汽車涂裝車間變頻器應(yīng)用與管理

2021-09-10 07:22:44周文山

科學(xué)與生活 2021年14期

周文山

摘要：盡管變頻器已經(jīng)大量使用在工業(yè)領(lǐng)域，但是汽車涂裝車間仍然需要進(jìn)一步深入研究和運(yùn)用變頻器，不斷挖掘變頻器潛能。本文通過分析變頻器在涂裝車間使用概況，研究各種使用場合顯著優(yōu)點(diǎn)，利用變頻器各種優(yōu)越功能改善工藝及提升設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性。最終，達(dá)到變頻器在涂裝車間良性運(yùn)用和管理。

關(guān)鍵詞：涂裝車間;變頻器應(yīng)用;變頻器改善工藝質(zhì)量;變頻器管理

一.引言

汽車涂裝是整個(gè)汽車制造過程中最耗能，工藝最復(fù)雜，環(huán)境要求最高的車間，隨著國家低碳經(jīng)濟(jì)推廣，降低能耗節(jié)約成本越來越成為企業(yè)提高產(chǎn)品競爭力有效手段。目前，國內(nèi)新造汽車涂裝生產(chǎn)線，普遍采用各種高性能變頻器，變頻器的優(yōu)越性越來越被汽車涂裝界所認(rèn)可。變頻器用于交流異步電動(dòng)機(jī)和交流同步電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制，是目前公認(rèn)的交流電動(dòng)機(jī)最成熟最有前景的調(diào)速驅(qū)動(dòng)方案，除了具有優(yōu)良的調(diào)速性能之外，變頻器還有突出的節(jié)能效果和優(yōu)良的工藝控制方式。變頻器的出現(xiàn)比異步電機(jī)的出現(xiàn)晚了近百年，是由于變頻器伴隨著電力電子、自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)等發(fā)展而發(fā)展的。而隨著近幾年國內(nèi)外功率元器件快速發(fā)展，變頻器性能越來越強(qiáng)大，通訊功能給涂裝車間網(wǎng)絡(luò)控制提供便利，于是產(chǎn)生各種高性能變頻器，變頻器技術(shù)進(jìn)步也給涂裝車間工藝性能改善和提升提供各種技術(shù)資源和成熟的方案。

二.涂裝車間變頻器使用情況：

變頻器在涂裝車間主要用于供排風(fēng)風(fēng)機(jī)系統(tǒng)，水泵系統(tǒng)，自動(dòng)化生產(chǎn)線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，車體漆面烘烤系統(tǒng)等，具體應(yīng)用如表1所示。

三.涂裝車間變頻器運(yùn)用優(yōu)化案例

1.異步電機(jī)低頻運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)矩提升

場景：涂裝車間內(nèi)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)機(jī)器剛帶上負(fù)載時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)卡阻的情況，時(shí)間稍長就會(huì)出現(xiàn)變頻器過載故障。如圖2這是由于低頻運(yùn)行時(shí)，電機(jī)磁通很小，當(dāng)頻率下降時(shí)，那么理想空載點(diǎn)就會(huì)下移，但機(jī)械特性的“硬度”幾乎保持不變，但電機(jī)的臨界轉(zhuǎn)矩會(huì)變小，因而，電機(jī)帶負(fù)載能力下降，特別當(dāng)設(shè)備重載啟動(dòng)時(shí)，電機(jī)啟動(dòng)費(fèi)力。實(shí)際上電機(jī)帶負(fù)載能力的大小主要由磁通決定，如果將磁通一直保持在額定磁通大小，那樣就可以提高低頻轉(zhuǎn)矩。當(dāng)采用U/F控制方式時(shí)，如圖1保持低頻時(shí)獲得額定磁通，就只有適當(dāng)提升變頻器的輸出電壓，這種通過適當(dāng)提升補(bǔ)償電壓來增加磁通，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)增加電動(dòng)機(jī)低頻時(shí)帶負(fù)載能力的方法，稱為電壓補(bǔ)償法，或者稱為轉(zhuǎn)矩提升法（如圖2）。當(dāng)運(yùn)行頻率不一樣時(shí)，電壓補(bǔ)償量也不一樣，那么如何把0HZ時(shí)的起點(diǎn)電壓定義為電壓補(bǔ)償量。可以通過在變頻器查找電壓補(bǔ)償參數(shù)并作逐步提升設(shè)置。

