Zasilacze i systemy zasilania gwarantowanego

Zasilanie stanowi w przemyśle i wielu innych branżach bardzo ważny obszar tematyczny. W analizie omawiamy technologie i nowości z tym związane w podziale na dwie grupy produktów – zasilaczy małogabarytowych oraz systemów zasilania gwarantowanego. Spoglądamy również na zagadnienia związane z rozwojem branży i zmianami na rynku, w tym w kontekście sytuacji globalnej.

Grupa pierwsza: zasilacze małogabarytowe

Pierwszy z rodzajów omawianych w analizie urządzeń stanowią zasilacze impulsowe małogabarytowe (małej mocy). Przetwarzają one napięcie sieciowe, zwykle jednofazowe (typowo z zakresu od około 80 do 240 VAC), na pojedyncze lub kilka stabilizowanych napięć stałych. Są to zazwyczaj urządzenia standardowe, które oferowane są w różnych obudowach i wykonaniach. W zastosowaniach profesjonalnych, w tym w przemyśle, występują w obudowach metalowych lub z tworzyw sztucznych i przeznaczone są do montażu na szynie DIN, na maszynie, ew. ewentualnie bezpośrednio w innym urządzeniu.

W branży regularnie pojawiają się też innowacje, aczkolwiek mają one raczej charakter nowości usprawniających działanie zasilaczy lub rozszerzających ich funkcjonalność, niż cechy przełomowe. O ile w przypadku podstawowych zasilaczy (wtyczkowe, tańsze zasilacze na szynę, itd.) dominują produkty standardowe, o tyle im bardziej wchodzimy na rynek profesjonalny i potrzeby co do parametrów rosną, tym zmian i innowacji jest więcej.

Główni odbiorcy produktów z omawianego zakresu

Zapytani o trendy rynkowe, respondenci redakcyjnej ankiety wskazywali przede wszystkim na miniaturyzację (ew. "lepsze parametry przy tych samych wymiarach zewnętrznych jednostek") oraz modułowość. Jest to osiągane zarówno poprzez zmiany konstrukcyjne, jak też poprawę parametrów stosowanych elementów. Wzrost sprawności, która w najbardziej zaawansowanych konstrukcjach wynosi powyżej 95%, to nie tylko kwestia "pogoni za efektywnością", ale też spełniania wymogów prawnych i potrzeb samych klientów. Wysokosprawna jednostka grzeje się mniej i może być bardziej zminiaturyzowana, bowiem nie ma potrzeby rozpraszania tak dużej ilości ciepła. Z kolei modułowość dotyczy możliwości łatwej, elastycznej rozbudowy systemów zasilających oraz ew. połączenia kilku zasilaczy w system redundantny.

Często wymienianym trendem był ten dotyczący zwiększania możliwości komunikacyjnych (USB, Ethernet, CAN, itd.), co pozwala na zdalne zarządzanie i kontrolę pracy, a także polepszanie sposobów sterowania pracą zasilaczy. Takie sterowania daje m.in. możliwości programowanie parametrów (napięcia, progi ograniczeń) i alarmów za pomocą interfejsu cyfrowego. Oczywiście to również nie jest nowość, bowiem rozwój sterowania cyfrowego zasilaczy ma już miejsce od wielu lat, jednak dzisiaj, w dobie Przemysłu 4.0 i wzrostu potrzeb w zakresie integracji systemów, wymogi te są coraz istotniejsze. Respondenci wskazywali na wzrost możliwości w zakresie sterowania obwodami bateryjnymi (w przypadku zasilaczy buforowej), integrację dodatkowych zabezpieczeń czy możliwości lepszego sterowania i komunikacji z użytkownikiem.

