Aproveche la robótica de 48 V:aumente la eficiencia y la potencia en la automatización industrial

La demanda de eficiencia y rentabilidad en los sistemas eléctricos está impulsando la adopción de sistemas de 48 V en todas las industrias. Estos sistemas de mayor voltaje ofrecen una alternativa más óptima a las arquitecturas convencionales de 12 o 24 V, particularmente donde la entrega de alta potencia es esencial. La automatización industrial y las telecomunicaciones aprovechan los 48 V para alimentar motores, actuadores y otros equipos de alta potencia.

Las ventajas de utilizar sistemas de 48 V incluyen:

• Conducir cargas más grandes: a diferencia de los sistemas de 12 V, que tienen dificultades para cumplir con los requisitos de energía modernos

• Corrientes más bajas: Un voltaje más alto reduce cuatro veces los requisitos de corriente

• Pérdida de energía reducida: corrientes más bajas significan menos pérdida de energía, menos calor para disipar y mayor eficiencia; operando a un voltaje más alto

• Mayor densidad de potencia: Las soluciones integradas de 48 V permiten una mayor densidad de potencia en el espacio, lo que se traduce en una mayor autonomía y una menor pérdida de energía en sistemas de energía limpia

• Cableado más ligero: Los cables más delgados reducen los costos y reducen el peso y el espacio.

Historia de los sistemas de distribución de energía

El sistema de distribución de energía de 6 V se convirtió en un estándar práctico para el encendido y la iluminación en los primeros automóviles, influenciado en gran medida por el uso generalizado de baterías en ese momento. Su simplicidad y facilidad de uso lo convirtieron en una opción popular. Aunque inicialmente se probaron sistemas de 24 V (por ejemplo, en el Cadillac de 1912 con su arranque eléctrico), el sistema de 6 V rápidamente ganó dominio en la mayoría de las funciones eléctricas del automóvil.

A medida que avanzaba la tecnología automotriz, comenzó a crecer la demanda de accesorios eléctricos como radios, calentadores y, más tarde, ventanas eléctricas. Esto ejerció una mayor presión sobre el sistema eléctrico, destacando las limitaciones de la configuración de 6V. Un sistema de 12 V ofrecía una ventaja clave:para la misma potencia de salida, solo requería la mitad de corriente, lo que reducía el riesgo de sobrecalentamiento y permitía el uso de cableado más liviano y manejable.

El desarrollo de alternadores y baterías de plomo-ácido confiables de 12 V apoyó aún más la transición. Dado que estos componentes se volvieron más fáciles de producir y más rentables a lo largo de los años, el sistema de 12 V se convirtió en el nuevo estándar. Esto llevó al diseño y la adopción generalizada de piezas eléctricas compatibles, incluidas luces y motores que funcionaban de manera más eficiente con un voltaje más alto.

Luchas de los sistemas tradicionales

Controlador de puerta BLDC trifásico AMT49100. (Imagen:Allegro)

Las demandas de energía modernas no pueden satisfacerse con los sistemas tradicionales de 12 V, actualmente el pilar del suministro de energía. Las limitaciones de los sistemas de 12 V quedan claras al considerar factores como la pérdida de energía y el grosor del cable.

A medida que aumentan las demandas de energía, también lo hacen las corrientes dentro de un sistema de 12 V de forma lineal (P =V * I). Esto da como resultado mayores pérdidas de energía a lo largo de cualquier cableado desde la fuente de suministro hasta la carga (Ploss =I2 * R).

Estas pérdidas de energía se manifiestan como calor no deseado y reducción de la eficiencia del sistema. Además, gestionar corrientes más altas requiere cables más gruesos y pesados, lo que añade peso y coste a los diseños de sistemas.

Equipos de automatización industrial

Estos sistemas de 48 V se utilizan cada vez más en la automatización y la robótica industrial y ofrecen mayor potencia y mayor seguridad que los sistemas de menor voltaje. Esto incluye componentes como motores, sensores y controladores de puerta que están diseñados para manejar las demandas de mayor voltaje y potencia de las aplicaciones industriales.

Las corrientes más bajas presentes en estos sistemas reducen la generación de calor y los posibles riesgos de incendio. En comparación con los sistemas de mayor voltaje, los sistemas de 48 V requieren menos aislamiento, lo que puede ser un factor en los diseños compactos. Como caen por debajo del límite de seguridad de 60 V, a menudo se los considera SELV (voltaje extra bajo de seguridad), lo que significa que están diseñados para ser seguros para el contacto directo con equipos sin blindaje.

