摘要：现现在的汽车制造行业，使用的机械装备越来越细密，制造手艺与自动化水平也越来越高，为此对供电系统的电能质量要求更高更苛刻，同时对不可知足现有生产工艺需求的供电质量举行治理。通太过析汽车制造历程中冲压工艺、焊接工艺、涂装工艺、总装工艺爆发的谐波、功率因数低、电压波动、闪变、三相不平衡等电能质量问题，连系现实项目治理案例，先容了系统解决计划，并对取得治理效果举行展示剖析。
要害词：汽车制造行业；非线性负载；电能质量监测与治理；系统解决计划；
0.小序
电能质量是电力工业产品的主要指标，涉及发、供、用各方面的权益。随着科技的前进与生长，攻击性、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。整个汽车制造流程细密衔接，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，治理谐波，提高电能质量，营造清静、稳固、高效、康健的绿色电能质量情形问题是汽车制造行业的配电中很是重视的问题。
1.汽车制造行业供配电系统谐波源及其危害
汽车制造行业供配电系统中的谐波源主要可分为冲压装备、焊接装备、涂装装备以及总装装备四大类，具有畸变率高、功率因数低、种类杂、数目多等特点。
1.1冲压装备
1.1.1冲压装备的用电现状
汽车车身冲压成形是汽车制造手艺的主要组成部分，其中大宗使用数控冲床、等离子切割机床、多工位冲压机床等大型装备。这些装备普遍接纳直流电念头，是典范的谐波源及攻击性负荷，爆发的谐波不但造成母线电压波动，使装备无法运行，还会使系统功率因数降低，电压、电流波形严重畸变，增添系统的无功功率消耗，影响整个供电系统。主要是攻击性负载，会引起功率因数很低，造成系统电压会偏低的情形，同时会陪统一些谐波，谐波电流约占装备所有开启后系统电流30%，谐波电压会随着系统负载的差别在7%-10%变换状态，可是主要照旧5、7次谐波。
1.1.2对制造工艺的危害
谐波导致过压、过流、欠压等电能质量问题，会使冲压装备因过压、过流而泛起过负荷的冲压，或因欠压而导致压力不敷、冲压不到位，泛起产品报废等征象。谐波使系统消耗增添，增添系统的发热量和噪声污染。长时间事情在不良电能情形中，会降低装备寿命，损坏电容赔偿装置。攻击性负荷会使供电系统不稳固，造成严重的电压闪变、瞬时电压降低等征象，使某些装备阻止运行。
1.2焊接装备
1.2.1焊接装备的用电现状
汽车焊接主要用于车身的制造，有点焊、凸焊、二氧化碳；ず负碗不『傅榷嘀址椒ǎㄏ衷诖笞谑褂煤附踊等耍。关于带涂层的钢板、涂胶的钢板、多层板及差别材质板等条件下的焊接，古板的工频点焊机难以知足焊接要求，中频点焊机在越来越多的汽车生产企业获得应用。中频点焊机事情原理：工频交流电经整流、滤波后酿成直流电，再通过大功率开关电子元件（如场效应管MOSFET或IGBT）的交替开关作用，把直流电逆酿成几千赫兹到几万赫兹的中频交流电压，经主变压器降压后，再经整流滤波获得平稳的直流输出焊接电流。其事情历程简朴体现为：工频交流-直流-中频交流-直流。焊机事情中频点焊时，焊接参数或许为预压时间400ms～800ms，焊接时间200ms～450ms，焊接电流高达5～10kA，焊接脉冲数为1～20次，坚持时间100ms～300ms。中频点焊机事情频仍，事情周期短，电流变换频率高，主要体现为瞬时突变电流，功率因数低、无功和电压波动较大、谐波电流和电压较大、三相电压不平衡严重等。
1.2.2对制造工艺的危害
点焊机是典范的单相攻击性负载，也是典范的谐波源。由于焊机是两相短路原理，会造成严重的电流不平衡的情形，同时启动电流会很大，造成较大的攻击性电流，功率因数会很低，甚至会造成系统电压偏低的情形，同时会爆发很大的谐波，并且谐波畸变率会较量高，预计会抵达20%以上。谐波电流使得系统的电压电流爆发畸变，泛起过压、欠压、过流，甚至引起；ぷ爸梦蠖，影响正常生产；够嵩斐珊讣质量不到位、虚焊、漏焊、误焊等隐患，导致产品缺乏格。另外，谐波电流使装备无法正常运行，导致中性线电流增大、中性线电缆的肌肤效应响应增大，降低电缆使用寿命，严重时会销毁电缆，威胁整个系统的电能质量。
