Czwartek, 04 styczeń 2018

Stabilne zasilanie niezbędne w przemyśle

Wymogi co do zapewniania wysokiej jakości, pozbawionego przerw zasilania są dzisiaj kluczowe dla przemysłu, centrów danych, systemów transportowych, różnorodnej infrastruktury oraz innych obszarów gospodarki. Rosną również oczekiwania samych użytkowników względem ciągłości pracy maszyn i urządzeń, przez co tematyka zasilania nie traci na istotności. Przedstawiamy raport zawierający aktualizację informacji o krajowym rynku produkcji oraz dystrybucji urządzeń i systemów zasilających, a także opis zmian technologicznych kształtujących tę branżę.

Stabilne zasilanie niezbędne w przemyśle

Zasilacze małogabarytowe - oferta dostawców

Powodów, dla których zasilanie jest w przemyśle tak istotne, można wskazać wiele. Weźmy dla przykładu produkcję procesową w branży spożywczej i napojowej. W tym przypadku utrata zasilania, a nawet jego chwilowa niestabilność, może być przyczyną przerwania procesu i spowodować wymierne straty.

Nie inaczej jest z w przemyśle chemicznym. Tutaj warunkiem koniecznym do zapewniania jakości produktów i efektywności ekonomicznej ich wytwarzania jest zazwyczaj ciągłość procesów, a więc też niezawodność zasilania. Ponadto od tego ostatniego zależy też bezpieczeństwo samych pracowników i instalacji technologicznych.

Wprawdzie awarii sieci energetycznych jest dzisiaj mniej niż jeszcze dekadę temu, ale ponieważ nieustannie przybywa urządzeń wymagających podtrzymania zasilania oraz zapewniania jakościowych dostaw energii, całość branży jest rozwojowa. Zasilanie dotyczy także mniejszych urządzeń i systemów - przykładowo układów sterujących oraz maszyn. W tym przypadku związane jest to z zasilaczami niewielkich mocy, w tym urządzeniami buforowymi, w zakresie których również kluczowe są parametry jakościowe, niezawodnościowe i związane z efektywnością energetyczną.

O CZYM W BIEŻĄCYM RAPORCIE?

Na tematy związane z zasilaniem piszemy w APA regularnie, publikując raporty z rynku polskiego. Poprzednie dwa badania, do których będziemy odwoływali się w bieżącym opracowaniu, powstały dwa oraz cztery lata temu i publikowane były odpowiednio w kwietniu 2016 i styczniu 2014 roku. Opracowania te można znaleźć na stronie www.automatykaB2B.pl w zakładce "Raporty".

Omawiana branża charakteryzuje się dużą inercją, zaś zmiany - czy to technologiczne, czy też związane z biznesem - zachodzą tu relatywnie powoli. Stąd też bieżący raport stanowi de facto aktualizację dwóch poprzednich. Omawiamy w nim najważniejsze dla rynku (a właściwie rynków) statystyki, do tego wskazujemy kluczowe zmiany. W prezentowanym opisie pomijamy jednocześnie to, o czym była już mowa w poprzednich latach - przykładowo budowę i szczegółowe cechy zasilaczy. Ograniczamy się jedynie do ogólnej klasyfikacji urządzeń zasilających wykorzystywanych w przemyśle i innych branżach.

ZASILACZE MAŁOGABARYTOWE I WERSJE BUFOROWE

Rys. 1. Najpopularniejsze na rynku typy zasilaczy małogabarytowych

Urządzenia małogabarytowe, czyli zasilacze o niewielkich mocach, wykorzystywane są praktycznie we wszystkich gałęziach współczesnej techniki. Na rys. 1 przedstawiono statystykę dotyczącą najpopularniejszych rodzajów zasilaczy małogabarytowych. Niezmiennie mamy tutaj do czynienia z dominacją urządzeń AC/DC w wersjach do montażu na szynie DIN oraz zasilaczy modułowych. Są one przeznaczone m.in. do zastosowań w szafach elektrycznych, systemach automatyki i sterowania oraz elektroinstalacyjnych.

