直流電在生產領域優點眾多 丁戈爾芬工廠的測試系統展示了直流技術在汽車生產領域的成功應用。

BMW 利用直流系統,藉由焊接機器人和傳送帶進行生產
BWM 德國丁戈爾芬工廠使用機器人和車身製造汽車

挑戰 利用直流電網實現生產領域的能源轉型

各行各業對永續發展、碳中和以及節約資源的需求日益增長,同時也越來越關注生產領域的能源轉型。特別是在汽車行業,許多生產步驟都需要大量能源。

直流技術提供了一種有效利用再生能源並盡可能節約能源和材料資源的途徑。

BMW 的汽車生產線

在工業領域,許多負載的運作都要依靠直流電壓中間電路上的變頻器。對於所有這些負載,直流電網中不存在有損的交流/直流轉換。此外,光伏和儲能系統等再生能源可更加有效地併入直流電網。透過能量回收從剎車能量中回收能量,是直流電網為工業生產帶來的另一大優勢。
因此,BMW 集團很早就萌生了建立直流電網的想法。
儘管直流電源方案並非開創性理念,但在生產環境中實施工業直流電網時,仍有一些技術障礙和特殊之處需要克服。

得益於多年的合作經歷,菲尼克斯電氣能夠為 BMW 專案團隊提供規劃和設計工作所需的各種產品和解決方案。

Manfred Klotz, 汽車行業大客戶經理
由直流電驅動的汽車生產機器人

解決方案 直流電網在汽車行業中的應用前景

2016 年,BMW 丁戈爾芬工廠啟動了在生產單元中使用直流電的研究。與 BMW 集團一樣,菲尼克斯電氣也是開放式直流聯盟 (ODCA) 的成員,並且已在直流電技術領域深耕多年。憑藉現有的解決方案組合,菲尼克斯電氣能夠快速協助客戶建立直流電網。

BMW 德國丁戈爾芬工廠直流測試系統中的直流電源模組

高性能 19 英吋模組

為了在生產環境中建立直流基礎設施,首先必須將公共交流電網轉換為直流電網。藉由菲尼克斯電氣的高效能機架安裝式電源,一切迎刃而解。
這些模組可以相互連接,總輸出功率可達 1.5 MW,確保了高度的靈活性。然而,這些模組的應用範圍遠不止於此。這些裝置採用 19 英寸規格,可將光伏發電系統、照明系統或直流充電基礎設施等各種直流子電網連接至上級直流匯流排。輸出電壓範圍寬,為 30 至 1000 V DC,因此還可對整個直流電網進行緩慢升壓。模組的效能參數可透過菲尼克斯電氣 PLCnext 平台輕鬆設定。這樣一來,就能使各個直流設備今後以電網友好的方式相互耦合。

直流電網安裝環境中的電源和接線

直流電網電源

如果直流電網中需要 24 V DC 輔助電源電壓,可使用 QUINT POWER 系列的 DIN 導軌電源。其直流輸入範圍很廣,可從 450 V DC 達到 900 V DC, 可為單個負載提供 240 至 960 W 功率等級的供電。在現有的直流基礎設施上為直流設備實施保護、開關和預充電,是行業面臨的幾大技術挑戰。針對這些挑戰,菲尼克斯電氣當下便已開發出了解決方案。

控制櫃中的 CONTACTRON ELR HDC 直流斷路器

多功能直流斷路器

在現有的直流基礎設施上對直流設備實施保護、開關和預充電,是行業面臨的幾大技術挑戰。針對這些挑戰,菲尼克斯電氣當下便已開發出了解決方案。CONTACTRON ELR HDC 直流斷路器,就是這些應用的理想之選。它具備預充電功能,尤其是可將電容負載提升到一個公共電壓,從而防止在開關過程中出現尖峰電流和電壓。此外,該裝置還能在運作過程中監控電壓和電流,並在過電流時具有三級關閉功能,甚至在短路時迅速實施關閉。操作人員可透過 USB 介面便捷地設定主要參數。另外,該斷路器還可透過 IO-Link 介面提供聯網功能。

汽車生產領域測試系統中的 ArcZero 連接器

安全的直流連接器

直流電與交流電的決定性區別在於負載斷開過程中的電弧。在交流應用中,電流和電壓會產生振盪。這意味著,每秒會發生 100 次極性反轉的零交叉。在直流應用中,則不會出現這種情況,因此可能出現的電弧不會自動熄滅。在這種供電網路形式中,接點和外殼的損壞率更高,操作人員面臨的風險也更大。ArcZero 系列是同類連接器中唯一能夠主動熄滅直流電弧的連接器。它採用主動、智慧電子控制,插接次數多。這種獨特的技術方法實現了在直流電網中頻繁、安全地帶負載插拔,而不會產生電弧。

菲尼克斯電氣解決方案在 BMW 丁戈爾芬工廠也發揮著重要作用。藉此,我們率先實現了直流電網技術的突破。

直流電網在生產領域的應用優勢 直流電在生產領域有哪些優勢

  • 與交流系統相比,能源效率顯著提高

  • 利用機器人測試單元內的能量回收降低能耗

  • 線纜橫截面更小、數量更少,節省原材料

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