Silniki elektryczne jako nieodłączny element automatyzacji procesów produkcyjnych
Cantoni GroupSzeroko pojęta branża spożywcza to wciąż bardzo szybko rozwijająca się gałąź przemysłu. W czasach, gdy koszty wytworzenia stanowią często „być albo nie być” dla producentów, coraz bardziej znaczącą rolę odgrywa automatyzacja procesów wytwórczych. Nieodłącznym elementem automatyzacji jest element wprawiający w ruch, którego podstawą jest silnik elektryczny.
Ostatnie lata w tym obszarze można uznać za przełomowe. Popularyzacja układów sterowania, szczególnie tych uwzględniających regulację prędkości obrotowej, sprawiła, że możliwości zastosowania silników elektrycznych zwiększają się bardzo szybko. Wzrastają możliwości, ale i wymagania stawiane całym napędom i ich poszczególnym elementom.
Dominują przede wszystkim napędy wykorzystywane w transporcie. Napędy stosowane w transporcie wewnątrzzakładowym, pomiędzy procesami, nie różnią się zbytnio od napędów stosowanych w innych branżach. Jest jednak jedna cecha, która jest dla branży spożywczej bardzo specyficzna. Chodzi o kwestie higieny i ogólnego utrzymania czystości w procesie. W takich przypadkach napędy stosowane w transporcie żywności muszą charakteryzować się możliwością łatwego czyszczenia, a wręcz bezpośrednio mycia. Stąd wykorzystywanie stali nierdzewnej jako elementów obudowy silników, a także unikanie skomplikowanych, wielopłaszczyznowych konstrukcji. Upraszczając: silnik powinien być gładki, odporny na korozję, szczelny, a jego parametry dostosowane do ograniczonych warunków chłodzenia (brak żeber radiacyjnych).
Silnik ze stali nierdzewnej do branży spożywczej produkcji BESEL S.A. – Cantoni Group
Środowisko w zakładach produkcji żywności często nie jest najkorzystniejsze dla elementów standardowo stosowanych jako obudowy silników elektrycznych. Szczególnie w przypadkach hodowli zwierząt, gdzie instalacje mogą mieć styczność choćby z agresywnymi chemicznie czynnikami (np. odchody zwierząt). W takich przypadkach zabezpieczenia antykorozyjne i elementy uszczelniające wnętrze silnika odgrywają kluczową rolę. Możliwe jest także w razie konieczności zastosowanie specjalnego malowania (epoksydowe) czy galwanizowania (np. cynkowanie).
Innym sposobem na zabezpieczenie napędu przed szkodliwym działaniem otoczenia może być zamknięcie silnika w obudowie urządzenia. Temat wymaga najczęściej ścisłej współpracy producenta napędu z producentem aplikacji, ponieważ silnik musi „wpasować się” w urządzenie bądź dział rozwoju produktu już na etapie projektowania musi przewidzieć, ile miejsca zajmie napęd. W tym przypadku, nawet bardziej niż przy silnikach bez radiatora, istotne jest zapewnienie odpowiedniej rezerwy cieplnej obwodu elektromagnetycznego lub też dodatkowego chłodzenia. Silnik zamknięty w szczelnej obudowie nie ma bezpośredniego chłodzenia powietrzem. Nawet zastosowanie przewietrznika pozwala jedynie na mieszanie nagrzanego powietrza wewnątrz obudowy.
Automatyzacja podawania karmy na fermach produkcji BEST FEEDER z silnikiem BESEL S.A. – Cantoni Group
Przykładem takiej aplikacji jest krajalnica firmy „MaGa” z Bydgoszczy z silnikiem BESEL S.A. zabudowanym wewnątrz obudowy. Pewną zaletą może być brak konieczności wyposażenia silnika w obudowę własną (korpus) czy stosowanie własnego wentylatora, co czasem może wpłynąć na optymalizację kosztów produkcji.
Krajalnica firmy MaGa z silnikiem BESEL S.A. – Cantoni Group
Na wstępie wspomniana została coraz większa popularność napędów z użyciem przemiennika częstotliwości. Takie rozwiązanie pozwala na dostosowanie prędkości obrotowej silnika do rzeczywistych potrzeb aplikacji w danym momencie. Może też redukować negatywny wpływ bezpośredniego rozruchu (soft-start) oraz daje możliwość wykorzystania wielu opcji dodatkowych, w które komercyjne przemienniki są wyposażone (zabezpieczenia, sygnalizacje, zdalne sterowanie). Nie wszystkie przemienniki spełniają wysokie wymagania panujące w obszarach związanych z przetwarzaniem żywności (odporność na czynniki chemiczne, stopień ochrony IPxx itp.). Stąd czasem istnieje konieczność zintegrowania ich z obudową silnika, czyli upraszczając – zamknięcie przemiennika w obudowie silnika spełniającej wcześniej wspomniane wymagania.
