒内部安装分水盘，同步电机尾部端盖安装固定回水箱，回水箱上固定进水管给水冷却系统，进水管穿过同步电机主轴内延伸至拉丝卷筒内的分水盘，进水管与同步电机主轴之间的通道为回水通道，该回水通道的一端连接分水盘，另一端连接回水箱。

回水箱和同步电机主轴尾部相接处安装密封装置，防止密封冷却水或者回水流到同步电机主轴外。

所述的刹车系统为：刹车装置安装在同步电机机壳上，刹车装置直接制动安装在同步电机主轴上的刹车盘。

本发明的有益效果：本发明节约了能源，现场工作可靠，省去了传动减速环节，节约了占地面积，提高了能量利用效率。具体为：

1、结构简单，体积小，结构紧凑。直接驱动方式不需要配置减速箱，不但提高了系统的工作效率，也避免了更换皮带、添加润滑油、改变生产参数和管理维护不便等问题。

2、运行效率高：利用永磁同步电机的磁铁产生磁场，转子不需要电能建立交变磁场和感应磁通，所以只需要从电网中吸取有功功率对外做功即可，省去了无功功率的消耗。同时同步电动机省去了励磁损耗，由于电动机损耗减少，绕组温升也将有所降低，使电枢铜耗相对减小，省掉冷却风扇，又可省去通风损耗等。这些情况大幅度的提高了同步电动机的功率因数，节约了电能。

3、功率因数高。由于转子为永磁体，永磁同步电机定子侧无需提供励磁电流，并且电感压降比较小，在轻载和重载范围内功率因数都比较高，既保证整个功率范围内保持高功率因数，由于异步驱动电机在轻负载运行时功率因数低，因此使用永磁同步电机后的无功节电效果相当显著。

4、启动力矩大，过载能力强，且适合做多对极，可不加传动箱直接驱动负载。

5、本发明节约了能源，现场工作可靠，省去了传动减速环节，节约了占地面积，提高了能量利用效率。结构简单，体积小，结构紧凑。直接驱动方式不需要配置减速箱，不但提高了系统的工作效率，也避免了更换皮带、添加润滑油、改变生产参数和管理维护不便等问题。

附图说明：

图1是本发明的示意图。

图2是拉丝单元的示意图。

图3是拉丝单元的横向剖面示意图。

图4是主轴的放大示意图。

图5是刹车装置的示意图。

1.金属线材2.拉丝机台Ⅰ3进线井型轮4.拉丝模盒组件5.调谐装置6.主轴组件7.过线轮8.防乱丝装置9.拉丝单元操作面板10.冷却水调节系统11.拉丝机台Ⅱ12.拉线开关13.防护罩组件14.拉丝卷筒15.分水盘16.连接座17.进水管18.给水冷却系统19.排水系统20.回水箱21.密封装置22.刹车盘23.同步电机主轴24.同步电机25.刹车51.进水管管壁52.回水管

具体实施方式：

下面结合附图实例对本发明做详细说明：

本实施例为LS400/6型卧式直进同步电机拉丝机，如图1、图2和图3所示，包括两个拉丝机机台，每个机台上有至少有一个拉丝单元，图示为三个拉丝单元，拉丝机的每个拉丝单元上配置同步电机，同步电机主轴23直接驱动拉丝卷筒14转动，从而实现拉拨减径。在本发明每个拉丝单元都是集拉拔系统，水冷系统和刹车系统为一体的，拉丝动力来自拉丝单元本身的同步电机，无其它传动结构，同步电机主轴23上直接联接拉丝卷筒14。

具体结构为：拉丝机机台Ⅰ2进线侧含一个进线井型轮3，拉丝机机台Ⅱ11出线侧拉丝单元设调谐装置5。拉丝单元均包含拉丝模盒组件4、调谐装置5、过线轮7、主轴组件6、防乱丝装置8、拉丝单元操作面板9、冷却水调节系统10。主轴组件6包括防护罩组件13、回水箱20、进水管17、密封装置21、同步电机主轴23、拉丝卷筒14、连接座、分水盘15、刹车盘22、刹车25、同步电机24。整个卧式直进同步电机拉丝机包含给水冷却系统18、排水系统19、自动化控制系统、急停控制系统、气源处理控制系统。

上述的电机为永磁同步电机，永磁同步电机的主轴23为空心轴；且永磁同步电机连接有控制单元，控制单元根据永磁同步电机的三相电流、三相电压计算得出永磁同步电机的转子速度以及转子位置角，从而控制转子转速与定子磁场完全同步（其原理同201310205540.9的发明专利）。将所观测转子速度作为矢量控制的速度反馈，以及所观测的转子位置角作为矢量控制的坐标变换角度，即可实现速度、电流双闭环的矢量控制。

通常地，由于没有适配转子位置传感器（编码器），因此永磁同步电机转子初始位置并无法获得；同时由于所采用的转子速度/位置观测器是基于永磁同步电机的反电势电压，而永磁同步电机在转子静止状态下，反电势电压为零；因此，永磁同步电机在启动瞬间转子有倒溜或过冲的现象，这在拉丝机的应用中是不允许的。因此，本发明引入了转子初始位置识别算法。转子初始位置是这样得到的：根据永磁同步电机的凸极效应，向电机注入高频脉冲，从而获取转子的初始位置角，进而保证了无速度传感器永磁同步电机开环矢量控制的平滑启动，其原理同专利号为201310601618.9的发明专利。

