Trendy w zakresie technologii

Drugi trend dotyczy rosnącego znaczenia automatyzacji produkcji transformatorów, przekładającego się na ogólny spadek kosztów wytwarzania oraz na silną presję cenową ze strony producentów dalekowschodnich.

Wytwórcy ci oferują transformatory sieciowe w niskich cenach i systematyczne przesuwają na korzyść tych elementów ekonomiczny próg opłacalności dla tego rozwiązania układu zasilającego. To drugie zjawisko ma przeciwny charakter do pierwszego i prowadzi do poszerzenia rynku transformatorów, patrząc od strony ekonomii. Na Dalekim Wschodzie i innych rejonach świata, gdzie koszty pracy są mniejsze, produkują transformatory sieciowe także znane markowe firmy.

Przykładem może być francuska Myrra ze swoimi fabrykami w Polsce i Chinach. W ten sposób ceny transformatorów utrzymywane są na tyle nisko, że stanowią alternatywę dla zasilaczy nowocześniejszych. To, który z opisanych trendów przesądza o rynkowych relacjach, zależy od wielu uwarunkowań zaczynających się od cen materiałów, walut i pracy, aż po te opisujące ogólny klimat panujący w gospodarce.

Mimo istnienia tych dwóch przeciwstawnych trendów, rynek transformatorów sieciowych rośnie. Wynika to w największym stopniu z samego wzrostu rynku elektroniki, gdyż każde urządzenie musi mieć jakieś źródło zasilania. Nawet gdy odejmie się od całości sprzedaży to, co zasilane jest z baterii i akumulatorów oraz z zasilaczy impulsowych, reszta okazuje się tworzyć nadal dość dużą i wystarczającą do rozwoju branży część obrotów.

Rozważania te potwierdzają wyniki redakcyjnej ankiety, w której pytaliśmy o to, jaki jest wpływ postępującej ekspansji systemów zasilania bazujących na impulsowym przetwarzaniu mocy na rynek transformatorów sieciowych (rys. 1). Z zebranych danych wynika, że ponad połowa specjalistów ocenia wpływ ten za umiarkowany, a tylko jedna czwarta za bardzo duży.

Dlaczego transformatory sieciowe, a nie impulsowe?

Sytuacja w tym obszarze technologii i rynku jest analogiczna jak w przypadku przekaźników elektromagnetycznych, które nieźle trzymają się od wielu lat, mimo że mają poważną konkurencję po stronie wersji półprzewodnikowych. Za trwałość ich pozycji odpowiedzialna jest optymalna kombinacja ceny w stosunku do jakości i parametrów użytkowych, która od lat kieruje decyzjami zakupowymi klientów.

W przypadku transformatorów sieciowych w wielu aplikacjach, gdzie są one stosowane, nie istnieje problem braku miejsca i konieczności zachowania lekkiej wagi urządzenia, co jest główną przeszkodą w użyciu wersji tradycyjnych.

Urządzenia stacjonarne zasilające infrastrukturę automatyki, urządzenia przemysłowe, instalacje budynkowe, systemy alarmowe i układy sterowania to kilka przykładów aplikacji, gdzie przez cały czas dominują rozwiązania tradycyjne. Atutem tradycyjnych zasilaczy bazujących na transformatorze sieciowym jest niewątpliwie niska cena. Elementy potrzebne do budowy są popularne i szeroko dostępne na rynku u wielu dostawców, a sam rynek transformatorów sieciowych jest silnie konkurencyjny.

Konstrukcja ta jest z pewnością również niezawodna, nieprzynosząca dodatkowych kłopotów z kompatybilnością elektromagnetyczną, odporna na przeciążenia, zwarcia, przepięcia w sieci i inne stany nieustalone. Ponieważ wielu producentów transformatorów sieciowych ma w ofercie wersje hermetyczne, również spełnienie większych wymagań środowiskowych nie jest wielkim kłopotem dla konstruktora.

Wytwórcy transformatorów przykładają wiele uwagi do zachowania ich wysokiej jakości, gdyż są świadomi, że zaprzepaszczenie jednego z najważniejszych atutów tej konstrukcji byłoby zabójcze dla rynku. Tym czynnikiem przewagi jest bezproblemowość eksploatacji w długim czasie, prostota projektowania i użycia, niewymagająca specjalistycznej wiedzy i umiejętności.

Z wymienionych powodów zasilacze oparte na transformatorze sieciowym małej mocy będą nadal obecne w elektronice, przede wszystkim w przypadku wielu aplikacji stacjonarnych, takich, które stale pobierają prąd. W takich i podobnych zastosowaniach nadal mogą być uważane za najlepszy wybór.

Zagrożenie ze strony zasilaczy impulsowych

Miniaturowy sprzęt przenośny, urządzenia zasilane z sieci i jednocześnie baterii i akumulatorów są najlepszym przykładem zastosowań, w których transformator sieciowy jest zbyt dużym ograniczeniem gabarytowym. W systemach komputerowych, układach cyfrowych zasilanych niskim napięciem i pobierającym prąd o dużej wartości, rozbudowanych systemach elektronicznych zasilanych wieloma napięciami, systemach telekomunikacyjnych i wielu innych podobnych zastosowaniach charakteryzujących się dużym wahaniem chwilowo pobieranej mocy, w przypadku zasilacza opartego na transformatorze sieciowym nie udaje się zbudować zasilacza o wysokiej sprawności i w takich zastosowaniach dominują układy impulsowe.

