在現(xiàn)代社會(huì)，電力如同奔騰不息的洪流，為我們的生活和生產(chǎn)注入強(qiáng)大動(dòng)力。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，對(duì)電力的需求與日俱增，輸配電變壓器作為電力系統(tǒng)的重要基石，其需求量也節(jié)節(jié)攀升。

變壓器，堪稱(chēng)電力系統(tǒng)的“心臟”，而其內(nèi)部的繞組線圈則是這顆“心臟”的關(guān)鍵組成部分。繞組線圈中漆包線與絕緣帶的繞制質(zhì)量，直接決定了變壓器工作的可靠性。而這繞制質(zhì)量的優(yōu)劣，在很大程度上取決于變壓器繞線機(jī)的性能。

隨著變壓器需求的大幅上揚(yáng)，對(duì)變壓器繞線機(jī)的性能要求也越來(lái)越苛刻。一臺(tái)性能卓越的變壓器繞線機(jī)，不僅要滿足安全性、智能化和高效率等要求，還需具備高穩(wěn)定性的硬件、易用的軟件以及出色的張力控制等功能。

然而，目前我國(guó)變壓器繞線機(jī)行業(yè)的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。智能化水平相對(duì)較低，穩(wěn)定性也有待提高，高端設(shè)備大多依賴進(jìn)口，價(jià)格高昂。

協(xié)普繞線機(jī) 深知這些挑戰(zhàn)，一直在努力提升自身產(chǎn)品的性能和品質(zhì)。其不斷加大研發(fā)投入，致力于改善繞線機(jī)的智能化水平和穩(wěn)定性，力求為行業(yè)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

變壓器繞線機(jī)在工作時(shí)，其卷材通常是金屬導(dǎo)線與絕緣紙張，由于它們具有一定彈性，卷材輸送速度或卷輥半徑的變化，都會(huì)導(dǎo)致繞線張力的改變。例如在收放卷過(guò)程中，若卷輥角速度恒定，卷材半徑變化就會(huì)引發(fā)張力波動(dòng)。張力過(guò)大，卷材可能變薄甚至斷裂；張力過(guò)小，物料排布會(huì)不均或產(chǎn)生褶皺，進(jìn)而影響變壓器繞組線圈的質(zhì)量。

與國(guó)外相比，我國(guó)現(xiàn)有的國(guó)產(chǎn)變壓器繞線機(jī)在張力控制方面存在不足。其張力通常通過(guò)機(jī)械摩擦產(chǎn)生，不夠穩(wěn)定，容易導(dǎo)致導(dǎo)線與絕緣帶排布稀疏、線圈外徑超差等問(wèn)題。此外，我國(guó)變壓器繞線機(jī)整體發(fā)展水平與歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比，在加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率方面存在差距。

具體表現(xiàn)為：其一，排線布線、添加絕緣層等工序依賴人工操作，效率低下且質(zhì)量不穩(wěn)定。其二，繞線過(guò)程中電機(jī)頻繁啟停和反轉(zhuǎn)，張力波動(dòng)大，線圈繞制不規(guī)律，質(zhì)量難以保證。其三，國(guó)內(nèi)繞線機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)法勝任復(fù)雜線圈的繞制任務(wù)。

國(guó)外的變壓器繞線機(jī)發(fā)展較為成熟。印度 Trishul．Engineers 公司的 T-600AH 全自動(dòng)變壓器繞線機(jī)，能同步纏繞導(dǎo)線與絕緣帶，精度高、張力穩(wěn)、效率高。瑞士 Tuboly．Astronic AG 公司的 EFECO 800 全自動(dòng)繞線機(jī)更是出色，在高速、高精纏繞的同時(shí)，還擁有智能排線系統(tǒng)。加拿大 MTM、意大利 LAE 和韓國(guó) UPI 等公司的產(chǎn)品也具備較高的智能化和穩(wěn)定性。

在張力控制研究方面，自上世紀(jì) 90 年代起，眾多學(xué)者就開(kāi)始深入探索。Bastogne T、Koc H 等學(xué)者開(kāi)啟了理論研究與建模仿真的先河。進(jìn)入 21 世紀(jì)，更多學(xué)者投入其中。

協(xié)普繞線機(jī)積極關(guān)注國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究成果，并將有益的理論和技術(shù)應(yīng)用于自身產(chǎn)品的改進(jìn)中。

