图1  高压系统结构

本文介绍了德国DURR公司自动静电喷涂机高压系统的结构、原理和在汽车喷涂过程中高压系统的应用，并对常见的高压系统故障原因进行分析，提出了排除方法。

随着国内汽车生产向着大规模、高质量和低成本的方向发展，传统的手工喷涂已经无法满足大多数汽车整车厂涂装车身喷涂的要求，使得自动静电喷涂机在汽车涂装领域的运用越来越广泛。

自动静电喷涂机的原理是以接地的被涂物为正极，旋杯（喷枪）为负极，从而在被涂物和雾化器间形成高压静电场，根据同性相斥、异性相吸的原理，使带负电的油漆在静电场的作用下被吸附于被涂件上，所以高电压值的大小直接影响静电涂装的静电效应、上漆率和涂膜的均匀性。若雾化器到车身的距离一定时，高电压值的升高会加强静电场的电场力，此时被涂物体表面部位的磁力线密度较高，使得涂料的上漆率增加，膜层厚度增加。但是高电压值不是越高越好，在车身喷涂中，当其电场强度超过4500N/C时，会产生火花放电，同时在车身的折角、边缘部位的锐角处，容易出现流挂、气泡和发花等油漆缺陷。当电压值过低时，会导致上漆率过低，这时喷出的油漆就成雪花状的散团，导致圆锥形喷射漆流的回流现象，覆盖到车身表面的油漆过少。

图2  高压系统控制原理

高压系统

自动静电喷涂机高压系统主要由EcoHT G500高压发生器、EcoHT Control控制单元、高电压电缆、高电压配电器以及并联电阻等组成，图1所示为自动静电喷涂机高压系统结构图。EcoHTG 500高压系统是由德国DURR公司设计和制造的，用于产生自动静电喷涂应用系统所需要的高电压，它的基本控制原理如图2所示，目的是在自动静电喷涂机与喷涂车身之间产生静电场，使油漆颗粒带有电荷，油漆在旋杯高速旋转、高电压和整形空气的作用下形成锥状雾化物，从而均匀地被吸附在车身表面上。

EcoHT G500高压发生器是自动静电喷涂机系统产生喷涂车身所需要的高电压，为此，EcoHT Control单元为高电压发生器提供可变直流电压，该电压在高压发生器中转换为交流电压，然后在级联的增压级中再次升压和转换为高达100kV的负极直流电压，同时EcoHT Control单元具有高压状态监控和故障显示的作用，EcoHT Control单元的配线板用来在EcoHT Control单元的5个单独的功能板之间交换信息，并且与连接的外部系统（PLC、操作面板和EcoHT G500高压发生器等）、接地连接和高电压系统的电压供应连接交换信号；并联电阻是一个9GΩ的放电电阻器，主要帮助EcoHT G500高压系统的快速放电和安全接地；高压配电器主要用来分配高电压，此部件主要用于自动静电喷涂机顶机装置的高压系统上。

图3  高电压值与漆粒平均直径的关系

高压值的设定

在轿车涂装生产中比较适合的高电压参数范围一般设为50～80kV，高电压值与漆粒平均直径的关系如图3所示，漆粒的大小直接影响自动静电喷涂机的表面喷涂效果。当自动静电喷涂机出现高压故障时，如不对设备施加高压，则会在车身喷涂过程中出现巨大的漆流回流现象，油漆车身表面会因此出现明显的涡流，车身表面的喷涂效果较差。随着电压值逐步升高至40kV，圆锥形喷射漆流的宽度会有明显增加，回流漆粒的数量也会有所减少，油漆物体表面的涡流现象也会相应减轻；随着电压值进一步升高至80kV，圆锥形喷射漆流的宽度会进一步扩大，但不如电压从0升至40kV时的宽度增大来的明显，回流漆粒的数量也会进一步减少。

自动静电喷涂机高电压值的大小根据金属漆、中涂漆和清漆而有所不同，金属漆通常设置值为50～65kV，中涂漆与清漆设置值为60～75kV。对于边角部位，为避免边角静电效应，通常设置为45～50kV，同时在高电压参数的设置中，避免车身仿形相邻两个区域的高压值差不能超过30kV。高电压参数的设定值、实际值以及高压故障显示如图4所示，可以通过监控电脑EcoScreen操作界面上高电压功能屏幕显示，绿色代表高电压系统正常工作；黄色闪烁代表输出电流至少已达到静态断开阈值的设定值80%而报警；红色闪烁代表高压系统出现了高压故障信息。

