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某汽车涂装线整流电源应用分析
2020年06月09日    阅读量:973    新闻来源:车涂平台  |  投稿

正文

某汽车涂装线整流电源应用分析


本文作者:杨天宇,唐飞,蒋庆涛,董保华,王海涛

本文来源:2020《涂料工业》第6期


作者简介

杨天宇(1986- ):男,工程师,中国汽车工业工程有限公司职员,主要从事汽车涂装线电泳设备应用工作。


在汽车涂装行业,电泳工艺广泛应用于车身底漆生产线,按照车身所带电荷的不同,分为阳极电泳、阴极电泳。目前,应用最为广泛的是阴极电泳,本文所述内容,均围绕阴极电泳展开。

电泳所使用的电源,既非水泵、风机所用的380V交流电源,也非控制系统常用的24V直流电源,而是经过专用整流器处理后输出的0~400V或0~500V的直流电源,称之为整流电源。

整流电源的进线有AC380V、AC10kV之分,按不同项目需求,输出电压有DC0~400V或DC0~500V等不同规格,最大电流可按照要求做成1000A、1500A等规格。在工程应用中,实际输出电压一般在100~350V范围内,峰值电流一般不超过整流电源最大电流的80%。

在电泳槽内,一般均匀地分布着很多件金属电极,即:阳极。阳极顶部设有接线柱,通过电缆与整流电源的正极相连。车身经吊具及其铜刷,与阴极铜排相导通,最终与整流器负极相连。

电泳时间一般为3~4min,在连续式生产线上,车身会在3~4min内,从电泳槽的入口到达出口,车身所经过的区域会依次划分成2~3个区域,每个区域内的电压值不同。划分不同电压区域,可以通过将阳极分区或者阴极分区来实现,具体的分区方案对于每台整流电源的实际负荷有极为重要的影响。


1工程案例

某汽车涂装车间采用阴极电泳工艺连续式生产,如图1所示。

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图1 系统图


车身从左向右经过电泳槽,依次通过一段、二段、三段3个电压分区。共3台整流器,图2为整流器正负极接线示意图,阳极数量仅作示意,并非确切数值。

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图2 加电系统示意图


基本信息如下:(1)输送方式:连续式输送。(2)加电方式:三段电压,阴极铜排分段,共阳极,全浸后加电。(3)阳极:第一段26对侧部阳极;第二段24对侧部阳极;第三段24对侧部阳极。每根阳极设置1个电流表,实时显示电流值。(4)整流电源:共设置3台整流电源,分别对应3个区域,依次为低压区、高压1区、高压2区,设置3个不同的电压。控制柜触摸屏可实时显示每台整流电源的总电流值。

通过记录、整理、对比各项电流数据,即可得出阴极电泳线阳极分区模式下整流电源的运行特征。

图3为单车经过电泳槽,3台整流电源分别输出的电压、电流曲线。

单车经过电泳槽时,记录每一根阳极的电流数值,作为原始数据,按照2种不同的规则整理,得到相应的电流曲线,如图4、图5所示。图4电流曲线数据整理规则为:铜刷接触任意一段铜排时,累加电泳槽内所有阳极的电流数值,即,每段阴极铜排的电流曲线,曲线短暂的交叉即为铜刷在2段铜排之间过渡。图5电流曲线数据整理规则为:按照阳极区域的划分,分别累加各分段内部所属阳极的电流数值,即,阳极分区的电流曲线。

从曲线趋势、数值对比,显然,图4与图3相吻合。说明当车身与某一段铜排连接时,所有阳极的电流累加值即为该处整流电源的总电流。

图3中圆圈内的曲线呈现针状波峰、波谷,显示了铜刷在高、低压铜排之间过渡时整流电源输出的电压、电流特征:电压较低的整流电源的电压出现短暂的升高,而电压较高的整流电源的电压则出现短暂的降低。与此同时,电压较低的整流电源的电流值骤降为零,而电压较高的整流电源电流值骤升。说明当吊具铜刷在2段铜排之间过渡时,与2段铜排相连接的2台整流电源同时对该吊具上的工件施加电压,而电流则由电压数值较高的整流电源输出。


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图3 实测整流电源输出电压、电流曲线(单车)

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图4 单车电流数据整理-1


从图5可以看出,车身依次通过低压区、高压1区、高压2区,各区电流起始、结束的时间点依次排列,电流变化趋势相近。车身逐渐靠近某一区域,该区域的电流即逐渐增大,车身逐渐远离某一区域,该区域的电流也随之逐渐减小。阳极的影响区域,也并非阳极本身占据的空间,而是扩大到其周边一定的距离,电压越高,影响范围越广。

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图5 单车电流数据整理-2


为便于数据分析,将图4中低压区曲线末端、高压1区曲线两端、高压2区前端电流值为0的数据点剔除,电流曲线的趋势线及公式如图6~图8所示。

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图6 低压区电流曲线

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图7 高压1区电流曲线


由图6计算可得:1号整流电源输出电量Q1=,平均电流 Im1=236 A。峰值电流 Imax1=,402 A,Imax1∶Im1=1.7∶1涂料在线coatingol.com

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图8 高压2区电流曲线


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总电量Q=Q1+Q2+Q3=98458C,平均电流Im=362A。