為什么要由低到高逐步優(yōu)化提升電壓補(bǔ)償量？如果在低頻運(yùn)行時(shí)已經(jīng)補(bǔ)償了過高的電壓，而負(fù)載又變輕的話，那么電阻壓降必然隨負(fù)載的減輕而減小，就會(huì)使反電動(dòng)勢(shì)的同步增大，又導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的磁通增加，勵(lì)磁電流產(chǎn)生尖峰電流，將會(huì)使變頻器過電流而跳閘。所以轉(zhuǎn)矩提升要適當(dāng)。

現(xiàn)場應(yīng)用：電泳打磨工位有臺(tái)旋轉(zhuǎn)臺(tái)經(jīng)常出現(xiàn)啟動(dòng)過載，檢查現(xiàn)場機(jī)械傳動(dòng)無卡死，啟動(dòng)時(shí)，手動(dòng)助推，就可以運(yùn)行，檢查啟動(dòng)時(shí)變頻器有輸出。不提高頻率而通過更改參數(shù)慢慢上調(diào)轉(zhuǎn)矩提升量，后來變頻器運(yùn)行正常。

2.變頻器機(jī)械特性的調(diào)整

（1）轉(zhuǎn)差補(bǔ)償功能：

場景：油漆車間內(nèi)有臺(tái)風(fēng)機(jī)，安裝變頻器后，維修工反應(yīng)說：變頻器50HZ的風(fēng)量比工頻運(yùn)行時(shí)風(fēng)量要小。分析其原因，是因?yàn)樽冾l器本身使用PWM脈寬調(diào)制，存在著死區(qū)，實(shí)際變頻器50HZ時(shí)，輸出電壓，比工頻時(shí)電壓略小點(diǎn)，轉(zhuǎn)速也會(huì)小點(diǎn)，結(jié)果輸出風(fēng)量就會(huì)小點(diǎn)。

這種情況的解決方法可以使用轉(zhuǎn)差補(bǔ)償法，即當(dāng)負(fù)荷增加時(shí)，變頻器在給定頻率不變的情況下，將輸出頻率適當(dāng)增加一些，以幫助改善機(jī)械特性曲線。實(shí)際上，變頻器從制造廠家出廠時(shí)已經(jīng)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn)。如50HZ時(shí)輸出電壓可以達(dá)到385V.

（2）下垂功能

場景：油漆車間報(bào)交線輸送線鏈條（塑料鏈）長近60多米，驅(qū)動(dòng)站安裝于鏈條前段，滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可以容量9輛車。初期，由于負(fù)荷較大，經(jīng)常造成過載，鏈條運(yùn)轉(zhuǎn)出現(xiàn)嚴(yán)重爬行。后考慮鏈條過長，為加大轉(zhuǎn)矩，在鏈條后端再安裝一只同功率的異步電機(jī)同步運(yùn)行，這樣兩臺(tái)電機(jī)就可以實(shí)現(xiàn)配合，一只在前段拉動(dòng)，另一只在后端推動(dòng)。僅在一個(gè)月內(nèi)兩次拉斷鏈條。經(jīng)過檢查分析，事故原因：雖然兩個(gè)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、變頻器型號(hào)、參數(shù)設(shè)置均相同，但是仍然出現(xiàn)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)配合不好，將鏈條拉斷。

解決辦法是預(yù)置“下垂功能”，原理是讓電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)差加大，使得機(jī)械特性曲線變軟，這樣就使得拖動(dòng)同一負(fù)載的兩臺(tái)電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷趨向均衡。

3.變頻調(diào)速的加速與啟動(dòng)

場景：變頻器使用過程中會(huì)出現(xiàn)這種情況“啟動(dòng)時(shí)，變頻器會(huì)出現(xiàn)過電流而跳閘”。

加速時(shí)間是指變頻器的輸出頻率從0HZ上升至基本頻率所需的時(shí)間。

當(dāng)加速時(shí)間預(yù)置適當(dāng)?shù)拈L時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子能夠緩慢跟上同步轉(zhuǎn)速的上升，啟動(dòng)電流不大。

當(dāng)加速時(shí)間預(yù)置得太短時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子跟不上同步轉(zhuǎn)速的上升，啟動(dòng)電流就明顯增大，甚至可導(dǎo)致變頻器因過電流而跳閘。

預(yù)置加速時(shí)間的主要依據(jù)：

①電機(jī)拖動(dòng)系統(tǒng)慣性大小;

②生產(chǎn)工藝對(duì)機(jī)械加速時(shí)間的要求;

