Zasilacze i systemy zasilania gwarantowanego
We współczesnym przemyśle istnieje szereg urządzeń i systemów wymagających niezawodnego dostarczania energii, podtrzymania zasilania w razie awarii sieci oraz zapewniania jakościowych dostaw energii. Zasilanie dotyczy także mniejszych urządzeń i systemów – przykładowo układów sterujących oraz maszyn. Do tego dochodzą kwestie zwiększania efektywności energii, czego skutkiem całość branży jest rozwojowa. Przedstawiamy analizę związanego z nią rynku oraz zmian technologicznych w tytułowym zakresie.
Oferowane tutaj produkty obejmują urządzenia małogabarytowe, w tym w różnych wersjach (np. do montażu na szynie DIN, wtyczkowych, OEM, itd.), przetwornice napięć oraz zasilacze buforowe. Jeżeli chodzi o pozostałe urządzenia, to tu są one typowo elementami większych systemów zasilania gwarantowanego. Tutaj wchodzą m.in. zasilacze bezprzerwowe UPS, zasilacze bezprzerwowe, które określane są mianem UPS-DC, a także liczne elementy dodatkowe – sterujące, pomiarowe czy komunikacyjne, a także układy przełączające.
Michał Przybylski
EVER
Jakie są korzyści związane ze stosowaniem urządzeń UPS?
W dobie wykorzystania coraz bardziej zaawansowanych procesów technologicznych powstaje zapotrzebowanie na wysoką jakość i niezawodność zasilania elektrycznego. Pewność dostarczania do odbiorników energii oraz jej jakość można zwiększyć za pomocą różnych środków technicznych. Jednym ze sposobów jest wykorzystanie systemów zasilania gwarantowanego z podwójnym przetwarzaniem energii, czyli UPS-ów wykonanych w topologii on-line. W przypadku zaniku lub nieprawidłowości napięcia sieciowego UPS umożliwia dostarczenie energii do odbiorników w określonym czasie, niezbędnym do bezpiecznego i kontrolowanego zakończenia realizowanych procesów, a często poprawia dodatkowo jakości napięcia dostarczanego do zasilanych urządzeń.
Jak wygląda to w środowisku przemysłowym? Jakie są istotne zagadnienia z tym związane?
Zasilacze UPS przeznaczone do zastosowań przemysłowych zasilają różnego rodzaj odbiorniki. Są one stosowane zarówno do podtrzymania zasilania pojedynczych elementów wykonawczych i urządzeń kontrolno-pomiarowych, całych stanowisk roboczych (takich jak np. obrabiarki CNC), jak też automatyki przemysłowej stosowanej na liniach produkcyjnych. UPS-y w topologii on-line zapewniają skuteczną ochronę przed najczęściej spotykanymi zaburzeniami występującymi w sieci elektroenergetycznej. Zaliczyć możemy do nich: zaniki napięcia (krótkotrwałe bądź długotrwałe), wahania wartości napięcia (wzrosty lub zapady napięcia), przepięcia (krótkotrwałe impulsy wysokonapięciowe), wahania częstotliwości napięcia oraz odkształcenia przebiegu napięcia (wyższe harmoniczne).
Wraz z rozwojem osprzętu elektrycznego, elektronicznego i informatycznego wzrasta niebezpieczeństwo powstawania i oddziaływania zaburzeń. Typ oraz charakter powstających i oddziałujących zaburzeń zależy od wykorzystywanych urządzeń. Układy, w których zachodzą częste stany łączeniowe elementów biernych, mogą mieć tendencje do generowania przepięć powstających w stanach przejściowych – szczególnie groźnych dla pracy półprzewodnikowych elementów elektronicznych. Oddziaływania te skutkują niejednokrotnie uszkodzeniem podzespołów, powstawaniem nadmiernych strat mocy, przegrzewaniem się osprzętu, wystąpieniami awarii urządzeń lub całych systemów.
Podsumowując – zastosowanie jednostki UPS ogranicza ryzyko zakłócenia przebiegu procesu produkcyjnego i zwiększa wydajności zakładu poprzez eliminację przestojów. Jako że zakup UPS-ów jest często odkładany przez inwestorów, zwrócić należy uwagę na fakt, że koszty związane z przestojem zakładu w wyniku braku zasilania czy straty w materiałach nienadających się do wykorzystania (przerwanie procesu produkcyjnego) są niejednokrotnie o wiele większe niż rozsądna inwestycja w skuteczne zabezpieczenie.