图4  高电压功能操作界面

常见故障分析

自动静电喷涂机高电压故障的原因一方面是由于高电压部件的损坏或高电压电缆绝缘老化而发生放电和漏电造成高压动态断开造成的。高压故障常见的原因可追溯到喷漆房环境影响和喷涂介质的缺陷，主要有几个方面：

喷漆室的典型问题：向下通风速度不正常；喷漆室空气湿度超过应用窗口的范围；喷漆室空气温度超过应用窗口的范围；传输装置错误的接地；脏过滤器产生的脏污。

喷涂介质的典型问题：涂料的电导率太高；清洁剂的电导率太高。

下面针对自动静电喷涂机出现的两例典型高压故障进行原因分析。

图5  加装压缩空气管路后压缩空气的流向

1.故障现象一

每年5～9月份自动静电喷涂机都会频繁出现高压故障。EcoScreen提示故障信息是Idynamic fault，即动态电流故障。在EcoScreen的高压窗口观察高压参数，发现高压故障发生时，自动喷涂机静态电流Istatic从30mA快速升到120mA左右，又瞬间降到0；静态电压Ustatic瞬间从70kV降到0，发生高压故障时，电流值大，而且变化太快。当Istatic≥100mA或 Idynamic≥500mA/s，即静态电流超过100mA或动态电流超过500mA/s时，自动喷涂机高压系统自动被切断，电压也迅速降低为0。

故障原因：进入喷漆室，检查发现自动喷涂机顶机和侧机手臂内有大量的冷凝水。冷凝水附着在油漆管路和换色阀阀体上面，已形成连续的水线。高压系统40～70kV的高电压作用在油漆管表面的冷凝水上，形成短路电流，从而造成高压故障。

冷凝水产生的主要原因是天气炎热的5～9月份，喷漆室平均温度能达到33℃～36℃，而此时调漆间管中管换热系统将油漆的温度控制在22℃左右，喷漆室和油漆管路之间的温差约11℃～14℃，而且喷漆室内的相对湿度为60%，这样的环境使油漆管路及换色阀阀体表面很容易形成冷凝水。

故障处理方案：拟在自动静电喷涂机手臂内加装压缩空气管路，用0.6MPa的压缩空气自动吹干冷凝水，具体措施是：

（1） 将自动静电喷涂机集中润滑装置的压缩空气两通接头，改装成一个三通接头；

（2） 将其中一条支路仍然通往集中润滑装置，另外一条支路连接一根φ12mm的气管通往自动静电喷涂机手臂；

（3） 压缩空气管路到达手臂后向上吹，经过支撑钢板和保护盖罩的反弹，如图5所示在密闭空间里压缩空气密集地向下吹，高效地吹干油漆管路和换色阀阀体上的冷凝水，从而切断导电的水线 ，提高了油漆管道的电阻值和绝缘性能。

通过对自动静电喷涂机手臂内加装压缩空气管路，高效地吹干了冷凝水，有效地解决了跳高压故障。

2.故障现象二

自动静电喷涂机面漆ESTA BC站顶机DM30高压故障，高电压从60kV瞬间降到0。

故障处理步骤：对RM30高压发生器电源部分和线路进行检查正常；将RM30高压发生器连接到侧机SM13的电子控制面板，SM13高压系统正常，可以判断RM30高压发生器正常；将顶机RM30 EcoHT 控制器与侧机SM13 EcoHT控制器进行互换，SM13高压系统正常，可以判断RM30 EcoHT控制器正常；基本判断故障应该发生在PLC模块和PLC到EcoHT控制器之间的线路，检查发现RM30高压系统PLC D14输入模块故障，更换PLC D14输入模块后，RM30高压系统正常工作。

故障原因：PLC D14输入模块故障，导致ESTA BC站顶机DM30高压从60kV瞬间降到0。

结语

随着汽车工业的发展，先进的汽车涂装技术和设备在我国汽车行业得以快速应用。自动静电喷涂机和喷涂机器人在涂装生产线的应用越来越广，高压系统是自动静电喷涂机和喷涂机器人的核心部件，它的正常与否对汽车车身表面的质量影响较大。在高压故障的处理过程中，怎样正确判断高压系统的故障以及准确和快速地解决故障，一方面需对高压系统硬件和软件系统能够进行充分的认识，同时还要判断出影响高压系统的正常运行取决于哪些现场环境的因素，如喷漆室的环境温度、湿度及涂料的电导率等。