Dziś jest piątek, 18 październik 2019 r.
Energoelektronika.pl na stronach Facebook REKLAMA MAPA SERWISU KONTAKT
Strona główna Załóż konto Artykuły branżowe Katalog firm Seminaria FAQ Kalendarium Słownik Oferta
Wyszukaj
1USD 3.8638 -0.76% 1EUR 4.2849 -0.28% 1GBP 4.9456 -0.31%
Zaloguj się
Login (adres e-mail):
Haslo:
  Rejestracja
  Zapomniałem hasła
Reklama

Aktualności
32 edycja targów Energetab 2019 juz za cztery tygodnie
więcej
Nowy cykl szkoleń praktycznych związanych z programowaniem sterowników marki Siemens
więcej
Przyszłość sektora motoryzacji w Polsce ? raport Banku Pekao S.A.
więcej
Cykl szkoleń z zakresu programowania sterowników SIMATIC S7-300, S7-1200
więcej

Zobacz archiwum

Kalendarium
23 październik 2019
LUMENexpo Targi Techniki Świetlnej  
więcej
29 październik 2019
73. edycja Seminarium dla Służb Utrzymania Ruchu  
więcej
Newsletter
Jeżeli chcesz otrzymywać aktualne informacje o wydarzeniach w branży.
Podaj e-mail do subskrypcji:


Artykuły branżowe
21 listopad 2007.

Bezstykowe źródła zasilania alternatywą przekazywania energii elektrycznej

Wielu zatrudnionych w przemyśle inżynierów lub projektantów systemów produkcji nie wyobraża sobie swojej działalności w zakresie elektryki i automatyki bez przewodowych instalacji elektrycznych. Zainstalowane przewody mogą być jednak użytkowane w procesach produkcji tylko w odpowiednim stanie technicznym. W razie ewentualnych uszkodzeń odpowiednie odcinki linii są natychmiast wymieniane, co wiąże się z prawidłowym wykonywaniem dodatkowych muf lub wymianą osprzętu, np. głowic kablowych. W takich sytuacjach koszt usunięcia awarii technicznej przewodów elektrycznych i kabli staje się źródłem dodatkowych obciążeń finansowych. Ponadto w przypadku długo eksploatowanych odcinków linii może występować duże i narastające w czasie ryzyko niespodziewanego uszkodzenia przewodów instalacji przemysłowych. 


W ostatnich latach obserwuje się w przemyśle tendencję do przechodzenia z rozwiązań przewodowych na bezprzewodowe, szczególnie w dziedzinie przekazywania informacji. 

W nowoczesnych instalacjach przemysłowych stosuje się duże ilości przewodów, często o znacznych, nawet kilometrowych długościach. Przewody te umieszczane są zazwyczaj w korytkach, kanałach kablowych, podwieszane na stropach, łącząc różne elementy wyposażenia elektrycznego i stanowiąc nieodłączny atrybut automatyki przemysłowej.

W ostatnich latach obserwuje się w przemyśle tendencję do przechodzenia z rozwiązań przewodowych na bezprzewodowe. Wymienione zmiany zachodzą szczególnie w dziedzinie przekazywania informacji. Jeżeli konsumenci masowo korzystają z dobrodziejstw telefonów komórkowych, laptopów, urządzeń Blackberry, dlaczego zakłady przemysłowe nie miałyby zastosować podobnej bezprzewodowej techniki w zakresie utrzymania połączeń elektrycznych w celu rozszerzenia obszaru zastosowań oraz zmniejszenia poziomu kosztów? Jednym z ostatnich wynalazków budzących zainteresowanie inżynierów jest bezkontaktowe przenoszenie energii w celu zasilania i sterowania silników napędowych.

Mimo powszechności komunikacji bezprzewodowej rozwiązania umożliwiające bezstykowe transformowanie mocy elektrycznej do 16 kW poprzez sprzężenie indukcyjne w powietrzu do zasilania przenośnego urządzenia są na razie nowością.