Odbiorcy w przemyśle i innych branżach
Zdaniem naszych respondentów istotnymi odbiorcami produktów są ich klienci końcowi. Dzieje się tak zarówno w przypadku zasilaczy, gdzie klienci końcowi stanowią 28% i zajmują pierwsze miejsce wśród grup odbiorców, jak i UPS-ów, gdzie grupa klientów końcowych to 26%. Na rynku UPS nieznacznie częściej dostarczane urządzenia trafiają jednak do integratorów (28%). Z kolei na rynku zasilaczy drugą grupą pod względem liczebności są producenci OEM. Zarówno zasilacze, jak i UPS-y oferowane przez ankietowanych dostawców dość rzadko trafiają do firm poza przemysłem.
Wśród najważniejszych obszarów wykorzystania zasilaczy i UPS-ów przez klientów w pierwszej kolejności wymienić należy przemysł produkcyjny. Aż 97% respondentów informuje, że przemysł należy do ich grupy odbiorców w przypadku zasilaczy i 89% w przypadku UPS-ów. Na rynku UPS-ów drugim pod względem znaczenia odbiorcą urządzeń jest IT i telekomunikacja (75%), natomiast w przypadku zasilaczy na drugim miejscu znajduje się energetyka (74%). Pozostałe sektory, czyli medyczny, pojazdy i transport, zastosowania konsumenckie oraz specjalne i wojskowe, mają już znacznie mniejszy udział procentowy w zestawieniu.
Ankietowani, odpowiadając na pytanie o najbardziej perspektywiczne branże, będące odbiorcami oferowanych zasilaczy i UPS-ów, podobnie jak w przypadku wskazywanych obszarów wykorzystania produktów, najczęściej wymieniali spontanicznie energetykę oraz przemysł. Wśród innych popularnych branż pojawiała się także telekomunikacja, IT oraz transport.
Czym kierują się klienci?
Na postawie badań można zauważyć, że najważniejszym kryterium wyboru są dla klientów parametry techniczne i cechy zarówno w przypadku zasilaczy, jak i UPS-ów. Na rynku UPS-ów kolejnym istotnym czynnikiem jest cena, natomiast dla zasilaczy są nimi w jednakowym stopniu marka / renoma producenta oraz kwestie logistyczne.
Jakość energii i efektywność energetyczna w przemyśle
Z energii elektrycznej korzystają gospodarstwa domowe, różne firmy i odbiorcy instytucjonalni, a także – i to przede wszystkim – przemysł. Jej odbiorcy oczekują nie tylko zasilania bezprzerwowego, ale też spełniającego standardy jakości, bowiem w przypadku uchybień w tym zakresie występować mogą przerwy w pracy urządzeń i ich uszkodzenia. Jednocześnie, aby za energię nie przepłacać, ważne jest jej odpowiednie monitorowanie oraz stosowanie rozwiązań technicznych i strategii sprzyjających ograniczaniu jej zużycia. Polecamy artykuł o tytule jak powyżej znajdujący się w serwisie www.automatykaB2B.pl.
A jak wyglądają zmiany preferencji klientów w czasie? Pomiar ten wykonywaliśmy regularnie co dwa lata, począwszy od 2012 roku. Obecnie, podobnie, jak w latach poprzednich, najważniejszym kryterium wyboru dla klientów są cechy i parametry techniczne zasilaczy. Analizując „siłę” poszczególnych czynników, najwyższy, bo aż 81% wynik uzyskały właśnie parametry techniczne urządzeń. W dalszej kolejności pojawia się jakość (69%), kwestie logistyczne (65%) i cena 64%. Najmniejsza waga przywiązywana jest w tym roku do długotrwałej współpracy (59%). Pomimo, podobnie jak w przeszłości, najniższej pozycji tego parametru na liście cech produktów decydujących o wyborze przez klientów, na uwagę zwraca fakt, że w porównaniu do lat ubiegłych wypada on znacząco lepiej. Podobnie jak w przypadku współpracy dość znacząco w porównaniu do wcześniejszego okresu zyskały wspomniane już wcześniej kwestie logistyczne i dostępność. Biorąc pod uwagę problemy z zaopatrzeniem w komponenty i gotowe produkty, z którym mieliśmy do czynienia przez ostatni rok, nie powinien dziwić tak duży skok znaczenia tych parametrów w ostatnim czasie. Dostępność oraz pewność zrealizowania inwestycji poprzez dostarczenie pożądanych przez odbiorcę urządzeń w terminie staje się bardzo ważnym aspektem wyboru, z czym wcześniej raczej rzadko mieliśmy do czynienia. Można z tego odczytu wysnuć wniosek, że niepewność na rynku, spowodowana przerwami w łańcuchach dostaw oraz bliskością zagrożeń geopolitycznych wynikających z toczącej się za naszą wschodnią granicą wojny, stała się istotnie odczuwalna dla odbiorców przemysłowych.
