wersja mobilna
Online: 448 Wtorek, 2016.09.27

Raporty

Napędy i silniki prądu przemiennego oraz technika serwonapędowa

czwartek, 11 października 2012 14:04

Napędy i silniki to podstawowe elementy maszyn oraz urządzeń, linii technologicznych i różnych systemów, gdzie muszą być wykonywane ruchy obrotowe. Chociaż silniki elektryczne liczą sobie ponad 170 lat, technika napędowa podlega ciągłemu rozwojowi, który zdecydowanie przyspieszył wraz z rozwojem elektroniki i wprowadzeniem urządzeń pozwalających na sterowanie prędkością oraz momentem obrotowym silników.

Spis treści » Te dobrze znane i popularne oraz te najnowocześniejsze
» Od prostych maszyn do systemów wieloosiowych
» Zdecydowanie nie tylko cena
» Siemens, Danfoss, Cantoni Motor i inni
» Dobra koniunktura na rynku
» Jakie są trendy technologiczne?
» Pokaż wszystko

Tytułowe produkty to również kluczowy element oferty bardzo wielu firm działających na rynku branżowym - zarówno dużych koncernów zagranicznych, producentów polskich, jak też dystrybutorów. W nowej, rekordowej pod względem uczestniczących firm edycji raportu omawiamy obecną sytuację na tym rynku w Polsce.

Rys. 1. Najczęstsze zastosowania przemienników częstotliwości, silników prądu przemiennego i układów serwonapędowych w Polsce

W szczególności przedstawiamy zastosowania napędów i silników, ich dostawców oraz klientów, wymogi odbiorców oraz trendy rynkowe i technologiczne. Raport rozszerzamy o omówienie branży związanej z serwosilnikami i serwonapędami. Te ostatnie stanowią istotne uzupełnienie tradycyjnych urządzeń napędowych, szczególnie w przypadku złożonych, wieloosiowych maszyn.

Tematyka napędów i silników elektrycznych jest w automatyce równie istotna, jak przykładowo sterowanie procesami czy kontrola pracy maszyn. Stanowi ona jednocześnie zagadnienie regularnie pojawiające się w artykułach publikowanych w APA.

Z tego powodu w bieżącym raporcie skupiamy się nie na przedstawieniu kwestii technicznych związanych z budową i działaniem wymienionych urządzeń, ale na ich wykorzystaniu w przemyśle, opisaniu dostawców działających w branży oraz wymogów ich klientów.

Wyjątkiem jest końcowy dodatek z zestawieniem bieżących trendów technologicznych oraz ogólne omówienie przedstawianej tematyki, od którego rozpoczynamy bieżący raport.

Konrad Florczyk

SEW-Eurodrive

  • Jakie są cechy charakterystyczne softstartów i przemienników częstotliwości? Co zmienia się w technologiach tych urządzeń?

Rozwój technologiczny przemienników częstotliwości sprawia, że wypierają one - szczególnie w przypadku zastosowań o większych mocach - softstarty. Dostęp do nowych technologii przekłada się na spadek cen przemienników z segmentu, gdzie najważniejszym ich zadaniem jest zmiana częstotliwości wirowania i ramp rozruchu oraz hamowania.

Pozostałe rodzaje falowników mają coraz więcej logiki, wykraczając poza automatyzację napędów, a wkraczając do automatyzacji procesów. To co my - producenci - uważamy za walor, a jest nim ciągły rozwój naszych produktów, przez klientów odbierane jest często negatywnie.

Brak inwestycji w podnoszenie kwalifikacji pracowników (głównie utrzymania ruchu) oraz w park maszynowy przekłada się niestety na niechęć użytkowników do obsługi zaawansowanych technologicznie rozwiązań.

  • Jakie są typowe silniki kupowane przez polskich odbiorców? Jakie są zmiany w ich technologiach?

Trudno jest określić, czym jest typowy silnik. Zależy to od branży przemysłu, natężenia pracy czy szczególnych warunków związanych z eksploatacją. Tym, co łączy silniki, jest fakt, że są to maszyny prądu przemiennego trójfazowe, klatkowe zwarte. Silniki takie stanowią już ponad 70% odbiorców energii elektrycznej w przemyśle.

Rozwój technologii silników związany jest z efektywnością energetyczną i opiera się na zmniejszaniu strat, jakie powstają podczas ich pracy, pozwalając na lepsze wykorzystanie energii elektrycznej. Cechy, które charakteryzują nowoczesne silniki, to wysoka wydajność i sprawność.

Produktem spełniającym rosnące wymagania rynku jest energooszczędny silnik synchroniczny z wirnikiem z magnesami trwałymi oraz zintegrowaną elektroniką, który przewyższa nawet najwyższy poziom sprawności IE 4 i oznacza Super Premium Efficiency.