W branży niewielkich zasilaczy ważnym tematem jest też odporność na chwilowe przeciążenia. Jest ona wyjątkowo istotna w przemyśle – m.in. w przypadku rozruchu maszyn z silnikami elektrycznymi, włączania oświetlenia żarowego lub odbiorników cechujących się dużą składową pojemnościową na wejściu. Wiele aplikacji pobiera też maksymalną moc przez bardzo krótki czas – kilku sekund, a przykładem mogą być tu systemy sterujące zamkiem elektromagnetycznym lub przepływem. Zakres dopuszczalnego przeciążania różni się w zależności od modelu i producenta, aczkolwiek widać, że najnowsze zasilacze pozwalają na więcej, niż było to możliwe kiedyś. Wszystko to, podsumowując, wpisuje się w wspomniany ciągły rozwój technologiczny branży.

Mateusz Pijanowski

ASTOR

Gdzie stosuje się przemienniki częstotliwości? Jakie są preferencje zakupowe klientów?

Przemienniki częstotliwości stosowane są najczęściej w urządzeniach takich jak pompy, mieszalniki, sprężarki i podobne. Oprócz przemysłu przemienniki wykorzystywane są również w branży HVAC, głównie do obsługi wentylatorów oraz sprężarek. Przemysł ciężki stosuje zaś przemienniki do zasilania przenośników, transportu wewnątrzzakładowego, taśmociągów czy podnośników. Obserwujemy natomiast mniejszą popularność przemienników w układach precyzyjnego pozycjonowania z racji rosnącej popularności oraz konkurencyjności cenowej serwonapędów.

Patrząc od strony odbiorców, rynek dzieli się na odbiorców końcowych, którzy najczęściej potrzebują napędów wyższej mocy, następnie integratorów systemów oraz na branżę maszynową OEM, która notuje coraz lepsze wyniki na rynkach polskim oraz europejskim. Każdy z klientów ma swoje specyficzne kryteria doboru, natomiast najczęściej zwraca się uwagę na funkcjonalność przemienników (wbudowane filtry EMC, wejście bezpieczeństwa STO, komunikacja m.in. Modbus TCP, Profinet, EtherCAT) oraz profesjonalne wsparcie techniczne producenta. Nie bez znaczenia jest również kryterium cenowe oraz dostępność produktów.

Grupa druga: systemy zasilania gwarantowanego

Drugą z grup produktów i rozwiązań stanowią systemy zasilania gwarantowanego. Bazują one na zasilaczach bezprzerwowych, czyli UPS, które mają za zadanie dostarczać niezawodnie energię elektryczną do podłączonych odbiorników. Są to często typowo urządzenia z podwójną konwersją, gdzie wejściowe napięcie przemienne przetwarzane jest na stałe, a następnie znów na przemienne na wyjściu, co pozwala na tzw. pracę true online. Systemy stosowane w przemyśle i energetyce charakteryzują się mocami wynoszącymi od jednego do kilkuset kVA i są odmienne od teleinformatycznych – m.in. pod względem obciążalności chwilowej oraz prądu zwarciowego. Stosuje się w nich układy korekcji współczynnika mocy, liczne zabezpieczenia, a część z nich pozwala też na pracę równoległą, co zapewnia zwiększenie mocy wyjściowej lub redundancję układów zasilania. Elementami systemów zasilania gwarantowanego są również akumulatory, przy czym w przemyśle używane są typowo wersje bezobsługowe w technologii AGM lub żelowej. Do tego dochodzą inne elementy, jak choćby: filtry sieciowe, urządzenia do kompensacji mocy biernej oraz przetwornice DC/DC, a także przełączniki (styczniki mocy, szybkie łączniki bezstykowe i inne), urządzenia pomiarowe, rejestrujące oraz oprogramowanie sterująco-kontrolne. Instalacje zasilające rozszerzane są też o agregaty prądotwórcze, aczkolwiek dotyczy to zwykle większych systemów.