Mahawan B 等人于 2001 年提出的繞線機(jī)電控跟蹤系統(tǒng)，在較大干擾下仍能實(shí)現(xiàn)設(shè)備的軌跡跟蹤控制。2008 年，Wen P 等人設(shè)計(jì)的張力控制方案，在保證質(zhì)量的前提下允許一定張力波動(dòng)下改變繞制速度。2010 年，Ponsart J C 等人將觀測(cè)器理論應(yīng)用到變壓器繞線機(jī)上，提高了張力控制精度。2017 年，Mahesh Ghate 等人針對(duì)特定繞線機(jī)的張力系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，展現(xiàn)出良好的魯棒性。2020 年，Ma Quanjin 等人針對(duì)長(zhǎng)絲繞線技術(shù)應(yīng)用的 3 軸纖維繞線機(jī)中張力波動(dòng)問(wèn)題，設(shè)計(jì)的雙 PID 張力控制系統(tǒng)效果顯著。

我國(guó)從上世紀(jì) 70 年代開(kāi)始研制變壓器繞線機(jī)，通過(guò)仿制和學(xué)者們的努力，取得了一定成果。但受?chē)?guó)外核心技術(shù)壟斷影響，與國(guó)外仍存在差距，尤其在制造工藝和控制方案方面。

目前，國(guó)內(nèi)的變壓器繞線機(jī)主要處于半自動(dòng)化階段。例如東莞市縱橫機(jī)電科技有限公司的 F．TWloo CXL 變壓器繞線機(jī)，適用于中小型變壓器線圈繞制。江西億博自動(dòng)化設(shè)備有限公司的 ZBR．800／1000／1200 多頭自動(dòng)布線繞線機(jī)，可實(shí)現(xiàn)導(dǎo)線自動(dòng)排線。

協(xié)普繞線機(jī)一直致力于推動(dòng)國(guó)內(nèi)變壓器繞線機(jī)向全自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展，不斷優(yōu)化自身的制造工藝和控制方案。

然而，國(guó)內(nèi)在絕緣帶排布和張力控制方面仍有待突破，這極大地影響了繞制線圈的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。因此，研發(fā)能自動(dòng)排布導(dǎo)線與絕緣帶且張力恒定的控制系統(tǒng)意義重大。

張力控制是變壓器繞線機(jī)設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)。張力過(guò)小，導(dǎo)線或絕緣帶會(huì)松弛、堆積、褶皺；張力過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致其變形、拉伸過(guò)量甚至斷裂。對(duì)于變壓器繞線機(jī)來(lái)說(shuō)，張力控制狀況直接影響繞組線層間的致密性。

目前，張力控制主要有手動(dòng)、半自動(dòng)和全自動(dòng)三種方案。手動(dòng)控制需人工分階段調(diào)節(jié)，半自動(dòng)控制通過(guò)檢測(cè)卷徑變化調(diào)整張力，全自動(dòng)控制則通過(guò)張力檢測(cè)器直接測(cè)定并反饋張力數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)節(jié)。

上世紀(jì) 80 年代，國(guó)內(nèi)多采用手動(dòng)控制張力，后因需求提高逐漸被取代。本世紀(jì)以來(lái)，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)收放卷全自動(dòng)張力控制系統(tǒng)進(jìn)行了深入研究。

2005 年，天津工業(yè)大學(xué)楊濤等人用 PLC 設(shè)計(jì)的方案，精準(zhǔn)控制細(xì)微漆包線繞制速度。2010 年，史耀耀等人研究非連續(xù)卷材工藝，通過(guò) PID 算法實(shí)現(xiàn)纏繞。2018 年，Zhiyong w 等人針對(duì)三軸纖維繞線機(jī)問(wèn)題建立恒張力控制系統(tǒng)。2020 年，宋辰亮等人通過(guò)擺桿式張力調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和變形的 PID 控制算法，優(yōu)化繞線機(jī)張力調(diào)節(jié)效果。

協(xié)普繞線機(jī)在張力控制方案的探索上也從未停止，不斷嘗試創(chuàng)新，以提升產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

但由于變壓器繞制設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、影響因素眾多，張力控制系統(tǒng)在不同情況下存在非線性與耦合性，這仍是設(shè)備控制的難點(diǎn)。恒張力控制對(duì)保證繞線質(zhì)量至關(guān)重要，因此研究適用于工業(yè)生產(chǎn)的恒張力控制系統(tǒng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