Transformatory sieciowe wymagają podania napięcia przemiennego sieci o określonej wartości napięcia i częstotliwości, a współpraca z siecią o innych parametrach wymaga przełączania uzwojeń. Mimo że ten ostatni czynnik wydaje się pozornie wadą najmniej istotną, w praktyce jest on odpowiedzialny za to, że zasilacze tego typu zniknęły z elektroniki powszechnego użytku. W warunkach, jakich działają producenci światowi telewizorów, laptopów i telefonów komórkowych, bezproblemowe działanie w każdym kraju, bez konieczności korzystania z przełączników 110/220V okazało się akurat bardzo ważne.

Ostatnim czynnikiem wartym wymienienia jest to, że wydajność energetyczna zasilaczy z transformatorem sieciowym jest często o wiele za duża w stosunku do potrzeb nowoczesnej elektroniki i ich moc znamionowa nie da się łatwo skalować w dół. O ile przy wzroście zapotrzebowania na energię nie ma problemu i można kupić w zasadzie każdy transformator, jakiego się tylko potrzebuje, o tyle poniżej magicznej granicy 2 watów wybór transformatora staje się problematyczny.

Producenci oferują transformatory sieciowe o mocy nawet 0,5W, ale ich użycie jest już kłopotliwe. Przeszkadza duża rezystancja wewnętrzna dodatkowo pogarszająca nie najlepszą sprawność i powodująca niepotrzebne nagrzewanie. Wymiary takich elementów też są zbyt wielkie, niż wynikałoby to z mocy, a uzyskanie kilku napięć wyjściowych jest już prawdziwym wyzwaniem konstrukcyjnym.

Zielona elektronika kolejnym problemem

Szybko rosnące ceny energii elektrycznej powodują, że coraz większe znaczenie w projektowaniu układów zasilających mają zagadnienia związane z minimalizacją poboru mocy i zieloną elektroniką. Wymagania dotyczące sprawności układów zasilających, wielkości pobieranej mocy w stanie gotowości rosną, gdyż liczba urządzeń elektronicznych dołączonych do sieci jest ogromna i stale rośnie. Nawet niewielki jednostkowy pobór mocy przekłada się w skali globalnej na tyle duże liczby, że próbuje się temu przeciwdziałać.

Ponieważ same działania marketingowe coraz częściej nie są wystarczającym stymulatorem i pobór mocy standby sięga już 10% zużycia, nakładane są ograniczenia prawne. Dla wielu urządzeń elektronicznych jest on obecnie limitowany do 1–2W, od roku 2013 limit ten ma być zmniejszony dwukrotnie.

Dla rynku transformatorów sieciowych zmiany te mają charakter negatywny, gdyż podzespoły te nie dają wielu możliwości poprawy sprawności ani też nie pozwalają na redukcję mocy pobieranej przy pracy jałowej. Producenci transformatorów modernizują produkty i korzystając z lepszych materiałów magnetycznych, starają się minimalizować straty związane z przemagnesowywaniem rdzenia, niemniej ich pole manewru nie jest szerokie.

Praca zasilacza bez obciążenia w praktyce polega na pozostawieniu dołączonego do sieci i nieobciążonego transformatora, co w urządzeniach średniej i dużej mocy powoduje niepotrzebne zużycie mocy z sieci. Z kolei skuteczne zablokowanie działania zasilacza bazującego na transformatorze sieciowym nie zawsze jest wykonalne i z pewności nie jest proste, dlatego wydaje się, że opisane cele związane z redukcją mocy łatwiej jest spełnić, wykorzystując zasilacze impulsowe.

Ponieważ energia elektryczna dla przemysłu i działalności gospodarczej w ostatnich miesiącach szybko drożeje, wymienione zagadnienia mogą coraz częściej wpływać w kolejnych latach na rynek.

Chiny i okolice

Podobnie jak w przypadku wielu innych grup produktów, tak samo w transformatorach rynek jest pod bardzo dużą presją konkurencyjną ze strony producentów dalekowschodnich (rys. 2).

Największa presja jest oczywiście w zakresie standardowych transformatorów sieciowych małej mocy, gdyż w tym przypadku koszty transportu są najmniejsze, a stopień automatyzacji produkcji największy.

Zagrożenie z Dalekiego Wschodu nie jest dla krajowych producentów i dostawców niczym nowym i ponieważ w krajobrazie firm nie ma wielkich zmian od lat, oznacza to, że firmy krajowe nauczyły się w takich warunkach funkcjonować, a ich produkty są wybieranie przez klientów, mimo że nie zawsze są najtańsze.

Podczas lektury ankiet widać, że utrzymanie status quo na rynku wymaga od wytwórców krajowych wiele wysiłku i nieustannej kontroli ofert konkurencyjnych dostawców, co na pewno nie jest łatwe. Co ciekawe, część firm uważa konkurencję z Dalekiego Wschodu za nieuczciwą i chce stworzenia barier celnych chroniących rynek przed takim tanim importem.

Klienci oczekują dzisiaj od transformatorów sieciowych niezawodnego działania, wysokiej odporności na narażenia środowiskowe, przeciążenia, podwyższoną temperaturę i stany nieustalone. Większość krajowych producentów postawiło na wysoką jakość, zapewniając wysokie parametry użytkowe w wymienionych zastosowaniach po to, aby trafić z produkcją do wymagających aplikacji np. przemysłowych i jednocześnie odsunąć od siebie problemy z tanimi wyrobami chińskimi, które często nie wyróżniają się niczym poza ceną.

Zapewnienie dobrej jakości odbywa się głównie za pomocą materiałów wysokiej jakości, niemniej jest to też wynik poprawnego projektu uwzględniającego nadmiarowość. Podobnie jak w innych produktach technicznych oszczędności i cięcia kosztów oznaczają ograniczenie tolerancji i pracę elementów na granicy możliwości, co musi przekładać się na zwiększenie podatności na awarie.

Czytaj dalej: Elementy do zastosowań impulsowych