可以通過預(yù)置“加速防失速”功能，其目的就是當(dāng)加速電流超過上限值時(shí)，頻率暫停上升，等電流重新回到允許范圍后再繼續(xù)加速。

另外要實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)的辦法還有加大傳動(dòng)比，以減少拖動(dòng)系統(tǒng)的機(jī)械慣量G ，如果無法改變傳動(dòng)比，則可以在選型時(shí)增加變頻器容量，使之承受較高電流不跳閘。

4.變頻調(diào)速的減速與停止

場景：輸送系統(tǒng)變頻器（SEW Movimot）減速時(shí)間設(shè)置太短，頻繁出現(xiàn)在運(yùn)行中報(bào)“變頻器過壓故障”，偶爾出現(xiàn)燒壞變頻器現(xiàn)象。

分析其故障過程，當(dāng)頻率開始下降時(shí)，轉(zhuǎn)子有慣性原因?qū)е罗D(zhuǎn)速無法立即下降，因而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速就會(huì)超過了同步轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子繞組變成正方向切割磁力線。實(shí)際上就是轉(zhuǎn)子繞組切割磁力線的方向反過來了。因而，轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)和電流的方向與原來相反，電動(dòng)機(jī)變成了發(fā)電機(jī)。當(dāng)直流回路產(chǎn)生泵升電壓時(shí)，如果減速時(shí)間設(shè)置得足夠長，那么電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子就能夠跟得上同步轉(zhuǎn)速的下降，泵升電壓就小。如果減速時(shí)間預(yù)置得較短時(shí)，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子速度不能跟隨同步轉(zhuǎn)速快速下降，泵升電壓就大，很可能導(dǎo)致變頻器因過電壓而跳閘。

有些保護(hù)功能優(yōu)秀的變頻器，具有“減速防失速”功能，就是泵升電壓超過上限值時(shí)，頻率暫停下降，待直流電壓進(jìn)入允許范圍后再繼續(xù)減速。

5.制動(dòng)電阻和制動(dòng)單元

場景：為實(shí)現(xiàn)調(diào)速快速制動(dòng)，變頻器不會(huì)產(chǎn)生過電壓而跳閘。

需要在直流回路中接入制動(dòng)電阻或制動(dòng)單元。當(dāng)快速制動(dòng)時(shí)，變頻器直流電壓超過允許上限值時(shí)，能夠通過制動(dòng)單元放電，制動(dòng)電流的大小取決于制動(dòng)電阻值，當(dāng)出現(xiàn)停止位置經(jīng)常沖過等現(xiàn)象表明制動(dòng)能量沒有完全吸收，應(yīng)該增加制動(dòng)單元容量。

四.涂裝車間變頻器管理

由于油漆車間生產(chǎn)節(jié)拍非常高，對(duì)變頻器穩(wěn)定性要求極高，生產(chǎn)過程中故障停機(jī)可能造成極大的經(jīng)濟(jì)損失，一旦故障可能產(chǎn)生批量缺陷批量報(bào)廢，因此變頻器維護(hù)保養(yǎng)直接影響油漆車間故障率控制。隨著電力電子技術(shù)的日新月異，變頻器也在不斷地更新?lián)Q代，功能不斷增強(qiáng)，可靠性也不斷提高，應(yīng)用領(lǐng)域不斷增大。但是由于變頻器中有眾多的集成電路板、電力電子器件，對(duì)維護(hù)管理人員提出了專業(yè)性要求。如果使用方法錯(cuò)誤，操作方法有誤，維護(hù)不及時(shí)，很可能發(fā)生各種故障或造成變頻器損傷，縮短設(shè)備使用壽命。因此，油漆車間變頻器日常的維護(hù)與檢測(cè)工作非常必要。必須日常檢查和定期維護(hù)。

（一）變頻器日常檢查的主要內(nèi)容如下：

1.技術(shù)參數(shù)是否符合要求;

2.工作環(huán)境是否滿足設(shè)計(jì)要求;

3.操作面板顯示是否有警告和故障;

4.有無異響、異振、異味、異常變色等問題;

5.有無異常發(fā)熱跡象;

6.冷卻系統(tǒng)是否正常工作;

（二）變頻器定期檢查主要內(nèi)容：

1. 散熱系統(tǒng)：清掃過濾網(wǎng)等，及時(shí)更換異常或異響風(fēng)扇;

2. 螺栓等緊固件：這些部位由于振動(dòng)、溫度的冷熱變化等造成松動(dòng)，檢查擰緊狀態(tài);

3. 絕緣體和導(dǎo)體：檢查是否異常或損壞;

4. 測(cè)量變頻器絕緣電阻;