Bezstykowe i bezprzewodowe przenoszenie energii elektrycznej koniecznej do zasilania urządzeń odbywa się w zakresie częstotliwości radiowych poprzez przenoszenie wymaganej energii elektrycznej na drodze sprzężenia indukcyjnego pomiędzy izolowanym przewodnikiem w tradycyjnej instalacji stałej do jednego lub większej liczby przenośnych odbiorników. Sprzężenie elektromagnetyczne jest dokonywane poprzez szczelinę powietrzną, która nie zużywa się oraz nie wymaga dodatkowych kosztów utrzymania. Dla przykładu, w niektórych przemysłowych rozwiązaniach patentowych automatyki pojemniki wypełnione półproduktami muszą się przemieszczać pomiędzy różnymi etapami procesu produkcyjnego.

Bezstykowe i bezprzewodowe przenoszenie energii może być używane przede wszystkim w nadziemnych miejscach wykorzystania systemów magazynowania i wyszukiwania towarów lub pod ziemią, do podawania materiałów. Technika bezstykowa zmniejsza koszty poprzez wykluczenie podwieszanego systemu przewodów. Umieszczona pod ziemią instalacja elektryczna zajmuje niewiele miejsca i nie stwarza niebezpieczeństwa wyłączeń. W związku z bezkontaktowym przenoszeniem energii wyeliminowano skomplikowane systemy ruchomego, przewodowego doprowadzenia napięcia umieszczane na niektórych częściach powierzchni sklepów.

Przenośny system bezprzewodowego przenoszenia energii ma wszechstronne zastosowanie, ponieważ umożliwia dość swobodne kształtowanie tras ? również zakrętów i skrzyżowań ? po których będą się przemieszczać zasilane odbiorniki. Stosowanie prostej segmentacji dróg pozwala rozszerzać zakres tras, zmieniać kierunki transportu oraz umożliwia szybsze przemieszczanie.

System bezprzewodowego przenoszenia energii polecany jest do zastosowań, w których:

  • ruchome wyposażenie musi pokonywać znaczne odległości,
  • wymaga się różnych tras przemieszczania urządzeń,
  • wymaga się osiągania dużych prędkości,
  • wymaga się braku czynności konserwacyjnych,
  • odbiór energii odbywa się w środowisku wilgotnym lub zawierającym zanieczyszczenia środowiskowe.

Największą zaletą systemu opierającego się na bezstykowym dostarczaniu energii jest większa dyspozycyjność, ponieważ nie wymaga on zasadniczo konserwacji.

Obsługa oraz warunki zewnętrzne są ważnymi przesłankami w procesie tworzenia systemów na potrzeby aplikacji związanych z podawaniem materiałów i zastosowaniami transportowymi, takimi jak montowanie samochodów, składowanie i przemieszczanie przedmiotów i materiałów oraz sortowanie. Typowe zastosowania bezstykowego przenoszenia energii to:

  • umieszczane nad powierzchnią roboczą systemy transportu wózkowego,
  • systemy przenoszenia pojemników,
  • prowadzone bezpośrednio po podłodze systemy przenoszenia,
  • popychane systemy przenoszenia,
  • systemy magazynowania i wyszukiwania,
  • systemy transportu palet,
  • systemy napędu suwnic,
  • wyposażenie podnośników,
  • stacje ładowania baterii.

Dzięki zamianie tradycyjnego rozwiązania ? połączonych przewodami ze źródłem zasilania wózków do przenoszenia i sortowania palet ? na układ bezstykowego przekazywania energii uzyskuje się możliwość transportu palet na dłuższe odległości. Skomplikowane przyłącza do doprowadzania napięcia sieci są wyeliminowane. Skraca się również czas przerw w zasilaniu przeznaczonych na naprawę uszkodzeń w kablach i ładowanie baterii. Nie występują też inne naprawy, wynikające z częstego zginania i skręcania kabli. 

