电能质量：汽车制造行业谐波的产生及治理问题（一）
返回列表来源：领步电能质量发布时间：2017-07-04分享加入收藏关注：-
电能质量是电力工业产品的重要指标，涉及发、 供、用各方面的权益。随着科技的进步与发展，冲击性、非线性的负载越来越多，尤其是电力电子器件的应用，使得谐波、电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题尤为严重。汽车行业的电能质量问题，主要体现在汽车制造业中，而在汽车制造业中， 主要体现在冲压、焊接、涂装、总装生产工艺。整个汽车制造流程紧密衔接，具有高度集成的特点， 对电能质量的要求相对较高。而任何一个制造工艺的供电故障、电气事故都会影响到上一个工艺或下一个工艺的正常运作。因此，谐波治理对汽车制造行业有着举足轻重的意义。
一、谐波的产生来源及对制造的危害
1、冲压产生谐波及对制造的危害
汽车车身冲压成形是汽车制造技术的重要组成部分，其中大量使用数控冲床、等离子切割机床、 多工位冲压机床等大型设备，冲压过程如图１所示。这些设备使用直流电动机，是典型的谐波源及冲击性负荷，产生的谐波不仅造成母线电压波动，使设备无法运行，还会使系统功率因数降低，电压、电流波形严重畸变，增加系统的无功功率损耗，影响整个供电系统，如下图所示。
谐波会使电压和电流畸变、计量仪出错、保护装置误动，引起自动跳闸将导致生产中断。谐波导致过压、过流、欠压等电能质量问题，会使冲压设备因过压、过流而出现过负荷的冲压，或因欠压而导致压力不够、冲压不到位，出现产品报废等现象。谐波使系统损耗增加，增加系统的发热量和噪声污染。长时间工作在不良电能环境中，会降低设备寿命，损坏电容补偿装置。冲击性负荷会使供电系统不稳定，造成严重的电压闪变、瞬时电压降低等现象，使某些设备停止运行。
2、焊接产生谐波及对制造的危害
汽车焊接主要用于车身的制造，有点焊、凸焊、二氧化碳保护焊和氩弧焊等多种方式。点焊产生的谐波使得系统三相电压严重不平衡、中性线电流过大、 动力电缆肌肤效应严重、平均功率因数低，电气故障频发、电压、电流不稳定。二氧化碳保护焊和氩弧焊利用焊丝与工件间产生的电弧来熔化金属，如下图所示。
点焊机是典型的单相冲击性负载，也是典型的谐波源。谐波电流使得系统的电压电流发生畸变， 出现过压、欠压、过流，甚至引起保护装置误动， 影响正常生产。还会造成焊件质量不到位、虚焊、 漏焊、误焊等隐患，导致产品不合格。另外，谐波电流使设备无法正常运行，导致中性线电流增大、 中性线电缆的肌肤效应相应增大，降低电缆使用寿命，严重时会烧毁电缆，威胁整个系统的电能质量。
3、涂装喷漆产生谐波及对制造的危害
涂装工艺主要是通过机械手对焊接成形的车身及零部件进行喷涂和烘烤，如下图所示。
涂装工艺的主要负载是电力电子器件和大容量的加热设备，这些设备应用整流及变频原理制造， 在此过程中会产生谐波，而加热设备则使用电阻较大的器件。涂装车间的电能质量表现为感性无功较大、整体功率因数低、谐波电流大而复杂，系统母线端电压降低严重，设备发热量大以及利用率低。
谐波会使涂装车间的设备损耗增加，使主变的铁损、铜损、介质损耗、电压峰值增加，变压器噪声变大，变压器的负载能力减小。谐波会使涂装、喷漆、运送等设备出现误动，导致喷漆不均匀，运送不到位，在涂装表面出现气泡、漏涂、打磨不到位、重复涂装等缺陷，严重影响产品的涂装质量。由于系统无功消耗增加，母线电压下降，电压发生偏差， 而加热设备会因电压过低，在规定的时间内达不到烘烤汽车表面涂层温度标准，出现烘烤质量问题。
4、组装过程中产生的谐波及对制造的危害
组装就是把各零部件安装到焊接好并经过涂装后的车身上，如下图所示
总装工艺过程主要是利用机器人代替人工进行自动组装，其程序控制是利用二极管、三极管、放大电路、整流桥、开关电源等电子元件，这些器件单个产生的谐波虽小， 但大量集成使用会对供电系统造成严重影响，产生大量谐波。因此，这些设备对电能质量的要求很高。
谐波会使电流电压畸变，使得处于过零运行的ＰＬＣ、单片机等器件因电压异常而引发误动，导致过早或延迟过零，影响到整体的指令控制。电压畸变还会影响电力电子器件的动作及精度，造成机械手误动。谐波还会损害电容器，使主控制板温度增加，降低电子元件的使用寿命。
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