汽車行業的分布式變頻器應用及發展

周海波

摘要：汽車行業的發展逐漸向自動化靠攏，汽車生產線過程越來越錯綜復雜，變頻器逐漸步入汽車行業的發展過程，同時分布式變頻器控制系統因其生產應用的可靠性逐漸引起其人們的注意。分布式變頻器相比傳統的通用變頻器接線方式更為簡便，安裝調控的時間逐漸縮短，且對額外柜機空間的需求較低。文章主要對分布式變頻器在汽車空調實訓臺以及汽車廠焊裝車間的實際應用做出了詳細的分析探究，對分布式變頻器在汽車領域的應用優勢進行了總結。

關鍵詞：分布式變頻器工藝點;結構升級;空間延展性

0 ?引言

中國汽車行業的固定投資率于2019年總體上升6.7%，進一步提高了增幅。汽車行業的分布式變頻器市場也跟隨固定投資率的上升逐漸擴大。2019年，中國汽車行業對分布式變頻器的需求量同比上升了5%，分布式變頻器逐漸取代了傳統單傳動變頻器成為了市場的主流。電子技術的發展使分布式變頻器結構不斷優化升級，體積的縮減更是節省了安裝使用的空間。分布式變頻器內部更高效率的功率器件為系統運行提供了散熱功能，同時提高了IP防護等級，更便于后期人員的保養，整體提高汽車行業的可持續發展進程。

1 ?汽車行業分布式變頻器

1.1 汽車行業分布式變頻器的四大應用工藝點

分布式變頻器在汽車行業的四大應用工藝點在于沖壓（Stamping）、焊裝（Welding）、涂裝（Painting）、總裝（Final assembly），詳情如下所示。

①沖壓：通過對板料施加壓力，設定成一定的尺寸和性能零件。

②焊裝：是汽車成型的關鍵步驟，將板材焊接成已設計好的車身。

③涂裝：主要作用于車身，對汽車外表進行裝飾，提高汽車的使用年限。

④總裝：將檢驗合格的零部件組裝成整車，是汽車制造工藝的最終環節。

變頻器的使用數量取決于汽車生產線的空間以及汽車設備的運輸種類。分布式變壓器在焊裝和涂裝車間采用滑橇式輸送機（Skid conveyor）較多，所以對變頻器的需求量也相對較大，需保證一個工位最少配備一個變頻器。所以分布式變頻器在焊裝和涂裝車間的使用數量約占總量的70%。如表1所示。

1.2 分布式變頻器的發展，受到內外兩方面因素的影響

①外部市場的需求：加工制造業、較長的生產線都催生了對分布式變頻器產量的需求。

②變頻器內部結構升級：快速發展的機械產業加快了變頻器的升級換代。變頻器跟隨電力電子技術的發展在外部結構和內部結構都得以優化，從外部結構的角度可發現分布式變頻器的體積逐漸縮小，節省了安裝的占地面積;從內部結構角度出發，變頻器內部更高效率元器件的組裝為分布式變頻器的運作散熱提供了更為便利的條件。

分布式變頻器相對于傳統通用式變頻器其優點在于可提升IP防護等級、便于后期保養等;通訊技術（C-t）在分布式變頻器中的應用促使變頻器得以集中控制，在生產協作中得以同步發展。

從汽車行業的角度出發，在汽車生產制造工藝中，輸送設備將以滑橇式輸送機為主。從生產成本的角度出發，滑橇式輸送機在組建費用上雖高于傳統的懸鏈式，但在實際操作的角度分析，滑橇式輸送機相比懸鏈式輸送機布置更為靈活、耗能更為節約、輸送速度更加便捷。

從行業變頻器的應用來看，在汽車生產工藝中變頻器驅動（INVERTER DRIVE）和齒輪馬達（GEAR MOTOR）的應用更為廣泛，在市場總份額的所占比例逐步提高。

