汽车涂装车间变频器应用与管理

2021-09-10 07:22周文山

科学与生活 2021年14期

周文山

摘要：尽管变频器已经大量使用在工业领域，但是汽车涂装車间仍然需要进一步深入研究和运用变频器，不断挖掘变频器潜能。本文通过分析变频器在涂装车间使用概况，研究各种使用场合显著优点，利用变频器各种优越功能改善工艺及提升设备运行稳定性。最终，达到变频器在涂装车间良性运用和管理。

关键词：涂装车间;变频器应用;变频器改善工艺质量;变频器管理

一.引言

汽车涂装是整个汽车制造过程中最耗能，工艺最复杂，环境要求最高的车间，随着国家低碳经济推广，降低能耗节约成本越来越成为企业提高产品竞争力有效手段。目前，国内新造汽车涂装生产线，普遍采用各种高性能变频器，变频器的优越性越来越被汽车涂装界所认可。变频器用于交流异步电动机和交流同步电动机驱动控制，是目前公认的交流电动机最成熟最有前景的调速驱动方案，除了具有优良的调速性能之外，变频器还有突出的节能效果和优良的工艺控制方式。变频器的出现比异步电机的出现晚了近百年，是由于变频器伴随着电力电子、自动控制、计算机等发展而发展的。而随着近几年国内外功率元器件快速发展，变频器性能越来越强大，通讯功能给涂装车间网络控制提供便利，于是产生各种高性能变频器，变频器技术进步也给涂装车间工艺性能改善和提升提供各种技术资源和成熟的方案。

二.涂装车间变频器使用情况：

变频器在涂装车间主要用于供排风风机系统，水泵系统，自动化生产线驱动系统，车体漆面烘烤系统等，具体应用如表1所示。

三.涂装车间变频器运用优化案例

1.异步电机低频运行时转矩提升

场景：涂装车间内有时会出现，当机器刚带上负载时，电动机转动卡阻的情况，时间稍长就会出现变频器过载故障。如图2这是由于低频运行时，电机磁通很小，当频率下降时，那么理想空载点就会下移，但机械特性的“硬度”几乎保持不变，但电机的临界转矩会变小，因而，电机带负载能力下降，特别当设备重载启动时，电机启动费力。实际上电机带负载能力的大小主要由磁通决定，如果将磁通一直保持在额定磁通大小，那样就可以提高低频转矩。当采用U/F控制方式时，如图1保持低频时获得额定磁通，就只有适当提升变频器的输出电压，这种通过适当提升补偿电压来增加磁通，进而实现增加电动机低频时带负载能力的方法，称为电压补偿法，或者称为转矩提升法（如图2）。当运行频率不一样时，电压补偿量也不一样，那么如何把0HZ时的起点电压定义为电压补偿量。可以通过在变频器查找电压补偿参数并作逐步提升设置。

为什么要由低到高逐步优化提升电压补偿量？如果在低频运行时已经补偿了过高的电压，而负载又变轻的话，那么电阻压降必然随负载的减轻而减小，就会使反电动势的同步增大，又导致电动机的磁通增加，励磁电流产生尖峰电流，将会使变频器过电流而跳闸。所以转矩提升要适当。

现场应用：电泳打磨工位有台旋转台经常出现启动过载，检查现场机械传动无卡死，启动时，手动助推，就可以运行，检查启动时变频器有输出。不提高频率而通过更改参数慢慢上调转矩提升量，后来变频器运行正常。

2.变频器机械特性的调整

（1）转差补偿功能：

场景：油漆车间内有台风机，安装变频器后，维修工反应说：变频器50HZ的风量比工频运行时风量要小。分析其原因，是因为变频器本身使用PWM脉宽调制，存在着死区，实际变频器50HZ时，输出电压，比工频时电压略小点，转速也会小点，结果输出风量就会小点。

这种情况的解决方法可以使用转差补偿法，即当负荷增加时，变频器在给定频率不变的情况下，将输出频率适当增加一些，以帮助改善机械特性曲线。实际上，变频器从制造厂家出厂时已经对其进行校准。如50HZ时输出电压可以达到385V.

