Беспроводная передача энергии уже стала обычным явлением. У многих из нас дома есть зарядные устройства для беспроводных телефонов, и утром мы кладем зубную щетку в зарядную станцию ​​вместо традиционной чашки.

Эта тенденция распространяется и на промышленную автоматизацию, и не зря. Каждый, кто имел дело с обслуживанием машин, прекрасно знает, к каким проблемам может привести, например, обрыв кабеля. Иногда на поиск причины сбоя теряется много драгоценного времени.

Одной из типичных проблем, возникающих при использовании традиционных проводных источников питания, безусловно, является проблема частой смены инструментов промышленными роботами.

В ситуации, когда инструменты меняются очень часто, повреждение контактов, розеток и вилок неизбежно — продолжительное использование приводит к их износу. Кривые штыри вилок пересекают мечты о бесперебойной работе устройств и вызывают простои, которые, как мы прекрасно знаем, стоят денег.

Бесконтактные системы передачи энергии здесь могут стать хорошей альтернативой традиционным источникам питания.

Компания Weidmuller разработала систему FreeCon Contactless, которая прекрасно вписывается в постоянно растущие потребности для передачи энергии в пространстве благодаря множеству ее неоспоримых преимуществ, таких как универсальность, эффективность, не требующая обслуживания … Но сначала давайте обсудим, как это работает!

Как работает беспроводная зарядка?

Проще говоря, конструкция бесконтактной системы FreeCon, как и любого индуктивного зарядного устройства , которое вы уже видели, основана на обычном трансформаторе, который вы наверняка хорошо помните по урокам в школе.

Напомню: трансформатор состоит из первичной и вторичной обмоток, намотанных на один общий сердечник. Протекание тока в первичной обмотке создает переменное магнитное поле, и в результате энергия генерируемого магнитного поля появляется во вторичной обмотке за счет индукции (смотрите — Устройство трансформатора ).

Бесконтактную систему FreeCon можно представить как преобразователь, разделенный на две отдельные части. Он создан таким образом, что можно использовать две отдельные обмотки, которые физически не соединены друг с другом. Бесконтактная передача энергии возможна при нахождении обмоток на необходимом расстоянии друг от друга — несколько миллиметров.

Энергия передается через воздушный зазор благодаря явлению магнитной индукции , а ток, протекающий во второй обмотке, преобразуется в постоянный ток, а затем направляется в аккумулятор. Наилучшие характеристики такой системы достигаются, когда катушки расположены очень близко друг к другу.

Это связано с тем, что индуктивная связь, тесно связанная с напряженностью магнитного поля, уменьшается с расстоянием.

Перспективы развития этого решения очень многообещающие, и в будущем обязательно появятся системы, которые позволят передавать электроэнергию на гораздо большие расстояния и двустороннюю связь для управляющих сигналов!

Где найти применение бесконтактному источнику питания?

Промышленные роботы со сменными инструментами

Хорошо, а теперь вернемся к теме роботов со сменными инструментами. Не знаю, знаете ли вы, но они могут менять инструмент даже по несколько сотен раз в день! Технологические процессы, выполняемые роботами из года в год, усложняются, что заставляет по-новому подходить ко многим вопросам, связанным с обеспечением их безотказной работы.

Системы бесконтактной передачи энергии позволяют полностью исключить проблему механического износа разъемных соединений. Это экономит как время и деньги в контексте технического обслуживания и замены поврежденных элементов, из уменьшенного числа отказов машин.

Поворотные столы

Поворотные столы часто используют контактные кольца для передачи сигналов управления и мощности от неподвижной платформы к вращающейся платформе и наоборот.

Контактные кольца используются в поворотных столах, радиально-сверлильных станках и промышленных роботах, где наиболее важной задачей является обеспечение точности при повторении движений даже … миллионы раз! Однако контактные кольца — очень сложное решение, которое, однако, влечет за собой высокие затраты на техническое обслуживание.

Таким образом, и в этом случае бесконтактная система FreeCon зарекомендует себя, поскольку она безопасно передает электроэнергию даже в случае вращательных движений.