Od nowoczesnych silników klienci oczekują elastyczności - możliwości zastosowania w różnych branżach i aplikacjach, z opcją montażu do różnych przekładni za pomocą kołnierza oraz zębnika - tworząc w ten sposób bardzo wydajną jednostkę napędową.

Istotną cechą silników jest też szeroki zakres napięcia zasilającego - od 380 do 500 V dla 50/60 Hz, co umożliwia ich stosowanie na całym świecie i odpowiada obowiązującym międzynarodowym standardom oraz regulacjom dotyczącym sprawności.

TE DOBRZE ZNANE I POPULARNE ORAZ TE NAJNOWOCZEŚNIEJSZE

Rys. 2. Najważniejsze dla klientów cechy urządzeń napędowych

Do podstawowych podzespołów systemów napędowych należą przede wszystkim przemienniki częstotliwości, silniki elektryczne i związane z tymi ostatnimi elementy mechaniczne. Przemienniki służą do kontroli (regulacji) obrotów i momentu napędowego silników.

Zapewniają one również łagodny rozruch (i hamowanie) silnika, mają również liczne dodatkowe funkcje - związane np. z monitorowaniem parametrów pracy i bezpieczeństwem. Różnią się one nie tylko mocą współpracującego silnika, ale też funkcjami sterowania (skalarne, wektorowe i inne), przeciążalnością, interfejsami komunikacyjnymi czy możliwościami wykorzystania w różnych warunkach środowiskowych oraz ceną.

Przykładowe urządzenia oferowane przez firmy biorące udział w raporcie przedstawiono w tabeli 3. Jeżeli natomiast chodzi o informacje dotyczące budowy i działania przemienników częstotliwości - odsyłamy do jednego z artykułów publikowanych w APA.

Warto w tym miejscu dodać, że urządzeniami pokrewnymi w stosunku do przemienników (a właściwie ich protoplastami) są softstarty, które służą do łagodnego rozruchu silnika elektrycznego. Jeżeli chodzi o silniki elektryczne prądu przemiennego, to tymi najczęściej stosowanymi w przemyśle i maszynach są wersje indukcyjne asynchroniczne trójfazowe.

W tej grupie zaś najpopularniejsze są silniki klatkowe zwarte, zazwyczaj o dwóch parach biegunów. Rzadziej wykorzystywane są silniki synchroniczne. Do typowej oferty działających w kraju dostawców silników należą wersje o mocach od kilkudziesięciu watów do kilkunastu-kilkuset kilowatów. Przykłady takich wyrobów podano w tabeli 4.

Występują one w różnych wariantach wykonania, jeżeli chodzi o możliwości montażu i budowę wewnętrzną, a także oferowane są w wersjach specjalnych (do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, w przemyśle spożywczym czy też środowisku o podwyższonej temperaturze). Silniki mogą być również fabrycznie zintegrowane z hamulcami, przekładniami lub nawet przemiennikami częstotliwości.

Szczególną rolę odgrywa współczynnik ich sprawności energetycznej, o czym więcej w ostatnim rozdziale raportu. Ważnym elementem systemów napędowych są też elementy mechaniczne - przede wszystkim przekładnie (reduktory).

Wyroby takie dostarczają producenci silników (np. SEW-Eurodrive, Lenze czy NORD), ale też firmy specjalizujące się w tego typu produktach. Do elementów omawianych systemów zaliczyć można wreszcie różnego rodzaju aparaturę niskiego napięcia - np. styczniki czy podzespoły do monitorowania prądu pobieranego przez silnik. Nie omawiamy ich w bieżącym artykule, a zainteresowanych odsyłamy do raportu w wydaniu APA z grudnia 2011 roku.

Technika serwonapędowa - początek 2013 roku

Serwosilniki i serwonapędy będą jednym z tematów numerów APA publikowanych na początku przyszłego roku. Przedstawimy w nich opis technologii związanych z omawianymi urządzeniami oraz przykładowe produkty dostępne na rynku, które wskazali ich dostawcy w badaniu ankietowym wykonanym na potrzeby bieżącego raportu.

Nowością aktualnego opracowania jest zawarcie w nim omówienia serwonapędów i serwosilników. Te ostatnie to w uproszczeniu bezszczotkowe silniki synchroniczne AC lub silniki DC o małej bezwładności wału, w których zintegrowano element zapewniający sprzężenie zwrotne - najczęściej enkoder.