1.3涂装装备
1.3.1涂装装备的用电现状
涂装工艺主要是通过机械手对焊接成形的车身及零部件举行喷涂和烘烤，一样平常会涉及到电泳装备，类似电镀。涂装工艺的主要负载是电力电子器件和大容量的加热装备，这些装备应用整流及变频原理制造，在此历程中会爆发谐波，而加热装备则使用电阻较大的器件。涂装车间的电能质量体现为感性无功较大、整体功率因数低、谐波电流大而重大，系统母线端电压降低严重，装备发热量大以及使用率低。电流畸变率在10%-25%之间，以５次、７次谐波为主、包括一些偶次及高次谐波的特征
1.3.2对制造工艺的危害
谐波会使涂装车间的装备消耗增添，使主变的铁损、铜损、介质消耗、电压峰值增添，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、运送等装备泛起误动，导致喷漆不匀称，运送不到位，在涂装外貌泛起气泡、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添，母线电压下降，电压爆发误差，而加热装备会因电压过低，在划定的时间内达不到烘烤汽车外貌涂层温度标准，泛起烘烤质量问题。
1.4总装工艺
1.4.1总装装备的用电现状
总装工艺是把各零部件装置到焊接好并经由涂装后的车身上，总装工艺历程主要是使用机械人取代人工举行自动组装，其程序控制是使用二极管、三极管、 放大电路、整流桥、开关电源等电子元件，这些器件单个爆发的谐波虽小，但大宗集成使用会对供电系统造成严重影响，爆发大宗谐波，主要是13次以下的谐波，以5、7次谐波为主，其中5次谐波最为严重。因此，这些装备对电能质量的要求很高。
1.4.2对制造工艺的危害
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行动及精度，造成机械手误动。谐波还会损害电容器，使主控制板温度增添，降低电子元件的使用寿命。
1.5谐波的其他危害
谐波除了影响电容器正常运行之外，还会对以下装备造成危害：
(1)对变压器的影响
谐波电流使变压器的铜耗增添，特殊是3次及奇倍数谐波，对三角形毗连的变压器会在其绕组中形成环流，使绕组过热；对全星形毗连的变压器，当绕组中性点接地，而该侧电网中漫衍电容较大或者装有中性点接地的并联电容器时，可能形成谐振，使变压器附加消耗增添。
(2)对配电线路的影响
线路阻抗随着频率的升高而增添，谐波电流使线路的附加消耗增添，而供电电网的消耗大部分为变压器和线路的消耗，以是谐波是导致电网网损增添的一个主要因素。线路的漫衍电感和对地电容与爆发谐波的装备组成串联或并联回路，在一定的参数条件下，会爆发串联谐振或并联谐振，并且所爆发的谐振过电压和过电流对相关装备的危害性较大。在适当的条件下还会形成谐波放大。而谐波电压、电流放大会引起继电；ぷ爸梦蠖踔了鸹。
(3)对电机装置的影响
柴油发电机的内阻跟市电相比大了许多，非线性负载爆发的谐波的电流引起的电压畸变就大许多，造成油机输出电压严重失真？赡茉斐捎突目刂葡低彻收，引起用电事故。现在的通讯机房停电时一样平常都由油机提供备电，因此要重视这个问题。
(4)影响继电；ず妥远爸玫淖既沸，谐波影响以负序(基波)量为基础的继电；ず妥远爸，由于按负序(基波)量整定的；ぷ爸，整定值小、灵度高。若是在负序基础上再叠加谐波滋扰(电气化铁道、电弧炉等)则可能引起发电机负序电流；の蠖，爆发严重效果。系统中不明缘故原由的误动和拒动，与谐波不无关系。谐波超标，会严重威胁配电系统的清静稳固运行。
（5）影响计量装置的准确性
电能计量装置按50Hz标准的正弦波设计，供电电压或负荷电流中的谐波因素会影响感应式电能表（尤其是电子式电能表）的正常事情。有谐波源保存时，该处用户的电能表的纪录应为其吸收的基波电能减去小部分谐波电能，故谐波能使电能计量装置爆发误差。
