wersja mobilna
Online: 375 Środa, 2016.09.28

Galeria produktów

Rynek

Napędy i silniki elektryczne

czwartek, 16 października 2014 12:39

Napędy i silniki to podstawowe elementy linii technologicznych i niezliczonych maszyn, w przypadku których wykonywany musi być jakiś rodzaj ruchów. 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.

Pełny zakres zastosowań

Najważniejsze dla odbiorców cechy urządzeń napędowych

Przemienniki częstotliwości, soft starty i współpracujące z nimi silniki prądu przemiennego wykorzystywane są w przemyśle w bardzo różnych aplikacjach. Wbrew pozorom te ostatnie wcale nie muszą być specjalnie skomplikowane technicznie - takie są np. pompy, mieszalniki, sprężarki, itp. Drugim ważnym obszarem zastosowań napędów są systemy HVAC (Heating, Ventilation, Air Conditioning) - w szczególności 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 zaś typowej automatyki przemienniki częstotliwości i silniki stosowane są przede wszystkim jako elementy różnorodnych maszyn i instalacji technologicznych (np. przenośników, systemów pozycjonowania, itd.). Używane są one też w windach, w pojazdach szynowych i wielu innych instalacjach i urządzeniach.

Nieco inaczej ma się rzecz z serwonapędami. Ze względu na swoje właściwości te ostatnie stosowane są przede wszystkim 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 aplikacji 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). W przypadku prostych maszyn serwonapędy stosowane są zaś relatywnie rzadko.

MAREK BUKIEDA

YASKAWA EUROPE

  • Kogo obsługujecie na rynku? Co jest ważne dla klientów? Jakie są trendy rozwojowe związane z przemiennikami częstotliwości?

Przemienniki częstotliwości są ciągle udoskonalane. Trendami są tutaj: wbudowany PLC, odzysk energii oraz kompaktowe rozmiary. 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.

Kto rozdaje karty na rynku?

Badanie ankietowe przeprowadzone wśród dostawców branżowych pozwoliło nam uzyskać rekordowo dużą próbkę danych dotyczących omawianego rynku w Polsce. Pytając przedstawicieli firm o najpopularniejsze marki, uzyskaliśmy sumarycznie 300 odpowiedzi (każdy podawał maksymalnie trzy jego zdaniem najpopularniejsze firmy produkujące każde z urządzeń - przemienniki częstotliwości, silniki AC oraz serwonapędy). Dało to dosyć przekrojowy obraz rynku, który jest jednocześnie w dużym stopniu zgodny ze stanem w tej branży w Europie i analizami poprzednio publikowanymi w IRA oraz magazynie APA.

Najpopularniejsze w kraju marki przemienników częstotliwości; zestawienie nie odzwierciedla wielkości sprzedaży, dane pochodzą z zeszłorocznego wydania informatora

Do najpopularniejszych w Polsce producentów przemienników częstotliwości należą głównie ci działający w Europie Zachodniej. W ocenie respondentów są nimi Danfoss i Siemens, a w dalszej kolejności ABB, LG, Schneider Electric, Lenze i Omron Electronics. Warto w tym miejscu wskazać również na firmy SEW-Eurodrive, Rockwell Automation (marka Allen-Bradley) i Mitsubishi Electric oraz Bosch Rexroth.

W porównaniu do wyników uzyskanych w poprzednim badaniu ankietowym (początek 2010 roku) zmiany pod względem kolejności są raczej niewielkie, przez co stwierdzić można, że sytuacja w branży jest relatywnie stała, a polscy odbiorcy są niezmienni, jeżeli chodzi o ich przekonanie do konkretnych produktów.

W przeciwieństwie do cytowanego opracowania raportu w bieżącym zestawieniu nie pytaliśmy jednak o softstarty. Produkty te, choć są nadal stosowane - szczególnie w przypadku współpracy z silnikami o większej mocy, są coraz częściej zastępowane przemiennikami częstotliwości. Lista najpopularniejszych marek softstartów jest jednak dosyć zbieżna z tą wymienioną powyżej i czołowe jej miejsca zajmują Danfoss, Siemens, Eaton, Schneider Electric oraz ABB.

Dostawcy przemienników częstotliwości, silników i serwonapędów

Inny charakter ma branża związana z silnikami elektrycznymi prądu przemiennego. Jej specyfiką jest to, że istnieje tutaj grupa lokalnych producentów, których produkty cieszą się w naszym kraju niesłabnącą popularnością.

Tak jest przede wszystkim z wyrobami Grupy Cantoni Motor, w skład której wchodzą Besel, Celma Indukta, Emit, Ema-Elfa, Fana, Fenes, Formit i Narmod. Większość z nich to firmy o długoletnich tradycjach działania na rynku i dobrej rozpoznawalności wśród polskich klientów.