按照设计,车身在电泳槽中全浸时间为200s,车身入槽全浸后开始加电,带电出槽,所以,曲线图中可以看出,200s后车身出槽过程中仍有电流。

仅对车身全浸200s范围内的电流分析,去除车身带电出槽阶段的电流数据,重新计

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以上为单车电流数据,按照图4的数据整理规则得到的曲线图与整流电源实际运行曲线相吻合。为进一步验证图4数据整理规则的准确性,需将单车实验扩展到连续过车实验。

连续生产时,3个电压分区中,低压区、高压1区铜排上分别同时出现的最大车身数均为1,因此,低压区、高压1区的单车电流曲线与连续过车曲线有极高的相似性,连续过车曲线呈现出周期性,每一个周期性出现的曲线单元都与单车曲线一致。高压2区铜排上同时出现的车身数量较多,为3台,因此,高压2区连续过车曲线与单车曲线之间差异较大,无明显的相似性,需要3台及以上连续车身才能模拟出满产状态下各整流电源的负荷。

图9为4车连续经过电泳槽,3台整流电源分别的输出电压、电流曲线。

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图9 实测整流电源电压、电流曲线(连续过车)


图10为铜刷接触每一段铜排时,所有阳极累加电流曲线,其变化趋势和数值与图9曲线相吻合,从而进一步验证了该数据整理规则的准确性。

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图10 连续过车电流曲线


从图10可以看出,高压2区连续过车曲线在224s、284s连续出现同样的峰值,已表现出周期性,能够反映出连续过车曲线的特征,对该范围内的数据进行单独整理,如图11所示。计算可得:3号整流电源输出电量Q3=,平均电流Im3=915 A。峰值电流Imax3=1340A,Imax3∶Im3=1.5∶1。

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图11 高压2区电流曲线


对比高压1区、高压2区,峰值电流比值Imax3∶Imax2=1.8∶1,平均电流比值Im3∶Im2=1.7∶1。2号整流器、3号整流器的峰值电流、平均电流差异均较大,生产负荷分配有进一步调整的空间。

2 应用拓展

上述车身电泳过程中,车身电阻值随着漆膜的逐渐增厚而增大,因而需要施加的电压也逐渐增大。在入槽段,车身漆膜是整个过程中最薄的阶段,为避免反应过快,造成漆膜质量缺陷,入槽段的电压较低,即为低压区。高压区的电压较高,电流较大。

从图9数据可知,高压2区电流最大,其峰值电流约为高压1区峰值电流的2倍、低压区峰值电流的3倍,即,3号整流器的峰值负荷为2号整流器峰值负荷的2倍、1号整流器的3倍。3台整流器的负荷差异很大,极不均衡,造成设备整体的装机容量较大,但实际效能却较低。基于以上数据整理及曲线图对比结果,可以通过调整阴极铜排分段位置,即,调整各段铜排长度比例,来实现调整、平衡整流电源峰值负荷,提高效能的目的。

目前低压区的加电时间约48s,生产节拍为60s/台,考虑到采取全浸后加电方式、高压区加电时间、膜厚等因素,低压区铜排长度保持不变,延长高压1区铜排长度,缩短高压2区铜排长度,即,高压1区、2区铜排分界线向高压2区方向平移。即,从时间上定义,将高压1区、2区铜排分界线向高压2区方向平移10s。

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图12 单车电流数据模拟

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图13 连续过车电流数据模拟


图12为模拟单车经过电泳槽,3台整流电源分别输出的电流曲线。

图13为模拟4车连续经过电泳槽,3台整流电源分别输出的电流曲线。此时,2号整流电源和3号整流电源的峰值负荷比接近1∶1。

图12中高压1区电流曲线前段、后段差异很大,为保障较高的准确性,对其进行分段拟合趋势线,如图14所示,计算可得Q2=,平均电流Im2=578A。峰值电流Imax2=1198A,Imax2∶Im2=2.1∶1。

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图14 高压1区电流曲线

图15为高压2区电流曲线及拟合的趋势线,计算可得Q3=,平均电流Im3=842A。峰值电流Imax3=1150A,Imax3∶Im3=1.4∶1

对比高压1区、高压2区,峰值电流比值Imax3∶Imax2=1∶1,平均电流比值Im3∶Im2=1.5∶1。而高压1区与高压2区阴极铜排分段位置调整前,峰值电流比值Imax3∶Imax2=1.8∶1,平均电流比值Im3∶Im2=1.7∶1。可见,调整铜排分段位置后,2号整流器、3号整流器的峰值电流、平均电流均有接近的趋势,生产负荷分配较为合理。

3结语

对于阴极铜排分段,共阳极的电泳线:

(1)当吊具铜刷接触某一段铜排时,与之相连的整流电源的电流值等于所有阳极电流值的总和。

(2)当吊具铜刷在2段阴极铜排之间过渡时,相邻2台整流电源的总电流会出现剧烈变化,电压较低的整流电源电流值骤降为零,而电压较高的整流电源电流值骤升。即,如果2台整流电源同时对同一台车加电,则实际由电压较高的整流电源输出电流。

(3)通过调整铜排分段点位置,可以重新分配多台整流电源的生产负荷,使各整流电源的峰值电流、平均电流尽可能趋近。对于已建成生产线,可以提高设备运行安全系数;对于新建生产线,可以降低装机功率。



标签:工业涂料辅料与设备涂装应用技术中心汽车漆涂装
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