2 ?汽車行業分布式變頻器運行特性

2.1 分布式變頻器運行特性

①便捷化：分布式變頻器的應用便捷了操作參數的設置，且在后期設備維修時能夠節約大量的人力物力，節約了成本消耗，降低設備的損耗率。

②專業化：可總結某一類負載的應用需求，根據汽車行業的發展特性，針對性的對變頻器進行專業化改造。如某汽車型號專用的分布式變頻器。

③節能化：分布式變頻器可降低整體的系統使用噪聲，減少電動機的轉矩脈動（Torque ripple），降低開關損耗率。

④一體化：將參數辨識系統（PI System）、PLC和PID調節器等功能相近的功能部件有機的集合成變頻器和電動機的一體化組合機。

2.2 集中控制方案和現場分散控制方案比較

①后期維護成本降低;

②節約了控制柜的擺放空間;

③故障點明顯得到控制;

④項目改造更為便利，無需更改電氣部分的硬件結構;

⑤現場施工工作量降低，節約了時間成本。

3 ?分布式變頻器在汽車行業的應用

3.1 分布式變頻器在汽車空調控制電路的應用

變頻器可對交流異步電動機（AC asynchronous motor）進行軟啟動，并且可同時對功率因數（Power Factor）進行更改。當對變頻器的頻率進行設定和調整時，三相交流分布式電動機的電源頻率就會進一步被改變，如圖1所示。

當分布式變頻器的頻率提升時，電動機的轉速也隨之成正比的趨勢得到增加，空調冷氣制冷量也同時會增加;反之，電動機轉速呈降低趨勢，且壓縮機輸出的功率也會同步降低，空調冷氣制冷量也會減少。

3.2 分布式變頻器在汽車焊裝車間輸送領域的應用

在具有空間延展性的汽車焊裝車間現場，功率較小的過度輥床（Excessive roll bed）、輸送平移滾床（Conveying Roller）、激光焊大門（Laser-welded gate）主要采用的是安全性較高的SEW-MOVIFIT分布式變頻器;功率較大的板式鏈（Plate chain）、框架、升降輥床（Elevating roller bed）皆采用SEW-MOVIPRO分布式變頻器。詳情如圖2所示。

3.2.1 分布式變頻器SEW-MOVIFIT在平移輥床上的應用

在汽車焊裝車間的平移輥床皆采用防護等級IP69K的1.5kW和4kW的SEWMOVIFITFC TECHNOLOGIE S11（safe option）分布式變頻器。將變頻器安裝在輥床支架上，可將現場的數據收集到變頻器中，主要由內置變頻器和分布式驅動控制裝置（Drive Control Unit）。

硬件由被動鏈接單元（Passive Link Unit）組成，用以控制減速電機。將整個箱體的排污功能以及機械損傷抗震功能組合在一起。軟件方面平移輥床應用SEW應用模塊AMX1001操作模式Rollenbahn Modus模式。激光焊大門用SEW應用模塊AMX1001操作模式V/R Modus模式。將這兩種模式直接接入到MOVIFIT模塊里，可將操作變得更為快捷、方便。

3.2.2 分布式變頻器MOVIPRO在升降輥床、轉臺的應用

采用2.2-15kW的SEW-MOVIPRO ADC mit S11系列變頻器，將升降輥床通過變頻技術從工位直接應用于工藝孔中，利用機械系統將車身按照一定軌跡焊接在一起。變頻器SEW-MOVIPRO ADC mit S11由功率（Power）單元、通訊（Communication）單元、控制（Control）單元和電源（Power supply）單元組成。軟件方面應用SEW應用模塊AMA0801操作模式，可以采用電機和外部編碼器（Encoders）組合方式應用，通過此類組合模式可對設備進行精準性定位。

4 ?結語

分布式變頻器在汽車行業的應用最大的優勢在于可節省安裝空間和防護等級，可在現場直接進行應用，從而降低設備的購買成本。當分布式變頻器應用于現場時，使變頻器的電纜長度響應縮短，降低了整體設備的功率損耗，大大節省了電纜和濾波器的應用成本，體現了節能環保的經濟優勢，確保了驅動器件的穩定運行。

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