Rys. 3. Najpopularniejsze w Polsce marki przemienników częstotliwości - rysunek nie przedstawia udziałów firm w rynku, a jest jedynie zestawieniem subiektywnych opinii uczestników raportu; wielkość napisu jest wprost proporcjonalna do popularności firmy

Ten ostatni odpowiada za informację o bieżącej pozycji dla serwonapędu (regulatora, sterownika), przez co tego typu system napędowy umożliwia wykonywanie ruchów obrotowych o określony kąt (czyli podobnie jak w przypadku silników skokowych), ale ze znacznie większymi momentami obrotowymi i dużymi prędkościami (dynamiką ruchu).

Serwosilniki mogą też wykonywać zadaną liczę obrotów, zachowując przy tym określoną prędkość kątową. Chociaż omawiane systemy sprawdzają się doskonale w aplikacjach, gdzie wykonywane muszą być dynamiczne albo zsynchronizowane ruchy, w tym często przy zachowaniu odpowiedniego momentu, nie są one pozbawione wad.

Prawdopodobnie jedną z największych jest cały czas ich relatywnie wysoka cena. Technika serwonapędowa zawsze była kosztowna, dlatego tam, gdzie to było możliwe, stosowano albo rozwiązania mechaniczne (typu krzywka) w połączeniu z tradycyjnymi silnikami, albo silniki skokowe.

Marek Bukieda

Yaskawa Europe

  • Jakie są trendy rozwojowe związane z przemiennikami częstotliwości? Jakie są najczęstsze problemy związane z ich eksploatacją?

Przemienniki częstotliwości są ciągle udoskonalane. Trendami są tutaj: wbudowany PLC, odzysk energii oraz kompaktowe rozmiary. Najczęstszy problem to awarie w przypadku niemarkowych przemienników na skutek użycia tanich komponentów w produkcji - głównie kondensatorów. Firma Yaskawa udziela dziesięcioletniej gwarancji na tranzystory IGBT, kondensatory i przekaźniki.

  • Oferujecie również serwonapędy - jakie są ich cechy i najczęstsze zastosowania?

Yaskawa sprzedaje w Europie serwonapędy głównie producentom maszyn do drewna. Ich główne cechy to wysoki stopień ochrony (IP67), duża dynamika i niezawodność. Długoterminowa dostępność części pozwala również na bezpieczne używanie maszyn przez wiele lat.

  • Kogo obsługujecie na rynku? Co jest ważne dla klientów?

Dotychczas Yaskawa sprzedawała swoje wyroby głównie do OEM, ale ostatnio wprowadziła duże przemienniki na napięcie 6 kV, stąd zainteresowanie rynkiem integratorów systemów. Bardzo ważnym odbiorcą przemienników w Polsce są dla nas producenci wind, dla których oferujemy również silniki synchroniczne (wciągarki).

Producenci OEM coraz częściej sięgają po produkty globalne, akceptowane w różnych częściach świata. Niezawodność staje się ważnym czynnikiem, gdyż koszty napraw maszyn są duże.

Inny trend to przystosowanie przemienników do często różnych potrzeb i zastosowań - stąd wbudowane w nich funkcje PLC. Zauważalnym trendem jest również ciągły spadek cen, co jest kompensowane zwiększaniem skali produkcji.

OD PROSTYCH MASZYN DO SYSTEMÓW WIELOOSIOWYCH

Rys. 4. Najpopularniejsze w Polsce marki silników prądu przemiennego; uwagi do wykresu analogiczne jak w przypadku przemienników częstotliwości; do Grupy Cantoni Motor należy szereg firm, co opisane zostało w tekście raportu

Przemienniki częstotliwości, softstarty i współpracujące z nimi silniki prądu przemiennego wykorzystywane są - zdaniem respondentów redakcyjnej ankiety - przede wszystkim we względnie nieskomplikowanych technicznie aplikacjach, systemach HVAC i generalnie automatyce przemysłowej (patrz rys. 1).

Do tych pierwszych zaliczyć można głównie układy z pompami (w tym również w instalacjach przemysłowych), mieszalniki, filtry i różnego rodzaju inne systemy, gdzie wykonywany musi być ruch obrotowy.

Jeżeli zaś chodzi o systemy HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning), to podstawowym zastosowaniem są tutaj wentylatory i pompy systemów klimatyzacyjnych, chłodni i innych instalacji związanych z grzaniem, klimatyzacją i wentylacją. Tutaj napędy pracują zarówno w systemach, jak też autonomicznie.

W przypadku typowej automatyki przemienniki częstotliwości i silniki stosowane są przede wszystkim jako elementy różnorodnych maszyn i instalacji technologicznych (np. przenośników, systemów pozycjonowania, itd.). Przemienniki używane są też w windach, pojazdach szynowych, sprężarkach, a nawet niewielkich urządzeniach takich jak wiertarki.

