汽車行業(yè)的分布式變頻器應(yīng)用及發(fā)展

周海波

摘要：汽車行業(yè)的發(fā)展逐漸向自動化靠攏，汽車生產(chǎn)線過程越來越錯綜復雜，變頻器逐漸步入汽車行業(yè)的發(fā)展過程，同時分布式變頻器控制系統(tǒng)因其生產(chǎn)應(yīng)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(tǒng)的通用變頻器接線方式更為簡便，安裝調(diào)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(diào)實訓臺以及汽車廠焊裝車間的實際應(yīng)用做出了詳細的分析探究，對分布式變頻器在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢進行了總結(jié)。

關(guān)鍵詞：分布式變頻器工藝點;結(jié)構(gòu)升級;空間延展性

0 ?引言

中國汽車行業(yè)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(yè)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(yè)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(tǒng)單傳動變頻器成為了市場的主流。電子技術(shù)的發(fā)展使分布式變頻器結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化升級，體積的縮減更是節(jié)省了安裝使用的空間。分布式變頻器內(nèi)部更高效率的功率器件為系統(tǒng)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(yǎng)，整體提高汽車行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展進程。

1 ?汽車行業(yè)分布式變頻器

1.1 汽車行業(yè)分布式變頻器的四大應(yīng)用工藝點

分布式變頻器在汽車行業(yè)的四大應(yīng)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(shè)定成一定的尺寸和性能零件。

②焊裝：是汽車成型的關(guān)鍵步驟，將板材焊接成已設(shè)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(huán)節(jié)。

變頻器的使用數(shù)量取決于汽車生產(chǎn)線的空間以及汽車設(shè)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(shù)量約占總量的70%。如表1所示。

1.2 分布式變頻器的發(fā)展，受到內(nèi)外兩方面因素的影響

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

②變頻器內(nèi)部結(jié)構(gòu)升級：快速發(fā)展的機械產(chǎn)業(yè)加快了變頻器的升級換代。變頻器跟隨電力電子技術(shù)的發(fā)展在外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)都得以優(yōu)化，從外部結(jié)構(gòu)的角度可發(fā)現(xiàn)分布式變頻器的體積逐漸縮小，節(jié)省了安裝的占地面積;從內(nèi)部結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，變頻器內(nèi)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(tǒng)通用式變頻器其優(yōu)點在于可提升IP防護等級、便于后期保養(yǎng)等;通訊技術(shù)（C-t）在分布式變頻器中的應(yīng)用促使變頻器得以集中控制，在生產(chǎn)協(xié)作中得以同步發(fā)展。

從汽車行業(yè)的角度出發(fā)，在汽車生產(chǎn)制造工藝中，輸送設(shè)備將以滑橇式輸送機為主。從生產(chǎn)成本的角度出發(fā)，滑橇式輸送機在組建費用上雖高于傳統(tǒng)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(jié)約、輸送速度更加便捷。

從行業(yè)變頻器的應(yīng)用來看，在汽車生產(chǎn)工藝中變頻器驅(qū)動（INVERTER DRIVE）和齒輪馬達（GEAR MOTOR）的應(yīng)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(yè)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(yīng)用便捷了操作參數(shù)的設(shè)置，且在后期設(shè)備維修時能夠節(jié)約大量的人力物力，節(jié)約了成本消耗，降低設(shè)備的損耗率。

②專業(yè)化：可總結(jié)某一類負載的應(yīng)用需求，根據(jù)汽車行業(yè)的發(fā)展特性，針對性的對變頻器進行專業(yè)化改造。如某汽車型號專用的分布式變頻器。

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

④一體化：將參數(shù)辨識系統(tǒng)（PI System）、PLC和PID調(diào)節(jié)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(xiàn)場分散控制方案比較

①后期維護成本降低;

②節(jié)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(jié)構(gòu);

⑤現(xiàn)場施工工作量降低，節(jié)約了時間成本。

3 ?分布式變頻器在汽車行業(yè)的應(yīng)用

3.1 分布式變頻器在汽車空調(diào)控制電路的應(yīng)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(shù)（Power Factor）進行更改。當對變頻器的頻率進行設(shè)定和調(diào)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(zhuǎn)速也隨之成正比的趨勢得到增加，空調(diào)冷氣制冷量也同時會增加;反之，電動機轉(zhuǎn)速呈降低趨勢，且壓縮機輸出的功率也會同步降低，空調(diào)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(lǐng)域的應(yīng)用

在具有空間延展性的汽車焊裝車間現(xiàn)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(yīng)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(xiàn)場的數(shù)據(jù)收集到變頻器中，主要由內(nèi)置變頻器和分布式驅(qū)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(yīng)用SEW應(yīng)用模塊AMX1001操作模式Rollenbahn Modus模式。激光焊大門用SEW應(yīng)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(zhuǎn)臺的應(yīng)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(shù)從工位直接應(yīng)用于工藝孔中，利用機械系統(tǒng)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(yīng)用SEW應(yīng)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(yīng)用，通過此類組合模式可對設(shè)備進行精準性定位。

4 ?結(jié)語

分布式變頻器在汽車行業(yè)的應(yīng)用最大的優(yōu)勢在于可節(jié)省安裝空間和防護等級，可在現(xiàn)場直接進行應(yīng)用，從而降低設(shè)備的購買成本。當分布式變頻器應(yīng)用于現(xiàn)場時，使變頻器的電纜長度響應(yīng)縮短，降低了整體設(shè)備的功率損耗，大大節(jié)省了電纜和濾波器的應(yīng)用成本，體現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的經(jīng)濟優(yōu)勢，確保了驅(qū)動器件的穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]劉坤鵬，何軍.分布式變頻器在汽車焊裝車間輸送領(lǐng)域的應(yīng)用[J].內(nèi)燃機與配件，2020（08）：73-74.

[2]于莫巖，劉茜，陳勇，高星.變頻器供電的電動客車永磁電機高頻噪聲研究[J].計算機仿真，2019（07）：120-125.

[3]蔡斌軍，向韜.基于SPWM控制技術(shù)的新能源汽車的變頻器仿真研究[N].湖南工程學院學報（自然科學版），2019（02）：6-10.

[4]劉青華.汽車變速器總成性能加載試驗臺研制過程中的問題[J].電子技術(shù)與軟件工程，2019（02）：245.

[5]華心怡.變頻器中PLC自動控制技術(shù)的運用探析[J].中國設(shè)備工程，2018（07）：110-111.