Silnik z zabudowanym przemiennikiem częstotliwości produkcji BESEL S.A. – Cantoni Group
Przemienniki częstotliwości niosą jednak ze sobą szereg niedających się pominąć zagrożeń dla samych silników. Regulacja napięcia wpływa na skuteczność chłodzenia własnego silnika. Jakość napięcia zasilającego, o ile nie stosuje się specjalnych, a co za tym idzie kosztownych filtrów, jest znacząco niższa niż napięcia w sieci, wpływając tym samym na parametry silnika. Największym z zagrożeń jest jednak zjawisko powstawania pików przepięciowych, a w konsekwencji wyładowań niezupełnych w uzwojeniach silników zasilanych z falowników. Wyładowania te degradują stopniowo izolację elektryczną uzwojeń, finalnie powodując awarie.
MOŻE ZAINTERESUJE CIĘ TAKŻE
Niestety falownik nie jest tanim elementem, a co za tym idzie – w niektórych przypadkach poszukuje się rozwiązań „budżetowych”. Z naszego (BESEL S.A.) doświadczenia wynika, że im prostszy, a co za tym idzie – tańszy przemiennik, tym gorsza jakość napięcia zasilającego podawanego na silnik i większa podatność napędu na występowanie wspomnianych wyładowań niezupełnych. Zjawisko multiplikuje stosowanie długich przewodów zasilających pomiędzy przemiennikiem a silnikiem, które akumulują energię rozładowywaną w postaci pików przepięciowych.
Rozwiązań wspomnianych problemów jest wiele. To np. skracanie odległości pomiędzy przemiennikiem a silnikiem, stosowanie filtrów du/dt (kosztowne), wzmacnianie układów izolacyjnych silników, a także wszelkie kombinacje powyższych rozwiązań. Odporność układu izolacyjnego na piki przepięciowe i powstające w związku z nimi wyładowania niezupełne określa się poprzez klasy IVIC wg normy IEC 60034-18-41. Im dalsza literka w alfabecie, tym wyższa klasa odporności.
W ostatnich latach niezwykle istotnym parametrem stała się efektywność energetyczna (sprawność). Z jednej strony Unia Europejska wymusza na producentach silników podnoszenie energooszczędności ich wyrobów poprzez odpowiednie regulacje, które definiują minimalne klasy sprawności, jakie muszą spełniać silniki. Z drugiej strony końcowi użytkownicy kładą większy nacisk na zużycie jakże kosztownej energii elektrycznej w swoich przedsiębiorstwach.
Nie do pominięcia jest także coraz większa dbałość o środowisko naturalne. Tu też otwiera się pole do tzw. indywidualizacji napędu, bo przecież zużycie energii najbardziej istotne jest w napędach pracujących ciągle lub co najmniej długotrwale, a także tam, gdzie napędów jest wiele i stanowią one znaczący udział w zużyciu energii. W przypadku napędów wykorzystywanych krótkotrwale, sporadycznie, ważne są inne parametry (moment obrotowy, rozruchowy, maksymalny, temperatura na obudowie i wiele innych), a nie zużycie energii podczas krótkiej ich pracy.
Wszystkie wyżej opisane cechy silników elektrycznych, które stosuje się w szeroko pojętej branży spożywczej, wskazują na jeden element, który może okazać się bardzo istotny przy projektowaniu urządzeń i doborze odpowiedniego napędu. Jest to współpraca pomiędzy końcowym użytkownikiem, producentem aplikacji i producentem napędu (w tym silnika). Tylko właściwy przepływ informacji pomiędzy wspomnianymi stronami o faktycznych wymaganiach w miejscu zainstalowania pozwala na optymalny dobór napędu. I tu pojawia się przewaga rodzimych producentów tego typu urządzeń.
Będąc polskim producentem i posiadając odpowiednie zasoby (dział rozwoju i serwisu na miejscu), BESEL S.A. wielokrotnie uczestniczył w fazie projektowania i wdrażania urządzeń z produkowanymi w swojej fabryce silnikami. Zawsze też oferuje wsparcie techniczne na różnych etapach użytkowania swoich napędów. Korzystając z wielu dekad doświadczeń (firma BESEL S.A. powstała w 1950 r.) i indywidualizowanych rozwiązań, nie tylko wspieramy rodzimy przemysł, ale mamy szansę otrzymać produkt doskonale dopasowany do wymagań danej aplikacji, co finalnie zaowocuje satysfakcją końcowego użytkownika, a przecież na tym opiera się każdy biznes.
