在現(xiàn)代社會，電力如同奔騰不息的洪流，為我們的生活和生產(chǎn)注入強大動力。隨著我國科學技術和經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，對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的性能。

隨著變壓器需求的大幅上揚，對變壓器繞線機的性能要求也越來越苛刻。一臺性能卓越的變壓器繞線機，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，目前我國變壓器繞線機行業(yè)的發(fā)展仍面臨諸多挑戰(zhàn)。智能化水平相對較低，穩(wěn)定性也有待提高，高端設備大多依賴進口，價格高昂。

協(xié)普繞線機 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，致力于改善繞線機的智能化水平和穩(wěn)定性，力求為行業(yè)發(fā)展貢獻力量。

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

與國外相比，我國現(xiàn)有的國產(chǎn)變壓器繞線機在張力控制方面存在不足。其張力通常通過機械摩擦產(chǎn)生，不夠穩(wěn)定，容易導致導線與絕緣帶排布稀疏、線圈外徑超差等問題。此外，我國變壓器繞線機整體發(fā)展水平與歐美發(fā)達國家相比，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，繞線過程中電機頻繁啟停和反轉(zhuǎn)，張力波動大，線圈繞制不規(guī)律，質(zhì)量難以保證。其三，國內(nèi)繞線機機械結(jié)構(gòu)相對簡單，無法勝任復雜線圈的繞制任務。

國外的變壓器繞線機發(fā)展較為成熟。印度 Trishul．Engineers 公司的 T-600AH 全自動變壓器繞線機，能同步纏繞導線與絕緣帶，精度高、張力穩(wěn)、效率高。瑞士 Tuboly．Astronic AG 公司的 EFECO 800 全自動繞線機更是出色，在高速、高精纏繞的同時，還擁有智能排線系統(tǒng)。加拿大 MTM、意大利 LAE 和韓國 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 90 年代起，眾多學者就開始深入探索。Bastogne T、Koc H 等學者開啟了理論研究與建模仿真的先河。進入 21 世紀，更多學者投入其中。

協(xié)普繞線機積極關注國內(nèi)外相關研究成果，并將有益的理論和技術應用于自身產(chǎn)品的改進中。

Mahawan B 等人于 2001 年提出的繞線機電控跟蹤系統(tǒng)，在較大干擾下仍能實現(xiàn)設備的軌跡跟蹤控制。2008 年，Wen P 等人設計的張力控制方案，在保證質(zhì)量的前提下允許一定張力波動下改變繞制速度。2010 年，Ponsart J C 等人將觀測器理論應用到變壓器繞線機上，提高了張力控制精度。2017 年，Mahesh Ghate 等人針對特定繞線機的張力系統(tǒng)進行優(yōu)化，展現(xiàn)出良好的魯棒性。2020 年，Ma Quanjin 等人針對長絲繞線技術應用的 3 軸纖維繞線機中張力波動問題，設計的雙 PID 張力控制系統(tǒng)效果顯著。

我國從上世紀 70 年代開始研制變壓器繞線機，通過仿制和學者們的努力，取得了一定成果。但受國外核心技術壟斷影響，與國外仍存在差距，尤其在制造工藝和控制方案方面。

目前，國內(nèi)的變壓器繞線機主要處于半自動化階段。例如東莞市縱橫機電科技有限公司的 F．TWloo CXL 變壓器繞線機，適用于中小型變壓器線圈繞制。江西億博自動化設備有限公司的 ZBR．800／1000／1200 多頭自動布線繞線機，可實現(xiàn)導線自動排線。

協(xié)普繞線機一直致力于推動國內(nèi)變壓器繞線機向全自動化、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)能自動排布導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設備的關鍵技術。張力過小，導線或絕緣帶會松弛、堆積、褶皺；張力過大，會導致其變形、拉伸過量甚至斷裂。對于變壓器繞線機來說，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、半自動和全自動三種方案。手動控制需人工分階段調(diào)節(jié)，半自動控制通過檢測卷徑變化調(diào)整張力，全自動控制則通過張力檢測器直接測定并反饋張力數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)。

上世紀 80 年代，國內(nèi)多采用手動控制張力，后因需求提高逐漸被取代。本世紀以來，國內(nèi)學者對收放卷全自動張力控制系統(tǒng)進行了深入研究。