（2）下垂功能

场景：油漆车间报交线输送线链条（塑料链）长近60多米，驱动站安装于链条前段，满负荷运转时，可以容量9辆车。初期，由于负荷较大，经常造成过载，链条运转出现严重爬行。后考虑链条过长，为加大转矩，在链条后端再安装一只同功率的异步电机同步运行，这样两台电机就可以实现配合，一只在前段拉动，另一只在后端推动。仅在一个月内两次拉断链条。经过检查分析，事故原因：虽然两个驱动电机、变频器型号、参数设置均相同，但是仍然出现两个驱动配合不好，将链条拉断。

解决办法是预置“下垂功能”，原理是让电动机的转差加大，使得机械特性曲线变软，这样就使得拖动同一负载的两台电动机的负荷趋向均衡。

3.变频调速的加速与启动

场景：变频器使用过程中会出现这种情况“启动时，变频器会出现过电流而跳闸”。

加速时间是指变频器的输出频率从0HZ上升至基本频率所需的时间。

当加速时间预置适当的长时，电动机的转子能够缓慢跟上同步转速的上升，启动电流不大。

当加速时间预置得太短时，电动机的转子跟不上同步转速的上升，启动电流就明显增大，甚至可导致变频器因过电流而跳闸。

预置加速时间的主要依据：

①电机拖动系统惯性大小;

②生产工艺对机械加速时间的要求;

可以通过预置“加速防失速”功能，其目的就是当加速电流超过上限值时，频率暂停上升，等电流重新回到允许范围后再继续加速。

另外要实现快速启动的办法还有加大传动比，以减少拖动系统的机械惯量G ，如果无法改变传动比，则可以在选型时增加变频器容量，使之承受较高电流不跳闸。

4.变频调速的减速与停止

场景：输送系统变频器（SEW Movimot）减速时间设置太短，频繁出现在运行中报“变频器过压故障”，偶尔出现烧坏变频器现象。

分析其故障过程，当频率开始下降时，转子有惯性原因导致转速无法立即下降，因而转子的转速就会超过了同步转速，转子绕组变成正方向切割磁力线。实际上就是转子绕组切割磁力线的方向反过来了。因而，转子绕组中感应电动势和电流的方向与原来相反，电动机变成了发电机。当直流回路产生泵升电压时，如果减速时间设置得足够长，那么电动机的转子就能够跟得上同步转速的下降，泵升电压就小。如果减速时间预置得较短时，电动机的转子速度不能跟随同步转速快速下降，泵升电压就大，很可能导致变频器因过电压而跳闸。

有些保护功能优秀的变频器，具有“减速防失速”功能，就是泵升电压超过上限值时，频率暂停下降，待直流电压进入允许范围后再继续减速。

5.制动电阻和制动单元

场景：为实现调速快速制动，变频器不会产生过电压而跳闸。

需要在直流回路中接入制动电阻或制动单元。当快速制动时，变频器直流电压超过允许上限值时，能够通过制动单元放电，制动电流的大小取决于制动电阻值，当出现停止位置经常冲过等现象表明制动能量没有完全吸收，应该增加制动单元容量。

四.涂装车间变频器管理

由于油漆车间生产节拍非常高，对变频器稳定性要求极高，生产过程中故障停机可能造成极大的经济损失，一旦故障可能产生批量缺陷批量报废，因此变频器维护保养直接影响油漆车间故障率控制。随着电力电子技术的日新月异，变频器也在不断地更新换代，功能不断增强，可靠性也不断提高，应用领域不断增大。但是由于变频器中有众多的集成电路板、电力电子器件，对维护管理人员提出了专业性要求。如果使用方法错误，操作方法有误，维护不及时，很可能发生各种故障或造成变频器损伤，缩短设备使用寿命。因此，油漆车间变频器日常的维护与检测工作非常必要。必须日常检查和定期维护。

（一）变频器日常检查的主要内容如下：

1.技术参数是否符合要求;

2.工作环境是否满足设计要求;

3.操作面板显示是否有警告和故障;

4.有无异响、异振、异味、异常变色等问题;

5.有无异常发热迹象;

6.冷卻系统是否正常工作;

（二）变频器定期检查主要内容：

1. 散热系统：清扫过滤网等，及时更换异常或异响风扇;

2. 螺栓等紧固件：这些部位由于振动、温度的冷热变化等造成松动，检查拧紧状态;

3. 绝缘体和导体：检查是否异常或损坏;

4. 测量变频器绝缘电阻;