Транспортные приложения

Самоходные тележки на многих складах уже являются очень распространенным транспортным решением, и в логистике с их участием нет ничего нового. Промышленные предприятия, стремясь идти в ногу с тенденциями, внедряют все новые и новые решения, чтобы повысить безотказность работы, обеспечить максимально возможную необслуживаемость и эффективность работы.

Самоходные тележки уже выполняют свои задачи самостоятельно, без ручной помощи оператора. Единственное, что здесь нужно сделать оператору, — это подключить источник питания для подзарядки аккумулятора тележки.

Используя бесконтактную передачу энергии, даже этот шаг можно пропустить, а работу приводных систем можно полностью автоматизировать. Когда аккумулятор разряжен, или заканчивается смена, или приближается время простоя, тележка автоматически перемещается к зарядной станции, где аккумулятор автоматически перезаряжается.

Преимущества

Давайте посмотрим на преимущества бесконтактной системы FreeCon …

Высокая удельная мощность и максимальная эффективность

Во-первых, бесконтактная система FreeCon является первой в мире системой, которая надежно передает мощность до 240 Вт (10 А, 24 В постоянного тока) с использованием модулей таких малогабаритных размеров. Из-за того, что потери мощности действительно незначительны, он делает это с КПД ≥ 90%!

Износостойкое электрическое соединение

Во-вторых, он обеспечивает прямое управление с ПЛК , что устраняет необходимость в дополнительном контакторе. Благодаря этому мы можем включать ток до 10 А прямо с ПЛК!

Надежность

Благодаря исключению контактов, вилок и розеток эта система сводит к минимуму потребность в техническом обслуживании. Это значительно увеличивает эксплуатационную готовность машины, то есть гарантирует более короткие простои и, как следствие, значительно снижает эксплуатационные расходы машины.

Компактность и гибкость в установке

FreeCon Contactless — чрезвычайно компактное устройство, поскольку его размеры всего 10 x 10 см, а высота — 4,7 см. Система может быть установлена ​​напрямую, с помощью монтажного кронштейна или на профиль — все в трех возможных конфигурациях, благодаря которым установщик имеет большую свободу во время сборки.

Высокая степень защиты

Кроме того, корпус системы имеет высокую степень защиты IP65, тогда как обычные розеточно-штекерные соединения обычно имеют степень защиты только IP20. Благодаря этому это устройство может работать в условиях повышенной влажности и не боится грязи и загрязнений, шумящих по производственному цеху.

Как это работает?

Оказывается, FreeCon впечатляет не только в теории, но и отлично работает на практике. Устройства FreeCon работают парами, и существует различие между базовым устройством и удаленным устройством. Практически достаточно подключить к устройству два провода: 24VDC и 0VDC. При приближении удаленного устройства на его выходе сразу отображается напряжение 24 В постоянного тока!

Здесь стоит отметить, что КПД такой передачи энергии составляет максимум 93%. Что происходит с оставшейся энергией? Он выделяется в виде тепла, поэтому устройства могут нагреваться до значительных температур, вплоть до 70 ° C. Они могут без проблем работать при такой температуре, но в целях безопасности они должны быть закрыты, чтобы никто их случайно не коснулся и не обгорел.

Разъем является пятиконтактным и, помимо питания и заземления, он может обеспечивать связь с контроллером. На устройство FreeCon вы можете отправить сигнал для включения и выключения работы беспроводного источника питания и получить сигнал подтверждения.

Лучшее представление о работе FreeCon даст вам видео, демонстрирующее сотрудничество между Weidmuller и Bosch Rexrotch в создании «умного» пола. Звучит интригующе?

Будем думать наперед!

Сегодня мы знаем, что будущее, несомненно, принадлежит системам бесконтактной передачи энергии — тенденция перехода от проводных решений к беспроводным решениям постоянно растет. Скоро они найдут себе место среди наших гаражей, где будут заряжать аккумуляторы электромобилей .

Следующим шагом в будущее для автомобилей является отказ от проводов в пользу внутренней связи в сети 5G, поэтому Weidmuller использует свои знания и опыт для разработки стандарта 5G для приложений реального времени.

Что изменится на промышленных предприятиях? Тенденция перехода от проводных к беспроводным решениям постоянно растет. Станции беспроводной зарядки аккумуляторов для транспортных средств наверняка станут очень популярными.