2.汽车制造行业电能质量治理需求剖析及主要特征
2.1需求剖析
汽车行业自动化水平在一直提高，种种生产装备对电网的供电质量要求也越来越高。工艺装备中由于接纳变频手艺使得非线性负荷数目增添，非线性负荷会产大宗的谐波注入电网严重影响电网电压质量；同时生产装备中攻击性负荷的保存，使得瞬时从电力系统吸收大宗的攻击性无功功率。应用有用的电能质量的调控装备，在现有网架结构的基础上，提高输电容量和质量成为目今迫切需要解决的问题。接纳快速、无邪，实时监测、动态赔偿无功功率和有源滤波装置，对包管供电能质量，建设绿色电网，降低网损具有重大意义；也对工业企业镌汰不须要的铺张，降低本钱，提高生产率，增进企业和整个国民经济的生长，具有不可估量的社会意义。
2.2主要特征
（1）新能源汽车改朝换代，行业市场远景好，各地建厂或扩建；
（2）属于中端制造业，为包管正常生产配电电能质量要求较高；
（3）负载多样化，冲压机为攻击性负载，需举行赔偿。中频焊机、变频器是主要谐波源，需举行谐波治理。
3.汽车制造行业电能质量监测与治理系统解决计划
3.1解决计划
抖圈官网电气提出的电能质量监测与治理系统解决计划可知足电力监控治理、运维与电能质量治理等方面的需求，致力于为汽车制造行业用户提供一站式的整体解决计划，从产品、系统、效劳等差别方面来知足用户的需要，为用户创立价值。
经由以上剖析可以知道，在汽车制造行业中容易爆发谐波畸变率大、功率因数偏低、三相不平衡严重等问题。那么我们可以凭证车间情形举行剖析治理计划。
冲压车间：主要是攻击性负载，会导致功率因数偏低问题，从而造成系统电压偏低的情形。攻击负载运行历程中伴有攻击电流同时会爆发部分谐波，可是主要以5、7次谐波为主；因此可通过装置有源无功赔偿装置举行快速的赔偿无功，同时赔偿装置在知足裕量富足的情形下可以用来赔偿2~13次谐波。
焊接车间：主要是中频焊机，焊机是两相短路原理，会造成严重的电流不平衡的情形，同时启动电流会很大，造成较大的攻击性电流，导致功率因数偏低，甚至会造成系统电压偏低的情形，同时会爆发较大的谐波，并且电压谐波畸变率会较量高，预计会抵达20%以上（国标要求不凌驾5%）。因此可通过装置有源无功赔偿装置赔偿无功、治理三相不平衡；另外需单独装置有源谐波治理装置来治理谐波。
涂装和总装车间：负载主要整流变频装备，变频装备一样平常为容性负载，自己功率因数较高，但运行历程会爆发部分谐波，主要以6N±1次谐波为主，因此可装置有源谐波治理装置举行谐波治理。
3.2计划特点
（1）电能质量监测与治理系统除作为外地终端为用户提供电能质量监测、治理与装备运维等功效外，亦可通过接入AcrelEMS-EV汽车制造综合能效治理平台，为用户提供远程在线效劳；
（2）全控手艺实现电能质量；
（3）专业化的电能质量监测：电能质量实时在线监测，丈量精度高、测得准，切合IEC61000-4-30标准；
（4）电能质量监测与治理装置整体设计，通过上位平台实现统一治理和闭环控制；
（5）高品质电能质量治理：配套电力电子装置手艺过关、质量过硬，具备网络化、可调控、快速响应的性能；
（6）电能治理务营业综合协同：配电监控治理与运维、电能剖析与电能质量数据共享融通，为企业电能供应与消耗提供控制手段。
3.3计划价值
（1）周全监测电能质量，包管供电可靠性
对汽车生产制造的供配电回路的电气参数举行周全监测，确保装备用电切合标准要求。微秒级故障录波与SOE告警能够实时纪录故障爆发时所有数据信息，支持开展故障追踪与问题定位。
（2）完整电能质量治理
通过集中+就地整体电能质量治理模式，更洪流平知足无功协调波治理的要求，提高整个汽车制造供配电系统的电能质量，镌汰对其它供电及制造装备造成危害。
（3）数据应用及增值效劳
系统提供多维度的用电指标统计与电能数据剖析工具，为配电系统运行治理优化和节能降耗提供指导。
4.抖圈官网电能质量监测与治理产品选型
4.1集中治理