金属线的拉拔系统包括拉丝模盒组件4、调谐装置5、过线轮7、防乱丝装置8与拉丝卷筒14，拉丝卷筒14固定在主轴组件6上，同步电机24连接主轴组件6。

水冷系统为：主轴组件6设有冷却装置，包括给水冷却系统18、排水系统19、回水箱20、进水管17，同步电机主轴23为空心轴，轴头一端上通过连接座16安装拉丝卷筒14，在拉丝卷筒14内部安装分水盘15，同步电机24尾部端盖安装固定回水箱20，回水箱20上固定进水管17给水冷却系统18，进水管17穿过同步电机主轴23内延伸至拉丝卷筒14内的分水盘15，进水管17与同步电机主轴23之间的通道为回水通道，该回水通道的一端连接分水盘15，另一端连接回水箱20。回水箱20和同步电机主轴23尾部相接处安装密封装置21，防止密封冷却水或者回水流到同步电机主轴23外。给水冷却系统18的进水端接外水源，出水端连接进水管17。除此之外，分水盘15还可以为其他分水设备。

如图4所示，该回水通道（即回水管52），为进水管17的进水管管壁51与同步电机主轴24之间的通道。刹车盘22固定在主轴尾部。

在工作前先将金属线材1穿过拉丝模盒组件4，缠绕若干圈在拉丝卷筒14上，再经过调谐装置5内的滚轮上，由滚轮进入过线轮然后进入下一拉丝单元直至经过最后一个拉丝单元，每个拉丝模盒组件5内安装有不同规格的模具，以满足金属线材直径由粗到细的过程。工作时由于同步电机的转动形成扭矩致使金属线材在模具内受到拉伸和挤压变形，从而达到拉丝目的。在金属拉伸和挤压过程中有大量的机械能转化为热能而通过金属线材传递给拉丝卷筒14，造成拉丝卷筒14温度升高，同步电机24的空心主轴可以使冷却水顺利进入和快速流出，即冷却了卷筒，有提高了卷筒的寿命，也降低了同步电机的绕组温升，有效的降低了能耗。

如图所示利用同步电机的特性，省去了烦琐的减速装置，提高了设备的稳定性、可靠性，节约了占地面积，减轻了维护、维修的工作量，提高了生产效率。

同步电机免去了无功功率的消耗，经实验测试，降低了拉丝功率的消耗，节约了电能。

刹车系统为：刹车装置53安装在同步电机24机壳上，刹车装置53直接制动安装在同步电机主轴23上的刹车盘22，制动效率更高。

运行时，可以通过钢丝绳触动拉线开关12进入紧急停机状态：所有同步电机停止运转，刹车动作，起到紧急停车的作用。防护罩组件设有限位装置在防护罩打开时设备不能启动或自动减速停机。防乱丝装置防止设备在停机中金属线材的弹出，保护设备和人身的安全。

利用同步电机功率因数高，力矩大，效率高等优点，通过变频调速和PLC自动控制实现同步电机拉丝。

本同步电机拉丝可制作成立式拉丝机和卧式拉丝机，可根据实际拉丝需求制作成任意数量的拉丝单元的组合。

以上实施方式对本发明进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (7)

1.一种同步电机拉丝机，包括至少一个拉丝单元；所述拉丝机的每个拉丝单元上配置电机，同步电机主轴（23）直接驱动拉丝卷筒（14）转动，从而实现拉拨减径；其特征在于：所述的电机为同步电机（24），同步电机主轴（23）上直接联接拉丝卷筒（14）；每个拉丝单元都是集拉拔系统，水冷系统和刹车系统为一体的集成单元。

2.根据权利要求1所述的同步电机拉丝机，其特征在于：同步电机的主轴（23）为空心轴；且永磁同步电机连接有控制单元，控制单元根据永磁同步电机的三相电流、三相电压计算得出永磁同步电机的转子速度以及转子位置角，从而控制转子转速与定子磁场完全同步。

3.根据权利要求1所述的同步电机拉丝机，其特征在于：同步电机的转子初始位置是这样得到的：根据同步电机的凸极效应，向电机注入高频脉冲，从而获取转子的初始位置角。

4.根据权利要求1所述的同步电机拉丝机，其特征在于：所述的拉拔系统包含：拉丝机机台（2）进线侧含一个进线井型轮（3），拉丝机机台（11）出线侧设调谐装置（5）；细线通过进线井型轮（3）、拉丝模盒组件进入拉丝卷筒（14），拉丝卷筒（14）由同步电机主轴（23）直接带动转动。

5.根据权利要求4所述的同步电机拉丝机，其特征在于：所述的主轴组件设有冷却装置，包括给水冷却系统、排水系统、回水箱（20）和进水管（17）；同步电机主轴（23）为空心轴，轴头一端上通过连接座安装拉丝卷筒（14），在拉丝卷筒内部安装分水盘（15），同步电机尾部端盖安装固定回水箱（20），回水箱（20）上固定进水管给水冷却系统，进水管穿过同步电机主轴（23）内延伸至拉丝卷筒（14）内的分水盘（15），进水管与同步电机主轴之间的通道为回水通道，该回水通道的一端连接分水盘（15），另一端连接回水箱（20）。

6.根据权利要求5所述的同步电机拉丝机，其特征在于：回水箱（20）和同步电机主轴（23）尾部相接处安装密封装置，防止密封冷却水或者回水流到同步电机主轴（23）外。

7.根据权利要求1所述的同步电机拉丝机，其特征在于：所述的刹车系统为：刹车装置（53）安装在同步电机（24）机壳上，刹车装置（53）直接制动安装在同步电机主轴（23）上的刹车盘（22）。