汽車涂裝車間變頻器應用與管理

2021-09-10 07:22:44周文山

科學與生活 2021年14期

周文山

摘要：盡管變頻器已經大量使用在工業領域，但是汽車涂裝車間仍然需要進一步深入研究和運用變頻器，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點，利用變頻器各種優越功能改善工藝及提升設備運行穩定性。最終，達到變頻器在涂裝車間良性運用和管理。

關鍵詞：涂裝車間;變頻器應用;變頻器改善工藝質量;變頻器管理

一.引言

汽車涂裝是整個汽車制造過程中最耗能，工藝最復雜，環境要求最高的車間，隨著國家低碳經濟推廣，降低能耗節約成本越來越成為企業提高產品競爭力有效手段。目前，國內新造汽車涂裝生產線，普遍采用各種高性能變頻器，變頻器的優越性越來越被汽車涂裝界所認可。變頻器用于交流異步電動機和交流同步電動機驅動控制，是目前公認的交流電動機最成熟最有前景的調速驅動方案，除了具有優良的調速性能之外，變頻器還有突出的節能效果和優良的工藝控制方式。變頻器的出現比異步電機的出現晚了近百年，是由于變頻器伴隨著電力電子、自動控制、計算機等發展而發展的。而隨著近幾年國內外功率元器件快速發展，變頻器性能越來越強大，通訊功能給涂裝車間網絡控制提供便利，于是產生各種高性能變頻器，變頻器技術進步也給涂裝車間工藝性能改善和提升提供各種技術資源和成熟的方案。

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風機系統，水泵系統，自動化生產線驅動系統，車體漆面烘烤系統等，具體應用如表1所示。

三.涂裝車間變頻器運用優化案例

1.異步電機低頻運行時轉矩提升

場景：涂裝車間內有時會出現，當機器剛帶上負載時，電動機轉動卡阻的情況，時間稍長就會出現變頻器過載故障。如圖2這是由于低頻運行時，電機磁通很小，當頻率下降時，那么理想空載點就會下移，但機械特性的“硬度”幾乎保持不變，但電機的臨界轉矩會變小，因而，電機帶負載能力下降，特別當設備重載啟動時，電機啟動費力。實際上電機帶負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矩。當采用U/F控制方式時，如圖1保持低頻時獲得額定磁通，就只有適當提升變頻器的輸出電壓，這種通過適當提升補償電壓來增加磁通，進而實現增加電動機低頻時帶負載能力的方法，稱為電壓補償法，或者稱為轉矩提升法（如圖2）。當運行頻率不一樣時，電壓補償量也不一樣，那么如何把0HZ時的起點電壓定義為電壓補償量?？梢酝ㄟ^在變頻器查找電壓補償參數并作逐步提升設置。

為什么要由低到高逐步優化提升電壓補償量？如果在低頻運行時已經補償了過高的電壓，而負載又變輕的話，那么電阻壓降必然隨負載的減輕而減小，就會使反電動勢的同步增大，又導致電動機的磁通增加，勵磁電流產生尖峰電流，將會使變頻器過電流而跳閘。所以轉矩提升要適當。

現場應用：電泳打磨工位有臺旋轉臺經常出現啟動過載，檢查現場機械傳動無卡死，啟動時，手動助推，就可以運行，檢查啟動時變頻器有輸出。不提高頻率而通過更改參數慢慢上調轉矩提升量，后來變頻器運行正常。

2.變頻器機械特性的調整

（1）轉差補償功能：

場景：油漆車間內有臺風機，安裝變頻器后，維修工反應說：變頻器50HZ的風量比工頻運行時風量要小。分析其原因，是因為變頻器本身使用PWM脈寬調制，存在著死區，實際變頻器50HZ時，輸出電壓，比工頻時電壓略小點，轉速也會小點，結果輸出風量就會小點。

這種情況的解決方法可以使用轉差補償法，即當負荷增加時，變頻器在給定頻率不變的情況下，將輸出頻率適當增加一些，以幫助改善機械特性曲線。實際上，變頻器從制造廠家出廠時已經對其進行校準。如50HZ時輸出電壓可以達到385V.