Jeżeli chodzi o zasilacze typu open frame, czyli do montażu w maszynach i urządzeniach, to znalazły się one piątej pozycji. Z kolei trzecie miejsce zajęły przetwornice DC/DC, czyli konwertery napięć (w różnych wykonaniach). W zestawieniu są też zasilacze buforowe, przy czym należy zaznaczyć, że chodzi tu przede wszystkim o wersje niewielkich mocy, które wykorzystywane są typowo do podtrzymywania zasilania w systemach sterowania. Tego typu zasilacze oferuje wielu dostawców urządzeń automatyki i sterowania.

Ostatnia z wymienionych grup wymaga odrębnego komentarza. Zasilacze buforowe są pod względem wartości napięć i mocy zbliżone do wcześniej omawianych, aczkolwiek w odróżnieniu od nich przeznaczone są do współpracy z akumulatorami i pozwalają na podtrzymywanie zasilania odbiorników w przypadku awarii sieci.

Tego typu produkty zyskują w ostatnich latach na znaczeniu, gdyż istnieje coraz więcej odbiorników małej mocy, które wymagają ciągłości zasilania. Przykładami są tu układy sterowania, urządzenia automatyki budynkowej, komunikacyjne i telemetryczne czy też rozproszone systemy pomiarowe i elementy systemów monitoringu oraz kontroli dostępu. Ich cechą wspólną jest to, że są zasilane niskimi napięciami stałymi i charakteryzują się relatywnie niewielkim poborem mocy.

SYSTEMY ZASILANIA BEZPRZERWOWEGO

Przykładowe zasilacze o mocach do 250 W

Kolejne typy urządzeń to typowo części składowe większych systemów zasilania gwarantowanego. Podstawowymi elementami są tu zasilacze bezprzerwowe UPS (Uninterruptible Power Supply). Mogą one, zależnie od rodzaju, pracować z jedno- lub trójfazowymi odbiornikami prądu przemiennego, odbiornikami prądu stałego, a także same mogą być zasilane ze źródeł napięć AC lub DC.

Na rynku dostępne są różne rodzaje UPS-ów, jeżeli chodzi o ich architekturę, co pozwala na dobór urządzeń odpowiednich do aplikacji. Przykładowo gdy konieczne jest zapewnienie bezprzerwowej dostawy energii o odpowiednich parametrach, to naturalnym wyborem jest UPS pracujący w trybie true on-line (czyli z podwójną konwersją napięcia).

Dostarcza on energię o wysokiej jakości, a więc pozbawioną zaburzeń elektromagnetycznych i harmonicznych, zaś w momencie awarii sieci - w zerowym czasie (bezprzerwowo) przełącza się na pracę z baterii. W przypadku aplikacji o mniej krytycznych wymogach stosowane mogą być tańsze rozwiązania offline, w tym również urządzenia z tzw. interaktywną linią sieciową.

Warto tutaj wskazać różnice pomiędzy systemami do pracy w aplikacjach przemysłowych oraz tymi do zasilania infrastruktury teleinformatycznej. O ile obydwa stanowią typowo wersje średnich lub dużych mocy (kilkaset kVA), o tyle te przemysłowe przeznaczone są do pracy z obciążeniami o charakterze indukcyjnym. Takimi odbiornikami są m.in. silniki elektryczne, które w chwili rozruchu pobierają duży prąd.

Stąd też UPS-y przemysłowe to jednostki mogące zapewnić wysoką wartość prądów zwarciowych, a więc warunki pracy instalacji zbliżone do tych przy dostępności sieci, gdzie powstanie zwarcia musi doprowadzić do zadziałania bezpieczników z ustaloną selektywnością. Standardem w sektorze przemysłowo-energetycznym są napięcia 220 oraz 110 V i UPS-y współpracują typowo z bateriami o takich napięciach znamionowych.

UPS-y przemysłowe - oferta dostawców

Zasilacze bezprzerwowe to nie tylko tradycyjne wersje prądu przemiennego, ale też urządzenia zapewniające na wyjściu napięcia stałe, które określane są mianem UPS-DC. Traktować je można jako rozbudowane zasilacze buforowe, zaś w odróżnieniu od tradycyjnych UPS-ów nie mają one falowników.

Powód takiej zmiany jest pragmatyczny - w przypadku odbiorników, które nie wymają zasilania prądem przemiennym, w zasilaczu pomijany jest też etap konwersji DC/AC, co upraszcza jego budowę i zwiększa efektywność pracy. Innymi rodzajami UPS-ów, choć mniej popularnymi, są wersje dynamiczne. W ich przypadku energia nie jest przechowywana w postaci "statycznej" (w akumulatorach), ale "dynamicznej" - mają one wprawiane w ruch obrotowy koło zamachowe.