在配電變壓器繞組線圈結(jié)構(gòu)中，導(dǎo)線層之間需留絕緣間隙排布絕緣紙帶，所以變壓器繞組線圈通常分層纏繞。其繞制過(guò)程較為復(fù)雜，先導(dǎo)線放卷并送至主軸模架，期間擺動(dòng)輥調(diào)整張力與速度，主軸電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸繞線。然后絕緣帶放卷并送至主軸模架，多個(gè)卷輥配合調(diào)整張力。最后多個(gè)電機(jī)協(xié)同驅(qū)動(dòng)排線軸等進(jìn)行第一層繞制與排線，完成后導(dǎo)線電機(jī)反轉(zhuǎn)，壓輥剪切絕緣紙，噴膠機(jī)粘合，再進(jìn)行下一層繞制。

以瑞士 EFECO 800 型變壓器繞線機(jī)為例，其機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括主軸模架、卷繞主軸、噴膠機(jī)等。卷繞主軸包含主軸電機(jī)、減速機(jī)等，驅(qū)動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，腳踏開(kāi)關(guān)控制啟停。導(dǎo)線繞制機(jī)構(gòu)有放線輪、調(diào)節(jié)手輪等，絕緣帶繞制機(jī)構(gòu)有張力反饋裝置等。排線機(jī)構(gòu)由排線軸、排線小車(chē)等組成，能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)排線。

對(duì)于變壓器繞線機(jī)來(lái)說(shuō)，張力控制情況直接影響繞組線層間的致密性。實(shí)際工程中，機(jī)械加工精度、傳感裝置性能等都會(huì)對(duì)張力控制產(chǎn)生影響。比如卷徑變化、收放卷軸啟停和加減速、設(shè)備制造與裝配精度、電機(jī)正反轉(zhuǎn)以及硬件性能等。

張力檢測(cè)有三種方式。直接使用張力傳感器測(cè)量，操作簡(jiǎn)單但局限性大；浮輥張力檢測(cè)，測(cè)量器件靈活但精度低；浮輥/反饋復(fù)合張力檢測(cè)，精度高但方式復(fù)雜。

在變壓器繞線機(jī)的排線過(guò)程中，排線機(jī)構(gòu)與繞線位置的調(diào)整以及排線角度的控制是保證繞制線層致密性的關(guān)鍵。

排線機(jī)構(gòu)通過(guò)主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量角度，將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器處理后驅(qū)動(dòng)排線電機(jī)，實(shí)現(xiàn)卷繞和排線的速度耦合。

在實(shí)際繞線中，導(dǎo)線和絕緣帶的張力要保持恒定，并與排線機(jī)構(gòu)配合。自動(dòng)排線控制方案中，主控制器控制電機(jī)組協(xié)同運(yùn)作，主軸與排線機(jī)構(gòu)配合分層繞制，編碼器實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)，按控制算法調(diào)整各軸速度，確保排線精確。

排線角度至關(guān)重要，角度過(guò)大或過(guò)小都會(huì)影響排線效果。繞線時(shí)根據(jù)角度變化調(diào)整線、帶進(jìn)給速度，并遵循總體軌跡。由于繞制是分層進(jìn)行的，分為導(dǎo)線層（奇數(shù)層）和絕緣層（偶數(shù)層），排線過(guò)程可分為多個(gè)階段循環(huán)進(jìn)行。

變壓器繞線機(jī)的自動(dòng)排線對(duì)電機(jī)控制算法要求很高，需要各軸電機(jī)協(xié)同操作，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)緊密配合，共同完成變壓器線圈的全自動(dòng)繞制與排布。常見(jiàn)的多電機(jī)協(xié)同控制結(jié)構(gòu)有并聯(lián)同步控制、主從電機(jī)控制、交叉耦合協(xié)同控制、相鄰交叉耦合控制和偏差耦合同步控制，各有優(yōu)劣。

總之，變壓器繞線機(jī)在電力領(lǐng)域中至關(guān)重要。我國(guó)在這一領(lǐng)域雖取得一定成果，但仍需不斷努力，加強(qiáng)自主研發(fā)，提升技術(shù)水平，縮小與國(guó)外的差距，推動(dòng)行業(yè)發(fā)展，為電力事業(yè)貢獻(xiàn)更多力量。協(xié)普繞線機(jī)也將繼續(xù)秉承創(chuàng)新、進(jìn)取的精神，為提升我國(guó)變壓器繞線機(jī)的整體水平不懈努力。