淺析汽車工業焊裝工藝負荷的供配電設計

高永奇

摘 要：文章主要對汽車工業焊裝工藝負荷的主要特征進行了分析和研究，并對中頻逆焊機對供電系統造成的影響進行了介紹，然后以供配電設計的原則作為指導，對汽車工業焊裝工藝負荷的供配電的設計的具體實施措施進行詳細的論述，并針對現階段容易出現的問題提供了有效的解決辦法，希望能為以后汽車行業焊裝工藝的配電設計提供一定的參考依據。

關鍵詞：汽車工業；焊裝工藝負荷；供配電設計

中圖分類號：TU 852 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）18-0117-01

焊裝工藝是汽車制造中的四個最主要的工藝之一，焊接工藝的好壞與汽車車身的質量有著很重要的、直接的影響。焊接質量主要是由焊接壓力、焊接時間以及焊接的熔融量三個要素決定的。在這三個因素中，焊接的壓力和焊接的時間一般都是設置的好固定的值，焊接的熔融量是與熔融的速度呈正比關系的。而焊接熔融的速度是由焊接電流引起的，電流的變化會導致熔融速度的變化，焊接電弧的長短與電路的供電電壓有直接的關系，因此這就使得焊接工藝負荷的供配電的設計引起了汽車制造企業的高度的重視，合理的對焊接工藝的供配電進行設計不僅可以節約能耗，還可以降低投資的成本。本文以某汽車焊接車間為例進行焊接工藝供配電的分析設計。

1 工程概況

該汽車制造企業為一家合資企業，用于汽車車身焊接工藝的焊接車間總的建筑面積大約為2.5萬m2，車間的高度有12.8 m。焊接車間主要有兩部分組成，分別為輔助區以及生產區，輔助區主要用來辦公以及其他用房，生產區分為北區和南區。該焊接車間的供配電系統主要包括生產現場配電柜、供配電輸電線路以及變配電所等部分。

2 焊接工藝負荷分布及特點

焊接車間內的焊接工藝負荷主要有兩部分組成，分別是輔助工藝負荷以及主工藝負荷，下面我們主要對主工藝負荷的特點以及分布情況進行重點的介紹。

2.1 主工藝負荷的分布

該焊接車間呈東西走向，長度大概為170 m，南北方向的寬度為122 m，輔助區分為兩層，而生產區則為一層。辦公室以及實驗室等輔助區位于焊接車間的南面，輔助工藝在北面。

焊接主工藝的設備一共有兩條生產線，分布在焊接車間的北面和南面。這兩條生產線擁有相同的配置，都擁有容量為2X130 kVA/臺的三相中頻逆變凸焊機三臺，容量為2X200 kVA/臺的兩臺，以及容量為90 kVA/臺的三相你變點焊機31臺，這些設備所構成的單條生產線的額定的負荷一共為5 170 kV。

2.2 主工藝負荷的特點

焊接工藝中主工藝的設備是焊機，還有水泵、干燥機以及空壓機等在生產中用到的輔助的工藝設備。該企業的焊接車間中主要使用的主工藝設備是三相的中頻逆變凸焊機以及點焊機，凸焊機和點焊機有不同的用途，但是這兩種焊機所選用的焊接的電源都是逆變式的中頻電焊電源。逆變式中頻點焊電源的主要特點有：①電源采用直流輸出，具有脈動特性而且具有較小的波紋度焊接的熱效率比較高，焊接的質量也比較好，過程比較穩定；②能夠對焊接的時間進行控制，具有很高的時間調節分辨率；③相比一般的交流焊機其相應的速度更快，輸出比較穩定，具有很強的可控性，不需要進行充電和放電；④能夠對電流、電壓以及功率進行監控，還可以對出現的故障進行報警和自我診斷；⑤該設備的能耗比較低，占用的空間比較小。

該汽車焊接車間所使用的焊機都是短時工作制，而且產生的都是非線性的大功率負荷，因此可以看作是諧波電流源，在其工作的時候會對焊接車間的供配電系統產生很大的影響，比如工作中產生的諧波、工作負荷的變化、功率的變化等等，這些都對焊接車間內的供電電源的質量產生極大的影響，甚至會造成焊接車間內的其他大的電子、電力設備不能正常的工作。