Systemy zasilania gwarantowanego to rozwiązania typowo tworzone "pod klucz", na zamówienie klienta. Z wykorzystaniem modułów powstaje układ zasilania potrzeb własnych, do którego podłączone są różne odbiorniki AC oraz DC. Tego typu instalacje, z perspektywy klientów, charakteryzuje szereg parametrów technicznych określających oczekiwane wartości prądów i napięć, czas podtrzymania, wbudowane zabezpieczenia i funkcje monitorowania pracy.

Omawiając powyższą tematykę, należy wspomnieć o zasilaczach buforowych. Są to zasilacze prądu stałego, które współpracują z akumulatorami i pozwalają utrzymać dopływ energii do wyjścia przy braku zasilania sieciowego. Są one typowo niskonapięciowe, co pozwala na zasilanie odbiorników w systemach sterowania, automatyki czy teleinformatycznych. Dodatkowo zasilacze buforowe mają separację galwaniczną i mogą pełnić funkcję filtrów aktywnych. Odmianą omawianych urządzeń są wersje o dużych mocach (kilkuset watów i większych), które określane są też mianem UPS-DC. Są to zasilacze buforowe dostarczające stabilizowanego napięcia wyjściowego, które mają znacznie rozbudowaną część odpowiadającą za współpracę z akumulatorem.

"Jakie są powody wyboru produktów przez klientów?" – odpowiedzi na pytanie

Co zmienia się w technologiach? Jeden z naszych respondentów na tak postawione pytanie odpowiedział: "tu już raczej nie da się nic wymyślić". O ile rzeczywiście rozwój technologiczny w branży trwa już od wielu dekad i pozwolił na dojście do bardzo wysublimowanych parametrów systemów zasilania gwarantowanego, o tyle cały czas, jak się wydaje, jest tu pewna przestrzeń do dalszego rozwoju.

Do najczęściej wskazywanych trendów zaliczają się: wzrost modułowości (łatwa skalowalność systemów), wzrost sprawności (wyższy współczynnik mocy, lepsza wydajność przetwarzania energii), a także innowacje w zakresie funkcjonalnym. W tym przypadku, podobnie jak w zasilaczach małogabarytowych, dotyczy to komunikacji z użytkownikiem, łatwości diagnostyki urządzeń i zdalnego zarządzania nimi. Do wskazań należy też zaliczyć kwestie wbudowywania w systemy dodatkowych zabezpieczeń oraz ich wykonania ekologiczne. W badaniu pojawiło się także wiele wskazań dotyczących akumulatorów. Standardowym elementem systemów zasilania gwarantowanego są cały czas akumulatory kwasowo-ołowiowe, aczkolwiek pojawiają się tu również coraz częściej wersje Li-Ion oraz Ni-Mh. W zasilaczach stosuje się też ultrakondensatory, które pozwalają zwiększyć oddawaną moc chwilową oraz przeciążalność tych urządzeń.

Łukasz Wardak

Impakt

Jaki jest charakter branży związanej z produkcją i dystrybucją zasilaczy małogabarytowych? Kto działa na tym rynku?

Małe zasilacze często dostarczane są przez subdystrybutorów z branży IT, czyli obszaru rynku, gdzie od lat stosowane były zasilacze awaryjne. Aczkolwiek ostatnio widać też coraz większe zaangażowanie w działalność na omawianym rynku firm monitoringowych, które zajęły się dystrybucją innych rozwiązań i siłą rozpędu dostarczają również zasilacze dla przemysłu. Mówimy tu zarówno o rozwiązaniach jednofazowych, jak i małych 3-fazowych. Im bardziej zaawansowane są produkty, tym bardziej wymagane jest nie tylko ich dostarczenie, ale też wdrożenie, a więc i firmy realizujące zamówienia zmieniają się.

Kupującymi zasilacze są różnorodne przedsiębiorstwa produkcyjne – ale nie tylko. Do ciekawych odbiorców, które w ostatnich latach odkryły zapotrzebowanie na zasilacze awaryjne, można zaliczyć: studia nagraniowe, gabinety lekarskie oraz kosmetyczne. Coraz więcej firm jest istotnie zależnych od ciągłego zasilania, w związku z tym zasilacz awaryjny trafia w miejsca, o których jeszcze kilka lat temu nikt nie myślał.