针对汽车制造行业配电系统中涉及到的空调、风机、电念头、水泵等电器装备及数目较多的盘算机等网络通讯装备，为镌汰谐波对电网侧的危害，同时确保无功功率因数抵达国标要求值，阻止？，可接纳配电房集中治理的方法，同时也可对整个低压供配电系统举行电能质量在线监测，其中包括谐波剖析、波形采样、电压暂降/暂升/中止、闪变监测等，其集中治理的产品选型见表1。
表1电能质量监测及集中治理产品选型表
4.2就地治理
汽车制造各个生产车间内，包括了行车、液压机床、弧焊机、升降平台、同步举升机等种种装备，运行历程中不可阻止地爆发对整个配电系统有影响的谐波，通常电流畸变率在30%左右。同时，在车间通常选用LED日光灯、金卤灯、无极灯、工业电扇、工业吊扇等装备，此类装备的谐波电流通常以3次谐波为主，3次谐波电流作为零序电流，三相矢量角度也是一致的。因此N线会举行叠加，致使N线的电流过大。针对上述负载情形，建议在各个主要装备的配电箱增添电能质量赔偿装备举行就地治理，以抵达终端治理谐波的目的，阻止影响到整个配电系统的和其他的用电装备，最后治理的产品选型见表2。
表2最后治理产品选型表
5.南京某汽车制造公司电能质量治理项目案例
5.1项目配景
南京某汽车制造商车间装备近年来受谐波影响，尤其冲压和焊接装备大宗使用，导致厂区电能质量较差，变压器及线缆的消耗增添，现场有个体无功柜内电容器鼓包损坏，无功需量增添，导致功率因数过低，同时其它电气装备的老化水平显着消耗逐渐上升，泛起种种电气故障。划分对厂区1#室内配电房以及2#户外箱举行数据测试，并凭证详细丈量数据给出响应的治理计划。
5.2丈量效果
丈量数据
由上述丈量数据可看出，1#室内配电房和2#户外箱无功功率因数划分为0.7和0.78，低于国家要求的0.9的标准。1#室内配电房所在的供配电系统中5次、7次和11次谐波电流值远远凌驾了国家GB/T14549-1993《电能质量公用电网谐波》0.38KV系统各次谐波及谐波电流值标准，现场负载装备主要为电念头、变频器、冲压装备、焊接装备、涂装装备以及总装装备等，可通过在配电房集中治理，消除谐波电压/电流对整个供配电系统、变压器、无功柜和其它用电装备的影响；为了消除最后装备（例如电焊机、点焊机和冲压机等工业负载）爆发的谐波影响及危害，可接纳有针对性的就地治明确决计划，以至于抵达准确治理的效果。
5.3解决计划
由于系统中无功柜均为古板无源无功赔偿电容器件，5次和7次谐波电流极易灌入电容柜中，与5其爆发谐振征象，放大谐波电流，使无功柜受到损害，无功柜在谐波较大的场合建议刷新，同时增添滤波装置，详细计划如下：
计划一：集中治理：建议配电房替换无功柜，由于古板无源电容装置在负载电流快速转变时和电网电压、电流畸变率高时无法实时响应，同时极容易谐振，销毁电容器和投切开关，因此建议选用AnCos-GⅠ型有源无功赔偿装置举行无功赔偿，该装置具备无极性赔偿、毫秒级全响应时间及适合在负载快速转变场合的特点，同时是由IGBT组成的有源型赔偿装置，不会谐振。另外增添AnSin-GⅠ型有源谐波治理系统装置举行集中谐波治理，镌汰谐波对电网、变压器及供配电系统的危害，改善供电系统电压和电流稳固性，提升系统的整体运行效率。
计划二：就地治理：建议在楼层配电间或电焊机、点焊机和冲压机等工业负载（负载变比快、畸变率较高）最后加装AnSinⅠ型有源谐波治理装置，可对2-31次谐波举行全赔偿或指定特定次谐波举行赔偿，抵达终端治理谐波的目的。
6.结论
现在汽车制造行业中的装备普遍接纳的是电力电子变流和控制器件，致使车间的非线性制造装备负荷的种类和数目大幅度增添，谐波污染日趋严重，给配电系统和制造装备带来重大危害。但车间的供配电系统谐波问题一直没获得足够重视，谐波造成的变压器内损和异常发热、装备故障、使用寿命缩短等直接和间接经济损失相当重大。通过对汽车制造车间供配电系统电能质量举行研究，抖圈官网为汽车制造行业提供了一套完整的电能治理监测与治理的系统解决计划，使汽车制造行业的电能质量问题获得了有用的治理。
