Polscy producenci i dystrybutorzy przekaźników elektromagnetycznych

Po trzech latach przerwy powracamy w ramach raportu rynkowego do wymienionej tematyki, starając się uchwycić istotne dla zjawiska związane z rynkiem i technologią, z szerszej perspektywy kraju, który jest już od dawna w Unii Europejskiej i ma za sobą niepokój związany z RoHS.

Trendy i zjawiska od strony technologii

Rys. 1. Wyniki redakcyjnej ankiety, w której pytaliśmy o pozycję rynkową przekaźników półprzewodnikowych w stosunku do elektromechanicznych.

W ostatnich latach producenci przekaźników elektromagnetycznych mocno zainwestowali w automatyzację produkcji i dzięki temu udało im się ograniczyć wpływ rosnących kosztów pracy. Eliminacja pracy ręcznej okazała się szansą do utrzymania się na rynku przy obecności i agresywnej ekspansji producentów dalekowschodnich, gdyż w ten sposób wyrównały się warunki konkurencji.

Wspierając się automatyką europejscy producenci przekaźników są w stanie produkować w lokalnych fabrykach najbardziej wersje najbardziej złożone, a w zakładach na Dalekim Wschodzie tanie przekaźniki standardowe, osiągając w ten sposób możliwość konkurowania ceną z tanimi dostawcami dalekowschodnimi i jakością w przypadku przekaźników przemysłowych.

Z czasem coraz więcej elementów produkowanych jest w Chinach, coraz mniej w Europie. Jest to wynik poszerzenia się bazy produkcyjnej w tamtym rejonie, jak również wynik poszukiwania dalszych oszczędności po stronie kosztów produkcji przez czołowych producentów. Stale zmniejsza się też różnica w cenie między przekaźnikami tanimi i produkowanymi przez renomowanych producentów.

Drobne zmiany w technologii dokonują się przez cały czas. Nie są to wprawdzie wydarzenia, które można nazwać przełomowymi, ale niemniej przez cały czas są one w stanie zapewnić drugą młodość tej zasłużonej dla techniki konstrukcji. Podobnie jak inne podzespoły elektroniczne przekaźniki elektromechaniczne podlegają tym samym zmianom jakościowym, a więc miniaturyzacji, wzrostowi wydajności, niemniej z oczywistych względów tempo i zakres ma charakter powolnej ewolucji.

Przykładem może być wyeliminowanie lutowania, które zastąpiono zgrzewaniem, co dotyczy na przykład montażu cewki indukcyjnej. Pozwoliło to nie tylko zwiększyć niezawodność w wyższych temperaturach pracy, a przy okazji rozwiązało problemy ze zgodnością z RoHS.

Najbardziej widoczna jest postępująca miniaturyzacja, która powoduje, że przy ustalonych wymiarach przekaźniki są w stanie przenieść coraz większą moc. Wynika to z modyfikacji w zakresie konstrukcji mechanicznej, lepszych materiałów, które są w stanie pracować w większych temperaturach, jak też coraz doskonalszej konstrukcji styków, w których zwiększona do maksimum została powierzchnia kontaktu.

Rys. 2. Wzrost obrotów firm ze sprzedaży przekaźników elektromagnetycznych zanotowany w ostatnim roku ponad jedna trzecia firm zanotowała wzrost z przedziału 11-25%.

Przekaźniki elektromagnetyczne, nawet w wersjach przenoszących dużą moc, wykonuje się obecnie w wersjach do montażu powierzchniowego. Powoli następuje w ten sposób rozdźwięk między wersjami dla elektroniki oraz zastosowaniami OEM, a wersjami dla automatyki i przemysłu. Te pierwsze miniaturyzuje się i przystosowuje do montażu automatycznego, te drugie montowane są w podstawkach oraz wyposażane w elementy sygnalizacyjno-kontrolne. Daje to możliwość szybkiej wymiany uszkodzonych elementów przez serwis, jak również pozwala na wygodną detekcję niesprawności.

Automatyka i przemysł to zastosowania, w których obecnie coraz częściej używa się wersji wyposażonych w sterujący układ elektroniczny. Coraz więcej producentów ma w swoich ofertach przekaźniki czasowe oraz wersje zapewniające programowalność.

Sprawdzają się one w wielu prostych zastosowaniach, tam gdzie nie ma potrzeby używania sterowników PLC, uwalniając od konieczności konstruowania za każdym razem elementarnych układów kontrolnych po to, aby np. sterować silnikiem pompy, czy też załączać wieczorem oświetlenie na hali. Takie najprostsze funkcje automatyki zostały wbudowane do wnętrza przekaźników i wszystko wskazuje, że spotkało się to z aprobatą klientów.

Automatyka i przemysł tworzą też spore zapotrzebowanie na przekaźniki w obudowie przystosowanej do montażu na szynie. Popularność tej obudowy wynika z istnienia wygodnego standardu mechanicznego zapewniającego modułowość i skalowalność rozwiązań, dostępności na rynku całego szeregu osprzętu instalacyjnego oraz istniejącej kompatybilności pomiędzy producentami. Z wymienionych powodów popularność rozwiązań „szynowych” stale wzrasta.

