wersja mobilna
Online: 526 Poniedziałek, 2016.12.05

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

Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

2016-12-05   | Phoenix Contact Sp. z o.o
Zasilacze przemysłowe rodziny Quint z nowymi funkcjami zabezpieczającymi i konfiguracyjnymi

Phoenix Contact dodaje do oferty rodzinę zasilaczy sieciowych Quint4 zaprojektowanych do zastosowań przemysłowych. Ta czwarta generacja zasilaczy oferuje zmodernizowane funkcje konfiguracyjne i diagnostyczne zwiększające niezawodność zasilania dostarczanego do systemów sterujących.
czytaj więcej

Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

2016-12-05   |
Nowy ultrakondensator o napięciu 51 V do autobusów o napędzie hybrydowym

Maxwell Technologies wprowadza do oferty nowy typ ultrakondensatora o napięciu 51 V przeznaczonego do wymagających zastosowań, m.in., w autobusach o napędzie hybrydowym. Został on zbudowany na bazie produkowanych przez Maxwella ogniw o napięciu 2,85 V i pojemności 3400 F, charakteryzujących się największą obecnie energią i gęstością mocy wśród wszystkich dostępnych na rynku tego typu elementów.
czytaj więcej

Nowy numer APA