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工業電氣化改寫電源架構 台達前瞻布局直流工廠
新電子編輯部
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隨著AI、機器人與自主移動設備逐漸進入工廠,工業設備不只需要更多電力,負載型態也變得更加複雜。台達電源及系統事業群副總經理林昆祈指出,工業電源的額定輸出功率本來就只是諸多規格之一,設備啟動、停止時往往伴隨劇烈的功率變化,因此瞬態功率輸出與供電穩定性,一直都是工業客戶選擇電源的重要考量。

如今AI逐漸成為工業自動化的一環,又為這項挑戰增加新的變數。除了馬達、致動器等傳統機電負載之外,GPU本身也是瞬態功率需求變化相當劇烈的負載。當AI運算開始整合進機器視覺、機器人與各類自動化設備,工業電源必須同時面對機電系統與運算系統造成的動態負載,對電源穩定性提出更嚴格要求。

台達電源及系統事業群副總經理林昆祈表示,工業電氣化的發展趨勢將因AI的出現跨入下一階段,並對工業電源的穩定度、安全性帶來更嚴格的要求。

AI與自動化改變負載型態

因應工業設備負載型態改變,台達近期推出DIN Pro與DIN Eco兩款新一代導軌型工業電源系列。其中DIN Pro單相產品輸出涵蓋120W至960W,並具備150% Power Boost(峰值功率輸出),可維持5秒鐘,因應馬達啟動等瞬間大功率需求;產品寬度最窄僅 3 公分,也反映控制櫃空間有限之下,提高功率密度的需求。

另一方面,機器人與AGV/AMR等設備不只負載變化大,電源安裝空間甚至可能比控制櫃更加受限,使設備商必須同時處理功率與空間兩個問題。

台達因此將旗下的平板型電源PMS系列,提高至2500W等級功率,並支援最多4台並聯與主動式均流。林昆祈表示,可並聯的平板型電源讓設備商依不同機型與負載需求調整電源配置,不必單純依靠放大單一電源,同時兼顧設計彈性與功率密度。

除了設備本身的供電需求,工業移動設備電氣化也正在創造新的充電市場。AGV/AMR需要電池與充電系統已相當普遍,但隨著電氣化範圍擴大,堆高車及其他大型廠內移動載具也逐漸改採電力驅動,使工業充電需求朝更高功率發展。

台達目前工業電池充電產品(Industrial Battery Charging)涵蓋MOOVbase接觸式以及MOOVair無線充電系統,其中MOOVair功率範圍已從1kW延伸至30kW,滿足小至AGV、大至堆高機和電動貨卡車的充電需求。

林昆祈指出,工業無線充電的價值並不只是省去人工插拔。由於沒有外露充電端子,設備更容易實現防水、防塵設計;在石化等不允許產生火花的特殊工業環境中,取消裸露電氣接點,也有助降低充電過程可能產生的風險。因此,相較消費電子著重便利性,環境耐受性與安全性反而是工業無線充電的重要價值。

從工業電氣化走向直流工廠

然而,工業電源更長期的變化,可能不只是單一產品的功率與效率提升,而是整座工廠配電架構的改變。

林昆祈表示,在電氣化持續發展之下,台達認為工廠電源架構長期將逐漸由交流朝直流發展。原因在於每經過一次交流轉直流(AC/DC)或直流轉交流(DC/AC)轉換,都會產生額外的能源損耗,而工廠能源來源本身也正在改變。

隨著企業增加太陽能等再生能源與儲能系統,工廠內部愈來愈多能源原本就是以直流形式產生或儲存;另一方面,大量電子設備、控制系統與運算設備最終使用的同樣是直流電。

若沿用傳統AC配電架構,電力可能必須先由DC轉換為AC進入工廠配電系統,到設備端再由AC轉回DC,不僅增加功率轉換設備,也帶來額外能源損耗。因此,再生能源與儲能占比愈高,採用DC配電、減少不必要功率轉換的效益也愈明顯。

目前「直流工廠」仍處於市場醞釀階段,並非成熟的大規模應用。林昆祈透露,歐美已有工業客戶開始進行相關驗證。對於擁有大量既有AC設備的工廠而言,全面轉換架構仍涉及設備、成本與標準等問題;但對新建工廠,或再生能源、儲能與DC負載占比較高的場域,導入直流架構的誘因將逐漸提高。

AI工廠為直流工廠生態系開路

另一項加速直流工廠發展的因素,則來自AI資料中心。

AI運算帶動機櫃功率密度快速提高,資料中心產業正積極發展高壓直流配電等新架構。雖然AI資料中心與一般製造工廠的負載型態及功率規模不同,但兩者都必須面對DC配電、功率轉換、保護機制、安全規範與設備互通等共同課題。

林昆祈認為,AI資料中心對直流架構的大規模投入,也讓一般工廠未來有機會利用相關技術與產業生態系,加速直流工廠發展。台達也已經提前展開產品布局。例如新一代DIN Pro除了傳統AC輸入,也支援400VDC輸入,應用範圍涵蓋綠能、儲能及冷卻液分配單元(CDU)等設備,為未來DC配電環境預作準備。

不過,從技術可行走向大規模普及,直流工廠仍有一段路要走。除了既有設備轉換成本之外,DC配電的電壓層級、連接介面、斷路與保護、安全規範及設備互通,都需要產業建立共識。

林昆祈表示,即使目前直流工廠仍處於醞釀階段,台達仍將提前投入,希望不只是因應未來市場需求,也能參與並引領直流工廠的技術趨勢與標準走向。從AI運算、機器人、AGV/AMR到再生能源與儲能,當工廠裡愈來愈多能源來源與負載走向直流,工業電源產業面對的課題,也將從提高單一電源效率,逐步擴大到重新設計整座工廠的能源最佳化。

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