Dlaczego nie rezygnujemy z przekaźników elektromagnetycznych?

Rys. 3. Udział przekaźników w obrotach firm dystrybucyjnych. Dla blisko dwóch trzecich firm obroty ze sprzedaży przekaźników nie przekraczają 10%.

Duża odporność na chwilowe przeciążenia, przepięcia i stany nieustalone, możliwość komutacji sygnałów dużej mocy, zarówno przy wysokim napięciu, jaki i dużym natężeniu prądu przez cały czas są czynnikami, które przez cały czas decydują o rynkowym powodzeniu tradycyjnych wersji. Ważną cechą jest niski opór w stanie załączenia, czego nie da się uzyskać w przekaźnikach półprzewodnikowych na wysokie napięcia znamionowe, i pomijalnie mały upływ w stanie rozwarcia styków.

Dla typowych zastosowań w zakresie średniej mocy i napięć zbliżonych do wartości występujących w sieci energetycznej, przekaźnik elektromagnetyczny jest znacznie tańszy od wersji półprzewodnikowej. W zależności od producenta oraz parametrów, stosunek cen może wynosić od 4 do 10 razy więcej za wersję półprzewodnikową. Cena nowoczesności jest, zatem spora i dlatego w dzisiejszych czasach dla tego wydatku musi być jakieś uzasadnienie.

Niemniej tak jak kropla drąży skałę, tak samo przekaźniki półprzewodnikowe powoli umacniają swoją pozycję na rynku. Ich potencjał i przewaga opiera się na możliwości dowolnie częstego załączania, niskiej mocy sterującej oraz wbudowanym układom ochronnym i funkcjom takim jak załączanie w zerze sieci energetycznej. Widać to po tym, że coraz więcej producentów przekaźników elektromagnetycznych rozszerza ofertę o wersje półprzewodnikowe.

Przekaźniki półprzewodnikowe nieprędko jednak zagrożą pozycji wypracowanej przez elementy tradycyjne. Potwierdzają to wyniki przeprowadzonej przez redakcję ankiety (rys. 1). Zgodnie z jej wynikami tylko 15% sprzedawców przekaźników jest zdania, że elementy półprzewodnikowe zastępują przekaźniki elektromechaniczne, a aż 80% jest zdania, że elementy te tworzą rozłączne rynki niewpływające na siebie.

Na bardzo wolne tempo zmian na rynku ma wpływ również to, że starsze wersje przekaźników półprzewodnikowych były dość awaryjne i wielu klientów, którzy zaufali obiecującej nowej technologii zawiodło się na nich. Odbudowanie zaufania z pewnością trochę potrwa, dlatego nie należy uzbroić się w cierpliwość.

Moc zasilania przekaźnika

Rys. 4. Najpopularniejsze marki przekaźników na rynku. Najczęściej wymienianą firmą był Relpol.

Powolną i ewolucyjną zmianą technologiczną w przekaźnikach jest także stopniowe obniżanie poboru mocy przez cewkę elektromagnesu. Pobór mocy przez współczesne układy elektroniczne jest dzisiaj tak mały, że w wielu urządzeniach, łącznie z tymi opartymi na mikrokontrolerach, które wykorzystują przekaźniki elektromagnetyczne jako element wykonawczy, moc pobierana przez przekaźnik wielokrotnie przekracza tę zużywaną przez elektronikę.

Przykładem może być programator czasowy sterujący ogrzewaniem domu, bazujący na mikroprocesorze i wyświetlaczu LCD. Taki układ przy zasilaniu 3V pobiera od kilku do kilkunastu mikroamperów. Dołączenie przekaźnika pobierającego 100mA, jakie pobiera typowy przekaźnik w wersji na 3V nie pozwala na zasilanie z baterii. Trudno oczekiwać, że bezprzewodowy czujnik ZigBee pobierający kilkanaście mikrowatów i sterujący grzejnikiem będzie wykorzystywał przekaźnik, bo przeczy to idei tego standardu zakładającego minimalne potrzeby energetyczne.

Producenci przekaźników przez cały czas starają się ograniczyć ich potrzeby energetyczne, co uzyskuje się głównie za pomocą dopracowanej konstrukcji mechanicznej zapewniającej niskie opory i bazującej na dźwigni. Wprawdzie moc, jaką pobiera elektromagnes maleje, niemniej z uwagi na ograniczenia natury fizycznej nigdy nie da się jej obniżyć do poziomu pojedynczych miliwatów.

Mniejszą moc sterującą zapewniają przekaźniki półprzewodnikowe oparte o tranzystory MOSFET, niemniej z reguły wymagają one większego napięcia sterującego, co też jest kłopotliwe. Rozwiązaniem wielu takich problemów może okazać się wykorzystanie w aplikacji przekaźnika elektromagnetycznego w wersji bistabilnej, który w elektronice nie jest tak popularny jak wersja monostabilna, ale w dobie drożejącej energii już najwyższy czas, aby się to zmieniło (patrz ramka).