2.3 輔助工藝設備

輔助工藝設備直的是那些長時間持續工作運行的設備，主要包括循環水泵房以及空壓站等設備，這些設備一半都選擇旋轉電機作為其動力源，一般都擁有較高的系數，一般選擇0.8～0.85，最大可取為1.，正是由于這些系數的選擇時的其對焊接車間的供電系統產生的影響比較小，相比于焊機其影響可以忽略不計。

3 供配電的設計

3.1 變電所的設置

根據該焊接車間內負荷的分布情況，在該焊接車間內一共布置兩個變電所，分別為：設置在南部1層內為車間南面提供電力需要的變電所，設置在北部2層的為車間內北面的照明、電焊機以及其他動力需要的變電所。

3.2 變壓器的設置

在該焊接車間內的兩個變電所內分別安裝了10 kV的中壓環網柜、低壓有源濾波柜、功率補償柜、配電柜以及變壓器等設備。

3.3 變壓器的設置

結合該汽車焊接車間內主工藝負荷容易產生諧波以及功率因素低的特點，對所使用的焊機設備進行專門的電壓器的設計，而對于輔助工藝設備的動力源以及像風機、空調、插座、照明等公用負荷的電源，我們需要安裝另外的變壓器來進行電源的提供，這樣可以有效地避免焊機設備對這些設備的正常運行造成的影響。兩個變電所內一共設置有四臺 1 000 kVA、10/0.4 kV的變壓器，總的容量可達 4 000 kVA。由于焊接車間內的場地面積有限，所以變壓器選用干式變壓器，又由于在正常的生產過程中有比較大的負荷，有可能產生很大的電流和電壓，另外焊接車間內的溫度一般都很高，所以最終我們選用的干式變壓器為非晶合金式的。這類變壓器產生的熱量比較少、溫度變化較小、損耗比較低，具有很強的耐高溫能力和過載能力，即使在超過額定負載20%的情況下仍可以長時間的工作，在冷風的情況下甚至可以超額50%工作。

3.4 10 kV側供配電

焊接車間內的兩臺變壓器非晶合金干式變壓器的電源都來自于該廠區內10 kV的總降變電，因為一臺變壓的總的容量只有1 000 kVA，所以需要在中壓段設置環網柜，每一臺變壓器對應有三臺10 kV的環網柜。

4 工藝配電設計

4.1 工藝設備饋電

對于汽車焊接車間內主工藝設備，我們需要進行單獨的低壓饋出配電柜的設計，一般都是用密集型的銅母線槽來進行工藝設備低壓的饋出。對于輔助工藝設備來說，通常使用電纜來進行低壓電的饋出。

4.2 無功功率補償

無功功率補償的方式主要有三種，即低壓、中壓集中補償以及低壓就地補償。每一種補償方式都有其各自的優缺點。低壓集中補償方式能夠對功率因數進行科學合理的提高，有效的降低了網損，限制了無功能量的進入，有很大的社會效益，但是卻不能進行很平滑的調節；中壓集中補償的方式能夠根據負荷情況自動的進行投切，但是這種設備的投資的成本比較大，只適用于有中壓負荷的單位；低壓就地補償方式一般多用于民用工程和大多數的工業中，但是設備投資大，數量比較多，不適用于經常開關的設備。

4.3 主工藝配電設計

針對于該車間主工藝設置的分布情況，我們使用兩套三相五線制的、2 000 A的密集型銅母線槽系統，這兩套系統分別來自車間內的兩個變電所饋出柜。而且在該銅母線槽上有很多的預留的插接箱，在這些箱內安裝有低壓熔斷器。在插接箱的一旁設置有為焊機供電的二級配電柜。

5 結 語

隨著我國汽車制造商的不斷增多，焊接工藝越來越受到企業的重視，但是很多的技術人員對于焊接車間內的供配電的設計并不重視或者缺乏相關的知識，本文隨焊接車間內的供配電設計進行主要的分析和研究，希望能為他人提供一定的參考。

參考文獻：

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