Na jakie cechy wyrobów klienci branżowi zwracają największą uwagę? Jaka jest specyfika tego sektora względem branży IT?

Produkty dla przemysłu to najczęściej zasilacze online jednofazowe lub trójfazowe, zwykle charakteryzujące się wysoką sprawnością. Rzadko wykorzystywane są tu rozwiązania line-interactive. W typowym przemyśle ważne są również porty komunikacyjne. O ile w branży IT takimi są najczęściej moduły SNMP, o tyle w przemyśle są to często Modbus czy dry contact. Nie bez znaczenia jest również port EPO czy wbudowany bypass mechaniczny. W wielu przypadkach klienci potrzebują nie tyle długiego czasu podtrzymania, co zabezpieczenia przed zakłóceniami – pochodzącymi często z własnych maszyn znajdujących się na terenie zakładu. Stąd też wybierają oni rozwiązania o najlepszych parametrach w tym zakresie.

Oczywiście rynek systemów zasilania gwarantowanego dla przemysłu różni się od IT. Na tym ostatnim w dalszym ciągu sprzedaje się najwięcej małych, desktopowych rozwiązań line-interactive czy wersji 19’’. Sektor wykorzystuje również moduły SNMP lub coraz bardziej popularne USB HID, podczas gdy w przemyśle ten sposób komunikacji jest mniej popularny. Dodatkowo branża IT rzadziej w porównaniu z przemysłem korzysta z budowanych na zamówienie modułów bateryjnych, często wybierając dedykowane rozwiązania dostawcy.

Wartość branży i sytuacja podażowo-popytowa

Do najważniejszych grup odbiorców zasilaczy i UPS-ów należy tradycyjnie przemysł. W przypadku UPS-ów znaczącą rolę odgrywa także IT i oraz sektor telekomunikacyjny, zaś wielką trójkę najistotniejszych klientów omawianych branż zamyka energetyka. Pozostałe grupy: medycyna, transport, wojsko oraz zastosowania konsumenckie odgrywają już mniejszą rolę, aczkolwiek utrata odbiorców w tych mniej popularnych obszarach byłaby dla poszczególnych dostawców także dotkliwa.

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami UPS-ów

Biorąc pod uwagę popyt na poszczególne rodzaje zasilaczy, należy wyróżnić dwie główne grupy: AC/DC do montażu na szynie oraz AC/DC modułowe. To właśnie te urządzenia odgrywają najważniejszą rolę dla dostawców. Pozostałe: OEM, open frame, wtyczkowe, przetwornice DC/DC oraz wersje buforowe, wymienione zostały w dalszej kolejności.

Najbardziej perspektywiczne branże będące odbiorcami zasilaczy

Ankietowani szacują wartość rynku zasilaczy w przedziale od 90 do 200 mln złotych. Rynek UPS oceniany jest z kolei przez ankietowanych w przedziale od 50 do 200 mln złotych. Wyniki te zostały uzyskane jeszcze podczas badania trwającego podczas pandemii i na ten fakt należy wziąć poprawkę. Aczkolwiek nie tylko COVID-19 okazał się dla omawianego rynku regresywny. Tradycyjne źródła ograniczeń ale cechujących się niską ceną, szczególnie z Azji. Podobne spostrzeżenia ankietowanych dotyczą rynku UPS. W tym przypadku także pandemia wymieniana jest jako jedno z istotniejszych źródeł problemów ze wzrostem i również w tym przypadku dostawcy narzekają na zalew rynku tańszymi, gorszej jakości produktami. Wśród innych przyczyn wpływających na spowolnienie wzrostu rynku pojawiają się wśród opinii ankietowanych czynniki makroekonomiczne, takie jak niestabilność polskiej waluty czy ograniczenia inwestycji.