Do ważnych firm lokalnych zaliczyć można również tarnowski Tamel. Jeżeli zaś chodzi o producentów zagranicznych, to zdecydowanym liderem jest tutaj Siemens. W zestawieniu dotyczącym popularności znalazł się on właściwie na pierwszym miejscu, aczkolwiek zsumowanie odpowiedzi związanych z każdą z marek należących do Cantoni Motor dało tej ostatniej przewagę. Polscy klienci stawiają również na wykorzystanie silników firm SEW-Eurodrive, Lenze, NORD oraz ABB.

O ile polski rynek klasycznych napędów elektrycznych zdominowany jest przez producentów zachodnich, o tyle prym w branży serwonapędowej wiodą firmy japońskie. Dwoma czołowymi dostawcami są tutaj Mitsubishi Electric oraz Omron Electronics. W przypadku producentów europejskich na czoło zestawienia wysuwają się Beckhoff Automation, Siemens oraz Lenze i Bosch Rexroth.

Omawiany rynek jest jednocześnie mniej spenetrowany przez firmy chińskie czy tajwańskie, niż ma to miejsce w przypadku branży przemienników częstotliwości. Generalnie działa na nim również ogólnie mniej firm, a te już obecne zachowują duży poziom specjalizacji w omawianej tematyce.

Najpopularniejsze w kraju marki serwosilników i serwonapędów; zestawienie nie odzwierciedla wielkości sprzedaży

Jeżeli chodzi o koniunkturę w branży i sytuację na całym rynku - odsyłamy wszystkich zainteresowanych do zeszłorocznego wydania IRA, w którym zagadnienia te opisaliśmy szczegółowo.

MARIUSZ JABŁOŃSKI

SIMLOGIC

  • W jakich aplikacjach stosowane są przemienniki częstotliwości, softstarty, a w jakich serwonapędy?

Przemienniki częstotliwości stosowane są w klimatyzacji, wentylacji, przemyśle wydobywczym, w branży OEM, przy czym mogą być samodzielnie dobierane, wymieniane i instalowane przez służby utrzymania ruchu fabryki. Z kolei układy łagodnego rozruchu instalowane są w aplikacjach takich jak: młyny, podajniki, kruszarki, wentylacja oraz w maszynach. Użycie układów serwonapędowych wymaga większego doświadczenia. Urządzenia te są dostarczane razem z nowymi maszynami, które trafiają do Polski z zagranicy lub instalowane są w nowych, ewentualnie modernizowanych maszynach przez integratorów systemów oraz producentów OEM.

  • Jak zmienia się krajowy rynek oraz technologie napędów i serwonapędów?

Krajowe branże napędów AC i serwonapędów to jedne z najbardziej dynamicznie rozwijających się rynków. Obecnie sektor serwonapędów, podobnie jak sterowników czy oprogramowania narzędziowego, nie jest już rynkiem jednej firmy, na czym zyskują klienci, gdyż konkurencja jest coraz większa. Przez ostatnie lata zmieniły się technologie półprzewodnikowe, pojawiły się rozwiązania na średnie napięcie, oprogramowanie do uruchamiania, sterowania, a monitorowanie urządzeń jest standardem. Dynamicznie rozwija się też rynek oprogramowania CoDeSys (zgodne z normą IEC 61131-3), w którym za oprogramowanie płaci producent i z bibliotekami udostępnia je płatnie lub bezpłatnie użytkownikowi wraz z zakupionym urządzeniem.

Rosnące bezpieczeństwo oraz energooszczędność

Technika napędowa to obszar, który zawsze znajdował się w centrum uwagi dostawców automatyki. Innowacje w tej branży pojawiają się regularnie, czego powodem są w istocie potrzeby klientów. Praktycznie dla każdej firmy kluczowa jest bowiem możliwość zwiększania wydajności wytwarzania przy jednoczesnym zapewnianiu odpowiedniej jakości produktów i zmniejszaniu kosztów operacyjnych. W procesie tym napędy mają zazwyczaj znaczenie kluczowe, gdyż odpowiadają za ciągłość i wydajność produkcji.

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami przemienników częstotliwości i silników prądu przemiennego

Jeżeli chodzi o przemienniki częstotliwości, większość zmian związana jest z rozwojem układów elektronicznych w nich stosowanych oraz innowacjami w zakresie oprogramowania. O ile dawniej do nowości zaliczano m.in. sterowanie wektorowe oraz modułową rozbudowę, obecnie najczęściej wskazywanymi zmianami są te związane z możliwościami wykorzystania przemienników w większych systemach i generalnie funkcjonalnością układów napędowych.