Nowości technologiczne
Ankietowani wymienili kilka ich zdaniem najważniejszych nowości technologicznych, mających istotny wpływ na rynek zasilaczy i UPS-ów. Obok postępującej miniaturyzacji układów, efektywniejszych i bardziej funkcjonalnych systemów zarządzania wśród ważnych nowości technicznych wymieniono trzy istotne obszary, które skrótowo omówiono poniżej.
Automatyczna regulacja napięcia
AVR (Automatic Voltage Regulation) to system automatycznej regulacji napięcia wyjściowego. AVR kontroluje moc wyjściową, mierząc napięcie i porównując je ze stabilnym odniesieniem. Informacja o różnicy jest następnie wykorzystywana do regulacji prądu poprzez jego zwiększanie lub zmniejszanie. Sama technologia znana jest już od wielu lat, jednak z czasem pojawiają się coraz nowsze jej implementacje, oparte na wydajniejszych algorytmach. Automatyczny regulator napięcia (AVR) zapewnia dostarczanie napięcia wyjściowego zgodnego z prądem obciążenia. Pomaga to złagodzić, a nawet wyeliminować szkody, jakie wahania napięcia mogą spowodować w sprzęcie.
Półprzewodniki SiC i poprawa efektywności
Węglik krzemu (Silicon Carbide, SiC) coraz częściej wypiera krzem z energoelektroniki. Ponad dziesięć razy niższa rezystancja w stanie przewodzenia oraz znacznie krótszy czas przełączania umożliwiają pracę na wyższych częstotliwościach i z lepszą sprawnością. SiC zapewnia niską rezystancję przy przewodzeniu prądu, lepsze współczynniki temperaturowe, a także dłuższą żywotność urządzeń. W energoelektronice najczęściej wykorzystywane elementy wykonane z węgliku krzemu to diody Schottky’ego, tranzystory MOSFET SiC oraz moduły stanowiące połączenie wielu struktur SiC w jedną całość. Dzięki zastąpieniu półprzewodników krzemowych półprzewodnikami z węglika krzemu można aż o 30% ograniczyć masę i rozmiar urządzeń. SiC znajdują swoje zastosowanie m.in. w falownikach do systemów fotowoltaicznych, ładowarkach akumulatorów, konwerterach energii elektrycznej i napędach elektrycznych.
Zabezpieczenia zasilania
Jednym z istotnych elementów rozwoju systemów zasilania w przemyśle jest wdrażanie coraz lepiej działających systemów ochrony. Należą do nich m.in. zabezpieczenia przed problemami z jakością działania sieci elektrycznej (przepięciami, skokami lub spadkami napięcia), jak i zabezpieczenia przeciwzwarciowe oraz te, których źródłem jest sam sprzęt. Implementowane obecnie rozwiązania w zakresie zabezpieczeń w sieci elektrycznej to OCP (Overcurrent Protection) zapewniający ochronę przed przepięciami prądowymi, OVP (Overvoltage Protection) – zabezpieczające przed zbyt wysokim napięciem mogącym się pojawić na linii zasilającej oraz UVP (Undervoltage Protection) – chroniący ciągłość działania podzespołu przed spadkiem napięcia. OCP monitoruje jeden lub więcej obwodów, zapobiegając dostarczaniu przez zasilacz większej ilości prądu, niż są w stanie obsłużyć jego obwody. Funkcja zapobiega temperaturowemu zużyciu kabli i złączy zasilacza oraz uszkodzeniom obwodów.
Innymi kategoriami układów ochronnych są zabezpieczenia przeciwzwarciowe SCP (Short Circuit Protection) oraz OTP (Overtemperature Protection) – ochrona przed przegrzaniem elementów, co powoduje zakłócenia w ich pracy i krótszą żywotność oraz OLP (Overload Protection). Z kolei funkcja OVP zabezpiecza przed uszkodzeniem zasilacza z powodu przetężenia (w tym zwarć na wyjściu). Zabezpieczenie jest aktywowane wtedy, gdy prąd obciążenia jest większy niż wartość graniczna.
Kompleksowe i pewne zabezpieczenia stanowią jedną z ważniejszych funkcjonalności systemów zasilania w przemyśle. Według opinii naszych ankietowanych implementacja kompleksowych układów zwiększających bezpieczeństwo i ciągłość działania jest jedną z cech, na które klienci zwracają uwagę w pierwszej kolejności.