Systemy zasilania gwarantowanego zawierają ponadto liczne dodatkowe elementy dodatkowe - sterujące, pomiarowe czy komunikacyjne, a także układy przełączające. Jeżeli chodzi o te ostatnie, to wykorzystywane są tu zarówno bazujące na stycznikach mocy układy SZR (samoczynnego załączania rezerwy zasilania), jak też rozwiązania static switch (szybkie łączniki bezstykowe) i inne.

Nieodzownymi elementami są też baterie (akumulatory) stanowiące magazyny energii. Chociaż w branży korzysta się z ich różnych rodzajów, najpopularniejszymi są cały czas tradycyjne wersje kwasowo-ołowiowe. Elementami większych systemów zasilania gwarantowanego mogą być też agregaty prądotwórcze (odsyłamy tutaj do odpowiednich tabel raportowych).

Przykładowe UPS-y przemysłowe

Do zasilaczy prądu stałego dodawane są w razie potrzeby przetwornice DC/DC, które pozwalają na zapewnienie zasilania odpowiedniej wartości napięciami stabilizowanymi. Ogólnie w przypadku systemów zasilania AC (nie tylko zasilania gwarantowanego) stosowane są też urządzenia służące do zapewniania odpowiedniej jakości napięcia.

Takimi są te do kompensacji mocy biernej, a także coraz popularniejsze filtry aktywne. Zmniejszają one zawartość harmonicznych prądu, kompensując jego odkształcenia, które powstają na skutek pracy w sieci odbiorników o nieliniowych charakterystykach prądowo-napięciowych.

Warto na koniec dodać, że o ile powyżej opisaliśmy komponenty omawianych systemów, o tyle, patrząc ze strony klientów (przyszłych użytkowników), wybór dotyczy raczej oczekiwanych parametrów układów - np. napięć zasilania, mocy, czasów podtrzymania, zabezpieczeń, itd., a nie ich samych komponentów.

Za to ostatnie odpowiedzialny jest bowiem zazwyczaj dostawca. W takich przypadkach można też mówić o systemach zasilania potrzeb własnych, które służą do kompleksowego zapewniania zasilania odbiorników prądu przemiennego i stałego.

Tomasz Pawłowski

Weidmüller

  • Jakie są kluczowe cechy zasilaczy dla przemysłu i do zastosowań profesjonalnych? Na jakie cechy wyrobów zwracają największą uwagę klienci branżowi?

Wysokiej klasy zasilacze muszą pracować sprawnie oraz niezawodnie nawet w trudnych warunkach przemysłowych i środowiskowych. Wymagane są duże rezerwy mocy, długi okres eksploatacji, efektywność energetyczna, optymalna ochrona przeciwprzepięciowa, odporność na drgania i ekstremalne temperatury.

W tym segmencie rynku klienci zwracają szczególną uwagę na funkcję Power Boost. W zasilaczach PROtop zastosowano innowacyjną technologię DCL (Dynamic Current Limiting), która dostarcza dodatkowej energii w zależności od prądu szczytowego w czasie od 15 ms do 5 s. Rezerwy te są idealne dla impulsu wyzwalającego wyłączników lub jako zapas dodatkowej energii do rozruchu dużego silnika. Jest to rozwiązanie, które niewątpliwie odróżnia ofertę firmy Weidmüller od innych tego typu rozwiązań dostępnych na rynku.

Ważnymi aspektami zasilaczy profesjonalnych jest również ich wysoka sprawność sięgająca 95%, co ogranicza straty energii i daje klientom wymierne korzyści w postaci obniżenia kosztów eksploatacji. Wysoka sprawność to również mniejsze gabaryty zasilaczy (68 mm dla wersji 20 A) i oszczędność miejsca w szafie zasilającej.

Ponadto w przemysłowych systemach zasilania ważna jest pewność zasilania, co zapewnia praca redundantna dwóch zasilaczy. W większości rozwiązań rynkowych potrzebny jest do tego dodatkowy moduł diodowy. W zasilaczach firmy Weidmüller jest on wbudowany w sam zasilacz, co zmniejsza gabaryty takiego rozwiązania oraz czas instalacji.

Prezentacje firmowe

Polecane

Nowe produkty