Szczególnie często respondenci redakcyjnej ankiety wymieniali hasło "zintegrowane bezpieczeństwo". Tego typu przemienniki częstotliwości mają funkcję bezpiecznego wyłączania momentu (Safe Torque Off), która zapewnia bezpieczne odłączenie zasilania napędu (i jednocześnie ułatwia ponowny rozruch), a także kontrolowania prędkości bezpiecznej (Safe Speed Monitor), co pozwala m.in. na wykonywanie prac eksploatacyjnych bez zatrzymywania maszyny, ale przy ograniczonym i bezpiecznym jej ruchu.

Do omawianej listy zaliczają się też możliwości bezpiecznego zatrzymania (Safe Stop) i bezpiecznego sterowania hamulcem (Safe Brake Control). Stosowanie przemienników z tego typu wbudowanymi funkcjami upraszcza budowę całego systemu napędowego, gdyż jego bezpieczeństwo (i zgodność z odpowiednimi przepisami) może być zapewnione bez dodatkowych podzespołów - np. elementów służących do monitorowania funkcji unieruchomienia oraz sterowników bezpieczeństwa.

Obecnie następuje dalszy rozwój interfejsów i protokołów komunikacyjnych, a wraz z nim zwiększeniu ulegają możliwości sterowania pracą napędów oraz możliwości ich diagnostyki. Dostawcy napędów rozbudowują też możliwości sterowania silnikami (np. wbudowując algorytmy kontroli pracy maszyn z magnesami trwałymi), a przy tym zapewniając redukowanie harmonicznych i zaburzeń elektromagnetycznych wytwarzanych przez przemienniki.

Zwiększeniu ulega również sprawność energetyczna napędów przy jednoczesnej redukcji ich gabarytów, co jest pochodną rozwoju elektroniki. Do często wskazywanych innowacji należy zaliczyć również wbudowywanie w omawiane urządzenia funkcji związanych ze sterowaniem, a więc w praktyce integrowanie w nich sterowników PLC.

Możliwości tych ostatnich są różne i zależne od konkretnego modelu przemiennika, jednak, jak wnioskować można po komentarzach dostawców, klienci cały czas wolą stosować klasyczne sterowniki zewnętrzne i jesteśmy dopiero na początku drogi popularyzacji napędów z funkcjonalnością sterowania procesami. Powszechna jest natomiast rozbudowa omawianych urządzeń o zaawansowane interfejsy użytkownika, czyli w praktyce wyświetlacze LCD z odpowiednim zestawem klawiszy i modułem sterującym. Łatwość konfiguracji i obsługi przemienników jest dla użytkowników coraz ważniejsza, a producenci odpowiadają na te wymogi właśnie poprzez rozwijanie funkcji HMI.

W przypadku silników lista najważniejszych trendów jest krótsza i sprowadza się głównie do haseł: sprawność, IE2, IE3 i podobnych. Kwestiami zwiększania energooszczędności branża bowiem żyje już od kilku lat. Zmiany te wymuszone są przepisami dyrektywy dotyczącej wymogów ekoprojektu dla silników elektrycznych, zgodnie z którym od połowy 2011 roku w przypadku większości typowych silników prądu przemiennego wymagane jest zapewnienie podwyższonej sprawności IE2.

Kolejne zmiany wchodzą w życie na przełomie 2014 i 2015 roku - od tego czasu silniki o mocach od 7,5 do 375 kW (z wyjątkami) muszą odpowiadać klasie sprawności IE3 lub, gdy stosowane są w układzie napędowym z regulowaną prędkością obrotową, klasie sprawności IE2. Do pomniejszych trendów respondenci zaliczyli decentralizację układów napędowych, a więc też integrację z silnikami przemienników częstotliwości.

Dostawcy napędów i silników oraz marki oferowanych przez nich produktów

Lista innowacji wprowadzanych do serwosilników oraz serwonapędów jest nieco inna i w tym przypadku na czoło wysuwają się dwa trendy. Są nimi integrowanie funkcji bezpieczeństwa w serwonapędach oraz zwiększanie możliwości komunikacyjnych tych ostatnich. Należy do nich wbudowywanie nowych interfejsów komunikacyjnych, jak też możliwość sterowania z wykorzystaniem różnych protokołów komunikacyjnych (w szczególności CANopen oraz Ethernetu). Nowoczesne serwonapędy cechują się też zaawansowanymi możliwościami diagnostyki pracy, w tym zdalnej. Respondenci wskazali również na ich miniaturyzację i rozwój oprogramowania - w szczególności ułatwiającego tworzenie całościowych rozwiązań.

KONRAD FLORCZYK

SEW-EURODRIVE

  • Jakie są cechy charakterystyczne softstartów i przemienników częstotliwości?

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.

  • Co zmienia się w technologiach silników elektrycznych i czego oczekują klienci?

Rozwój technologii silników związany z efektywnością energetyczną 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 IE4 i oznacza Super Premium Efficiency.

Od nowoczesnych silników klienci oczekują elastyczności - możliwości zastosowania w różnych branżach i aplikacjach, z możliwością 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.

 

Najlepsi w branży