Bezstykowy system zasilania pracuje na zasadzie przenoszenia energii na drodze indukcji elektromagnetycznej. Energia zostaje bezpośrednio dostarczona do przewodnika, który jest uzwojeniem wtórnym transformatora. Kabel lub przewodnik może zostać umieszczony pod powierzchnią podłogi sklepu lub celowo wprowadzony w znajdującą się nad powierzchnią szynę transportową. Głowica adaptera poprzez szczelinę powietrzną otrzymuje energię od pola elektromagnetycznego wytwarzanego wokół przewodnika lub układu szyny i dostarcza ją do przenośnej jednostki zasilania sieciowego. Niezależnie, czy energia ma zostać przekazana do wózka, sztaplarki, szyny transportowej, czy innych urządzeń składowania i odbioru materiałów, zasilacz sieciowy zamienia otrzymaną energię w odpowiedni przebieg napięcia w czasie, który może być wykorzystany przez silniki i obwody automatyki w jednostkach przenośnych. 

Różne zastosowania przenośnego systemu dostarczającego bezstykowo energię elektryczną

Niezużywający się, bezstykowy układ zasilania jest niezbędny przy projektowaniu i utrzymaniu specjalnych urządzeń przenoszących, używanych przykładowo przy montażu samochodów lub w systemach magazynowania i wyszukiwania towarów w dużych hurtowniach. W związku z tym, że w opisywanych przypadkach nie stosuje się wiązki przewodów niezbędnych do zasilania, nie ma niebezpieczeństwa wprowadzenia zanieczyszczeń poprzez nieszczelności, jak również nie występują elementy, które są trudne do utrzymania podczas eksploatacji. Także kłopoty z dopasowaniem części jezdnej przenośnika taśmowego są wyeliminowane, gdyż nie jest konieczne zachowanie dokładnych tolerancji mechanicznych pomiędzy linią kablową a głowicą odbiorczą.

Wydaje się, że największą zaletą systemu opierającego się na bezstykowym dostarczaniu energii jest większa dyspozycyjność, ponieważ nie wymaga on zasadniczo konserwacji. 

W środowisku przemysłowym, gdzie zazwyczaj występują liczne modyfikacje i zmiany, a tempo rozwoju jest nakazem chwili, elastyczność i niezawodność systemów bezstykowego przenoszenia energii może zmniejszyć zużycie wyposażenia i oszczędzić trudu inżynierom zakładów przemysłowych.

UR

Rainer Neufeld

Rainer Neufeld ukończył studia na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Mannheim w Niemczech w zakresie elektrotechniki. W 1999 r. rozpoczął pracę w charakterze inżyniera w SEW Eurodrive, najpierw w Niemczech, a potem od 2004 roku w USA. Jest również kierownikiem produkcji bezstykowych systemów przenoszenia energii w SEW Movitrans.

Artykuł pod redakcją Marka Olesza

 

Okiem ekspertaTechnikę bezstykową sprawdzono w wielu systemach korzystających z różnych napięć wejściowych (zwykle: napięcie stałe 12 V÷400 V lub przemienne 6 V÷240 V) i wytwarzających różne napięcia wyjściowe, w szczególności stałe i przemienne w czasie. Po zamianie napięcia na przebieg wysoko częstotliwościowy (nawet do kilkuset kHz) i transformowaniu napięcia na stronę wtórną, ze względu na zastosowaną szczelinę powietrzną otrzymuje się przebiegi znacznie odbiegające od sinusoidalnych. Dlatego są one zazwyczaj prostowane, filtrowane i dopiero ze stałego przebiegu napięcia w czasie wytwarza się za pomocą falownika przebieg sinusoidalny o napięciu i częstotliwości znamionowej [2].

Technika bezkontaktowego przenoszenia energii umożliwiła zrealizowanie prototypów gniazd odbiorczych zasilanych indukcyjnie, które mogą być stosowane w warunkach dużej wilgotności bez obawy wystąpienia zagrożenia porażeniem elektrycznym wskutek niewielkich pojemności doziemnych zapewniających bardzo małe prądy upływnościowe do ziemi [3]. Rozwiązania te mogą być również stosowane wszędzie tam, gdzie ma miejsce zagrożenie wybuchem i pożarem dzięki eliminacji iskrzenia styków pomiędzy uzwojeniem pierwotnym i wtórnym transformatora.

