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        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??梢酝ㄟ^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、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?;虍愴戯L(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?;驌p壞;

        4. 測量變頻器絕緣電阻;

        5. 檢查變頻器散熱風(fēng)扇、電容、繼電器,異常時(shí)進(jìn)行更換。

        參考文獻(xiàn)

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