本系统是基于环形绕线机设计的，通过对实地考察并与操作人员交谈后发现：工人在操作环形绕线机时是将未绕线铁芯放入 3 个滚动轮中，具体操作是：

1）打开储线环本体燕尾锁条，将储线环开口活动段分开，让未绕线铁芯中心空位穿越储线环开口部分。

2）锁上锁条，踩下脚踏开关，使储线环转动，其最高转速可达 700 r/min，中途需用手将绕线铁心中的线头拔到另一边去。

由于绕线机转速过快，工人需要很快的速度而又熟练的动作去操作，这时就出现 2 种伤指现象：

1）已断漆包线断头会插入手指，造成手指受伤。

2）高速运转的铜丝会压到手指，轻者手指皮外出，重者压断手指。

1、 变频器工作原理

交流变频器 的工作原理是：变频技术是通过变频器改变电源频率，从而改变交流异步电动机的转速的一种技术。通过变频器先进行交流到直流的变换，再通过变频器进行直流到交流的变换，从而控制交流电机的转速。而本项目的广日 JG 系列环形绕线机对变频器的控制是通过控制输入变频器的模拟电压，进而控制变频器输出电源的频率，使交流电机的转速跟随输出电源频率的变化而变化。

2、 三相异步电动机变频调速

三相异步电动机转速公式为

n=60 f/p（1-s）， （1）

式中，n 为三相异步电动机的转速，f 为供电频率，p 为电动机的极对数，s 为转差率。

由式（1）可知，改变 f、p 及 s 均可达到改变 n 的目的。

异步电动机的转矩是电机的磁通与转子内流过电流之间相互作用而产生的，在额定频率下，如果电压一定而只降低频率，那么磁通就过大，磁回路饱和，严重时将烧毁电机。因此，频率与电压要成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压，使电动机的磁通保持一定，避免弱磁和磁饱和现象的产生。由于通用变频器一般采用 V/f 控制，即变压变频（VVVF）方式调速，改变频率和电压是最优的电机控制方法。变频调速是通过改变电动机定子电源的频率，从而改变其同步转速的调速方法。其特点为：

1）效率高，调速过程中没有附加损耗。2）应用范围广，可用于笼型异步电动机。3）调速范围大，特性硬，精度高。因此本研究选择变频调速方法。

3、绕线机系统基本组成

最初设计该系统主要由 51 单片机最小系统、光电隔离继电器模块和红外线数字避障传感器组成。其中 51 单片机最小系统包括：电源、外部晶振电路、复位电路和 STC89C52 芯片，后期经过实践，采用逻辑控制模块更精准。该防护装置主要由红外线数字避障传感器、逻辑控制模块和继电器降速模块组成。

当操作人员的手进入危险区域时，红外线数字传感器将检测到的信号反馈给逻辑控制模块，逻辑控制模块根据所反馈的信号输出相应控制信号至继电器降速模块，继电器降速模块将不同阻值电阻串接进脚踏调速回路中，实现降低绕线电机的转速，从而起到安全防护作用。

4、绕线机系统装置

绕线机系统装置主要有 3 部分构成，即控制系统盒、工作台上的传感器布置及脚踏调速控制，如图 2 所示。

图 2 中，1 为绕线机工作台，2 为控制盒，3 为机架，4 为储线环，5 为竖向支架，6 为第一横向支架，7为第二横向支架，8 为滑槽，9 为传感器导轨，10 为脚踏调速器，11 为红外传感器，12 为超声波传感器。