Z podobnego powodu stosuje się specjalne bezkontaktowe ładowarki do ładowania akumulatorów samochodów o napędzie całkowicie elektrycznym. Natomiast doniesienia o bezawaryjności i braku czynności eksploatacyjnych są chyba przesadzone. Bezstykowe przeniesienie energii elektrycznej wymaga jednak skomplikowanych i kosztownych urządzeń przetwarzających energię elektryczną, które również mogą ulegać awariom. Dodatkowo w czasie procesu przekazywania energii występują straty wynikające z rozpraszania strumienia magnetycznego w szczelinie powietrznej. Być może wady te są w systemie bezstykowego przenoszenia energii rekompensowane przez podane w artykule zalety oraz wyeliminowanie problemów technicznych wynikających z naprężeń mechanicznych oddziaływujących na przewody dostarczające energię elektryczną w czasie ruchu elementów transportowych.

Praktycznie wykonany system gniazd sprzęganych indukcyjnie przez zamknięty rdzeń z kablem zasilanym napięciem stałym umożliwia zasilanie urządzeń stałoprądowych w dowolnym miejscu trasy kabla. Przy przenoszeniu mocy do 500 W uzyskano sprawność około 90% [3]. Podobne sprawności uzyskiwano w innych uruchomionych systemach pracujących na zasadzie sprzężenia poprzez specjalne cęgi prądowe [4] pod warunkiem utrzymania niewielkiej przerwy powietrznej i częstotliwości napięcia po stronie pierwotnej co najmniej 20 kHz. W przypadku typowych cewek poruszających się jedna nad drugą utrzymano dla przenoszonej mocy zaledwie 30 W efektywność 90% przy prędkości przemieszczania 1,1 m/s i obciążeniu impedancją odbiornika 50 W [1].

Dalszy rozwój systemów bezkontaktowego przenoszenia energii wymaga udoskonalenia układów przekształtnikowych i przede wszystkim optymalizacji układów cewek i rdzeni szczególnie podczas przekazywania energii do poruszającego się obiektu na znacznej powierzchni [5]. 

dr inż. Marek Olesz
Wydział Elektrotechniki i Automatyki Politechniki Gdańskiej

Literatura:
[1] Contactless Energy Transfer to a Moving Actuator, de Boeij, J.; Lomonova, E.; Duarte, J.; Vandenput, A.; The 2006 IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting, Conference Record of Volume 4, październik 2006, str. 2020?2025
[2] A contactless electrical energy transmission system, Pedder, D.A.G.; Brown, A.D.; Skinner, J.A.; Industrial Electronics, IEEE Transactions on Volume 46, Issue 1, luty 1999, str. 23?30
[3] Design of an Inductive Contactless Power System for Multiple Users Van der Pijl, F.F.A.; Ferreira, J.A.; Bauer, P.; Polinder, H.; The 2006 IEEE Industry Applications Conference Forty-First IAS Annual Meeting, Conference Record of Volume 4, październik 2006, str. 1876?1883
[4] A new contactless power delivery system Wu Ying; Yan Luguang; Xu Shangang; Electrical Machines and Systems, 2003. ICEMS 2003. Sixth International Conference on Volume 1, 9?11 listopada 2003, str. 253?256 vol.1
[5] Contactless power and information transmission Bieler, T.; Perrottet, M.; Nguyen, V.; Perriard, Y.; Industry Applications, IEEE Transactions on Volume 38, Issue 5, wrzesień?październik 2002, str. 1266?1272

Źródło: Utrzymanie Ruchu
O nas  ::  Regulamin  ::  Polityka prywatności (Cookies)  ::  Reklama  ::  Mapa stron  ::  FAQ  ::  Kontakt
Ciekawe linki: www.klimatyzacja.pl  |  www.strony.energoelektronika.pl  |  promienniki podczerwieni
Copyright © Energoelektronika.pl