Ewolucja niskonapięciowych przetwornic częstotliwości
Adobe Stock – yanik88Rynek niskonapięciowych przetwornic częstotliwości przechodzi obecnie głęboką zmianę. Tradycyjnie, napędy były traktowane i sprzedawane jako samodzielny komponent, jednak obecne wymagania ze strony konstruktorów maszyn i użytkowników końcowych wymagają bardziej holistycznego spojrzenia na napędy jako części całego rozwiązania systemowego.
Mówiąc bardziej precyzyjnie, popyt na bardziej modułowe, kompaktowe maszyny zwiększył innowacyjność na rynku napędów, co doprowadziło do opracowania rozwiązań, które oszczędzają miejsce. To spostrzeżenie zbada kilka innowacji na rynku niskonapięciowych napędów prądu przemiennego, a mianowicie napędy wieloosiowe, zintegrowane napędy silnikowe i półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym, a także ich potencjalny wpływ na rynek.
Kompaktowe napędy wieloosiowe rewolucjonizują konstrukcję i elastyczność maszyn
Koncepcja wieloosiowości była historycznie cechą charakterystyczną serwonapędów i nie była powszechnie kojarzona z niskonapięciowymi napędami silnikowymi. Jednak niedawno wprowadzone na rynek oferty firm Delta Electronics i Inovance zmieniły ten stan rzeczy.
Na targach SPS 2022 firma Inovance zaprezentowała kompaktowy napęd wieloosiowy MD-800, natomiast w sierpniu następnego roku Delta Electronics ogłosiła wprowadzenie na rynek napędu MX300.
Napędy te umożliwiają sterowanie wieloma silnikami przez jedną jednostkę napędową. Według Delta Electronics pojedynczy moduł prostownika może obsługiwać do 6 modułów falownika i sterować maksymalnie 15 osiami. Stanowi to znaczną oszczędność miejsca w porównaniu z tradycyjnymi konfiguracjami z jednym napędem na jeden silnik. Delta Electronics i Inovance twierdzą, że wykorzystanie tych kompaktowych napędów wieloosiowych pozwala zaoszczędzić nawet 50% miejsca w szafie, ułatwiając przy okazji instalację. W rezultacie ten typ produktu pozwala na znacznie wyższy poziom elastyczności w projektowaniu maszyn.
Podobny trend zaobserwowaliśmy już w naszym inauguracyjnym badaniu, które dotyczyło napędów ultraniskonapięciowych (<60 V). Wcześniejszy nacisk na projektowanie maszyn pod kątem optymalnej wydajności w celu osiągnięcia jak najwyższej przepustowości przesunął się w kierunku projektowania maszyn bardziej elastycznych. Z naszych analiz wynika, że kompaktowy typ produktu wielonapędowego może stać się konkurentem dla napędów zdecentralizowanych i montowanych na silniku w zastosowaniach i procesach wymagających dodatkowej elastyczności.
Rozwój wysokosprawnych silników
W tym samym duchu, żeby zapewnić większą elastyczność maszyn, integracja napędów i silników jest od dawna dyskutowana na rynku niskonapięciowych przetwornic częstotliwości. Chociaż trend ten jest powszechny w niskich zakresach mocy z silnikami komutowanymi elektronicznie (EC) (nie wchodzi w zakres naszych obecnych badań), niektórzy gracze robią postępy w kierunku integracji silników i napędów o większej mocy.
Rockwell Automation i Infinitum ogłosiły niedawno utworzenie spółki joint venture, której celem jest opracowanie nowej klasy wysokowydajnych, zintegrowanych technologii napędów i silników niskonapięciowych. Ich współpraca, która łączy technologię napędową PowerFlex firmy Rockwell z ultrawydajnym systemem silników z rdzeniem powietrznym firmy Infinitum, ma na celu zbudowanie produktu, który oszczędza energię i obniża koszty dla klientów przemysłowych, jednocześnie pomagając im stać się bardziej zrównoważonymi. Oczekuje się, że zintegrowany układ napędowy będzie o 50% mniejszy od rozmiaru i wagi tradycyjnego układu silnikowego, co skutecznie zmniejszy powierzchnię zajmowaną przez napęd.
Historycznie rzecz biorąc, głównym wyzwaniem związanym z integracją silników i napędów w wyższych zakresach mocy było nadmierne wytwarzanie ciepła. Ostatnio jednak półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym są wymieniane jako obiecujące rozwiązanie tego problemu.
Wyzwania i szanse związane z półprzewodnikami o szerokim paśmie wzbronionym
Charakteryzujące się dużą luką energetyczną między pasmami walencyjnymi i przewodzącymi, półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym oferują kilka zalet w porównaniu z ich tradycyjnymi odpowiednikami. Zdolność tych półprzewodników do pracy w wyższych temperaturach, napięciach i częstotliwościach sprawia, że idealnie nadają się one do zastosowań w energoelektronice, takich jak pojazdy elektryczne, systemy energii odnawialnej i urządzenia komunikacyjne o wysokiej częstotliwości.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Wraz z dynamicznym wzrostem sprzedaży pojazdów z napędem elektrycznym i rosnącym zapotrzebowaniem na półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym, dostępna jest znacznie większa podaż tego typu półprzewodników niż kiedykolwiek wcześniej. Jednak pomimo rosnącej podaży, półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym nadal nie są konkurencyjne cenowo w porównaniu z ich tradycyjnymi odpowiednikami. Tranzystory MOSFET z węglika krzemu mogą kosztować nawet 3 razy więcej niż standardowe tranzystory krzemowe. W rezultacie, implementacja półprzewodników o szerokim paśmie wzbronionym w napędach jest nadal rzadka.
Spodziewamy się jednak, że wraz ze wzrostem podaży ceny będą z czasem spadać, co sprawi, że półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym staną się bardziej atrakcyjną perspektywą dla dostawców napędów.
Co więcej, zaobserwowaliśmy, że dostawcy technologii napędowej zmierzają coraz częściej w kierunku własnej produkcji półprzewodników. Wraz z przejęciem firmy Semikron w 2022 r. Danfoss stał się producentem półprzewodników i produkuje je na bazie węglika krzemu (SiC). Ponadto, według McKinsey and Company, również firma Mitsubishi Electric produkuje obecnie półprzewodniki SiC. Szacuje się, że firma ta ma 2% obecnego rynku SiC, chociaż cała podaż jest przeznaczona do użytku wewnętrznego. Jeśli ten rodzaj produkcji własnej będzie kontynuowany, prawdopodobnie zastosowanie półprzewodników o szerokim paśmie wzbronionym będzie rosło szybciej na całym rynku.
W jakim kierunku podąża rynek napędów
Napędy wieloosiowe, zintegrowane napędy silnikowe i półprzewodniki o szerokim paśmie wzbronionym to trzy przykłady innowacyjnych rozwiązań, które zmieniają rynek napędów przemysłowych. Rozwiązania te oferują znaczące korzyści głównie w zakresie oszczędności miejsca, wyższego poziomu elastyczności w projektowaniu maszyn i lepszej efektywności energetycznej. Podczas gdy skalowalność półprzewodników o szerokim paśmie wzbronionym pozostaje wciąż wyzwaniem, długoterminowy trend wskazuje na zwiększone zastosowanie ich w napędach silnikowych jako środka, który będzie ułatwiał rozwój bardziej modułowych i kompaktowych maszyn.
Autor: Brianna Jackson