（2）下垂功能

場景：油漆車間報交線輸送線鏈條（塑料鏈）長近60多米，驅動站安裝于鏈條前段，滿負荷運轉時，可以容量9輛車。初期，由于負荷較大，經常造成過載，鏈條運轉出現嚴重爬行。后考慮鏈條過長，為加大轉矩，在鏈條后端再安裝一只同功率的異步電機同步運行，這樣兩臺電機就可以實現配合，一只在前段拉動，另一只在后端推動。僅在一個月內兩次拉斷鏈條。經過檢查分析，事故原因：雖然兩個驅動電機、變頻器型號、參數設置均相同，但是仍然出現兩個驅動配合不好，將鏈條拉斷。

解決辦法是預置“下垂功能”，原理是讓電動機的轉差加大，使得機械特性曲線變軟，這樣就使得拖動同一負載的兩臺電動機的負荷趨向均衡。

3.變頻調速的加速與啟動

場景：變頻器使用過程中會出現這種情況“啟動時，變頻器會出現過電流而跳閘”。

加速時間是指變頻器的輸出頻率從0HZ上升至基本頻率所需的時間。

當加速時間預置適當的長時，電動機的轉子能夠緩慢跟上同步轉速的上升，啟動電流不大。

當加速時間預置得太短時，電動機的轉子跟不上同步轉速的上升，啟動電流就明顯增大，甚至可導致變頻器因過電流而跳閘。

預置加速時間的主要依據：

①電機拖動系統慣性大小;

②生產工藝對機械加速時間的要求;

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

另外要實現快速啟動的辦法還有加大傳動比，以減少拖動系統的機械慣量G ，如果無法改變傳動比，則可以在選型時增加變頻器容量，使之承受較高電流不跳閘。

4.變頻調速的減速與停止

場景：輸送系統變頻器（SEW Movimot）減速時間設置太短，頻繁出現在運行中報“變頻器過壓故障”，偶爾出現燒壞變頻器現象。

分析其故障過程，當頻率開始下降時，轉子有慣性原因導致轉速無法立即下降，因而轉子的轉速就會超過了同步轉速，轉子繞組變成正方向切割磁力線。實際上就是轉子繞組切割磁力線的方向反過來了。因而，轉子繞組中感應電動勢和電流的方向與原來相反，電動機變成了發電機。當直流回路產生泵升電壓時，如果減速時間設置得足夠長，那么電動機的轉子就能夠跟得上同步轉速的下降，泵升電壓就小。如果減速時間預置得較短時，電動機的轉子速度不能跟隨同步轉速快速下降，泵升電壓就大，很可能導致變頻器因過電壓而跳閘。

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

5.制動電阻和制動單元

場景：為實現調速快速制動，變頻器不會產生過電壓而跳閘。

需要在直流回路中接入制動電阻或制動單元。當快速制動時，變頻器直流電壓超過允許上限值時，能夠通過制動單元放電，制動電流的大小取決于制動電阻值，當出現停止位置經常沖過等現象表明制動能量沒有完全吸收，應該增加制動單元容量。

四.涂裝車間變頻器管理

由于油漆車間生產節拍非常高，對變頻器穩定性要求極高，生產過程中故障停機可能造成極大的經濟損失，一旦故障可能產生批量缺陷批量報廢，因此變頻器維護保養直接影響油漆車間故障率控制。隨著電力電子技術的日新月異，變頻器也在不斷地更新換代，功能不斷增強，可靠性也不斷提高，應用領域不斷增大。但是由于變頻器中有眾多的集成電路板、電力電子器件，對維護管理人員提出了專業性要求。如果使用方法錯誤，操作方法有誤，維護不及時，很可能發生各種故障或造成變頻器損傷，縮短設備使用壽命。因此，油漆車間變頻器日常的維護與檢測工作非常必要。必須日常檢查和定期維護。

（一）變頻器日常檢查的主要內容如下：

1.技術參數是否符合要求;

2.工作環境是否滿足設計要求;

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.有無異常發熱跡象;

6.冷卻系統是否正常工作;

（二）變頻器定期檢查主要內容：

1. 散熱系統：清掃過濾網等，及時更換異?；虍愴戯L扇;

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

3. 絕緣體和導體：檢查是否異?；驌p壞;

4. 測量變頻器絕緣電阻;