Sytuacja na rynku jest przy tym w miarę niezmienna - podobne odpowiedzi uzyskaliśmy również na początku 2010 roku, gdy tworzona była poprzednia edycja raportu poświęconego omawianej tematyce. Inny obszar aplikacyjny związany jest z systemami serwonapędowymi.

Ze względu na swoje właściwości tego typu układy serwo stosowane są tam, gdzie konieczne jest wykonywanie precyzyjnych i szybkich ruchów oraz przemieszczeń odpowiadających pracy układu krzywkowego. W szczególności dominującym obszarem są tutaj maszyny wieloosiowe, czyli takie, gdzie zachodzi konieczność synchronizacji pracy wielu elementów (osi).

Typowo są to maszyny do zastosowań w przemyśle drukarskim, drzewnym, tekstylnym i opakowaniowym. Do zastosowań serwonapędów należą także złożone systemy automatyki przemysłowej - takie, gdzie podczas przemieszczania się towarów wykonuje się na nich zadania produkcyjne (aplikacje typu latająca piła, latający nóż i podobne).

TABELA 1. Przemienniki częstotliwości, silniki i serwonapędy - oferta dostawców krajowych

W przypadku prostych maszyn serwonapędy stosowane są zaś bardzo rzadko (patrz rys. 1). Jeżeli chodzi o dostawców urządzeń napędowych i silników, to omawiane produkty znaleźć można u bardzo wielu lokalnie działających producentów i dystrybutorów.

Należą do nich przedstawicielstwa firm zagranicznych (o tym więcej w jednym z kolejnych rozdziałów), producenci lokalni oraz przedsiębiorstwa, dla których dystrybucja urządzeń napędowych stanowi jeden z wielu obszarów działalności. Firmy te wraz z informacjami dotyczącymi ich oferty zestawiono w tabeli 1, natomiast w tabeli 2 znajduje się wykaz marek oferowanych przez nie produktów.

Jakub Wojtkiewicz

Eldar

  • Gdzie wykorzystywane są przemienniki częstotliwości?

Nasi klienci stosują przemienniki częstotliwości w aplikacjach pompowych, wentylatorowych, do wind, dźwigów, przenośników taśmowych, kruszarek itp. Największą grupę odbiorców stanowią jednak producenci wszelkiego typu maszyn i urządzeń. Obsługujemy również zakłady przemysłowe kupujące urządzenia w ramach utrzymania ruchu.

  • Jakie są preferencje zakupowe klientów?

Przy wyborze falownika, oprócz ceny, która w naszym kraju ciągle jest ważnym czynnikiem przy zakupie sprzętu, odbiorcy coraz częściej zwracają uwagę na parametry techniczne, terminy dostaw oraz warunki serwisu gwarancyjnego i pogwarancyjnego.

Istotna jest również tzw. wartość dodana w postaci wsparcia technicznego zarówno na etapie doboru przemiennika częstotliwości lub softstartu, jak i w fazie parametryzacji urządzeń i rozruchu. Klienci cenią sobie taką pomoc, ponieważ pozwala ona uniknąć studiowania często obszernej dokumentacji technicznej.

Niejednokrotnie zdarza się, że odbiorcy oczekują obecności inżyniera wsparcia technicznego podczas uruchomienia systemu, szczególnie w przypadku napędów średnich i dużych mocy. Część nabywców poszukuje kompletnych rozwiązań obejmujących nie tylko dostawę samego falownika, ale również niezbędnego osprzętu.

W naszej ofercie można znaleźć np. gotowe systemy zawierające zabudowany falownik w szafie sterowniczej wraz z osprzętem w postaci dławików sieciowych, styczników, bezpieczników, itp.



 

zobacz wszystkie Nowe produkty

Pakiet oprogramowania do symulacji i testów produktów

2016-09-26   | SIEMENS Sp. z o.o.
Pakiet oprogramowania do symulacji i testów produktów

Siemens PLM Software wprowadził do oferty nową rodzinę produktów Simcenter - rozbudowany pakiet rozwiązań programowych do symulacji i testów. Simcenter łączy te ostatnie z inteligentnym raportowaniem i analityką danych, tak aby móc przedstawić produkt na wszystkich etapach jego rozwoju, a także jego przewidywaną wydajność działania.
czytaj więcej

Linkowy czujnik przemieszczenia o zakresie pomiarowym do 10,2 mm

2016-09-26   |
Linkowy czujnik przemieszczenia o zakresie pomiarowym do 10,2 mm

Wachendorff Automation udostępnia nową serię precyzyjnych linkowych czujników przemieszczenia SZG140, których zakres pomiaru zwiększono do 10,2 m. Mogą być one wykorzystywane do pomiaru położenia, szybkości liniowej i odległości np. w dźwigach, cylindrach hydraulicznych i przenośnikach ślimakowych.
czytaj więcej

Nowy numer APA