2005 年，天津工業(yè)大學楊濤等人用 PLC 設計的方案，精準控制細微漆包線繞制速度。2010 年，史耀耀等人研究非連續(xù)卷材工藝，通過 PID 算法實現(xiàn)纏繞。2018 年，Zhiyong w 等人針對三軸纖維繞線機問題建立恒張力控制系統(tǒng)。2020 年，宋辰亮等人通過擺桿式張力調(diào)節(jié)機構(gòu)和變形的 PID 控制算法，優(yōu)化繞線機張力調(diào)節(jié)效果。

協(xié)普繞線機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)品的競爭力。

但由于變壓器繞制設備結(jié)構(gòu)復雜、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，這仍是設備控制的難點。恒張力控制對保證繞線質(zhì)量至關重要，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)實意義。

在配電變壓器繞組線圈結(jié)構(gòu)中，導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。其繞制過程較為復雜，先導線放卷并送至主軸模架，期間擺動輥調(diào)整張力與速度，主軸電機驅(qū)動主軸繞線。然后絕緣帶放卷并送至主軸模架，多個卷輥配合調(diào)整張力。最后多個電機協(xié)同驅(qū)動排線軸等進行第一層繞制與排線，完成后導線電機反轉(zhuǎn)，壓輥剪切絕緣紙，噴膠機粘合，再進行下一層繞制。

以瑞士 EFECO 800 型變壓器繞線機為例，其機械結(jié)構(gòu)主要包括主軸模架、卷繞主軸、噴膠機等。卷繞主軸包含主軸電機、減速機等，驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，腳踏開關控制啟停。導線繞制機構(gòu)有放線輪、調(diào)節(jié)手輪等，絕緣帶繞制機構(gòu)有張力反饋裝置等。排線機構(gòu)由排線軸、排線小車等組成，能實現(xiàn)精準排線。

對于變壓器繞線機來說，張力控制情況直接影響繞組線層間的致密性。實際工程中，機械加工精度、傳感裝置性能等都會對張力控制產(chǎn)生影響。比如卷徑變化、收放卷軸啟停和加減速、設備制造與裝配精度、電機正反轉(zhuǎn)以及硬件性能等。

張力檢測有三種方式。直接使用張力傳感器測量，操作簡單但局限性大；浮輥張力檢測，測量器件靈活但精度低；浮輥/反饋復合張力檢測，精度高但方式復雜。

在變壓器繞線機的排線過程中，排線機構(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鍵。

排線機構(gòu)通過主軸上的旋轉(zhuǎn)編碼器測量角度，將數(shù)據(jù)傳輸給控制器，控制器處理后驅(qū)動排線電機，實現(xiàn)卷繞和排線的速度耦合。

在實際繞線中，導線和絕緣帶的張力要保持恒定，并與排線機構(gòu)配合。自動排線控制方案中，主控制器控制電機組協(xié)同運作，主軸與排線機構(gòu)配合分層繞制，編碼器實時反饋數(shù)據(jù)，按控制算法調(diào)整各軸速度，確保排線精確。

排線角度至關重要，角度過大或過小都會影響排線效果。繞線時根據(jù)角度變化調(diào)整線、帶進給速度，并遵循總體軌跡。由于繞制是分層進行的，分為導線層（奇數(shù)層）和絕緣層（偶數(shù)層），排線過程可分為多個階段循環(huán)進行。

變壓器繞線機的自動排線對電機控制算法要求很高，需要各軸電機協(xié)同操作，驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)緊密配合，共同完成變壓器線圈的全自動繞制與排布。常見的多電機協(xié)同控制結(jié)構(gòu)有并聯(lián)同步控制、主從電機控制、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，變壓器繞線機在電力領域中至關重要。我國在這一領域雖取得一定成果，但仍需不斷努力，加強自主研發(fā)，提升技術水平，縮小與國外的差距，推動行業(yè)發(fā)展，為電力事業(yè)貢獻更多力量。協(xié)普繞線機也將繼續(xù)秉承創(chuàng)新、進取的精神，為提升我國變壓器繞線機的整體水平不懈努力。