Estos sistemas ofrecen mayor eficiencia y precisión al reducir la pérdida de energía, lo que permite un control más rápido y permite equipos más pequeños y livianos, mayor destreza y mejor gestión térmica.

Soluciones de 48V con Alta Eficiencia

Sensor de corriente de baja resistencia ACS37220. (Imagen:Allegro)

Allegro ofrece una amplia gama de productos IC de sensores y potencia listos para usar en el diseño de sistemas de 48 V en una gran variedad de aplicaciones robóticas. La reducción de la pérdida de energía con las soluciones de 48 V de Allegro se traduce en un aumento tangible en la economía de combustible para los híbridos suaves, ampliando significativamente el alcance de todos los vehículos electrificados y mejorando la eficiencia de conversión de energía en los inversores solares.

Los controladores de motores y portones de Allegro brindan un control preciso y eficiente para motores y actuadores de 48 V utilizados en la automatización automotriz e industrial, mejorando la productividad y la confiabilidad. Su sensor de corriente integrado IC admite aplicaciones de alto voltaje, mientras que los sensores de posición digitales brindan robustez y confiabilidad para complementar los controladores del motor.

Los robots móviles autónomos (AMR) navegan en entornos dinámicos para logística e inspección, exigiendo movimientos precisos, gestión sólida de la batería y detección confiable de obstáculos. Los controladores de motor integrados de Allegro, los sensores magnéticos para posicionamiento y detección de carga y los circuitos integrados de administración de energía eficiente mejoran el rendimiento de AMR, optimizan el uso de energía y garantizan la seguridad operativa en diversos entornos.

Los robots colaborativos (cobots) trabajan de forma segura con los humanos y requieren movimientos precisos, funciones de seguridad avanzadas (SIL-2/3) y potencia eficiente para las articulaciones articuladas. Los controladores de puerta de 48 V de Allegro, los sensores de posición de alta resolución y los sensores de corriente precisos permiten un rendimiento sólido de las articulaciones, un frenado confiable y una administración de energía optimizada para una colaboración confiable entre humanos y robots.

Los robots humanoides buscan movimientos e interacción similares a los de los humanos, exigiendo una actuación sofisticada, un equilibrio dinámico y una percepción compleja. El control avanzado del servomotor de Allegro, la versátil detección de posición multieje y las eficientes tecnologías de administración de energía son fundamentales para la mecánica compleja y el exigente rendimiento que requieren las numerosas articulaciones de los robots humanoides.

¿Por qué detenerse en 48 V?

ACSEVB-EZ7-37220-100B3 Placa de evaluación para el sensor de corriente ACS37220 (izquierda). Placa de evaluación APEK85111KNH-02-T-MH para controlador de puerta aislada AHV85111 (derecha). (Imagen:Allegro)

El factor principal detrás de este límite fueron los estándares de seguridad que debían cumplirse. Organizaciones como UL y NFPA clasifican los voltajes por debajo de 60 V como SELV, considerándolos seguros para el contacto humano con equipos no blindados. Los sistemas que funcionan por encima de 48 V requirieron componentes e ingeniería más robustos para garantizar un aislamiento y un aislamiento adecuados, lo que aumentó el costo y la complejidad general.

Aunque los sistemas de 48 V podían ser rentables, los sistemas de mayor voltaje a menudo implicaban mayores gastos iniciales debido a la necesidad de componentes y cableado especializados. Su diseño tendía a ser más complejo y su implementación podía ser más costosa, ya que las piezas especializadas eran más caras o exigían procesos de fabricación más complejos.

Impulsando la revolución de la inteligencia artificial

Ofrecer respuestas de IA de baja latencia requiere una potencia informática sustancial, lo que aumenta significativamente las demandas de energía del centro de datos. Para mejorar la eficiencia y reducir los requisitos de refrigeración, los centros de datos están pasando de sistemas de alimentación de 12 V a 48 V.

Las innovaciones en el diseño del suministro de energía respaldan este cambio, y los desarrollos futuros apuntan a mejorar el rendimiento y la densidad del suministro de energía. En consecuencia, los centros de datos deben estar equipados con servidores de alto rendimiento, sistemas de refrigeración avanzados y una infraestructura energética sólida para gestionar la carga de trabajo de forma eficaz.

Los operadores de centros de datos están adoptando cada vez más tecnologías energéticamente eficientes, como refrigeración líquida, fuentes de energía renovables y virtualización de servidores, para reducir su huella de carbono y reducir los costos operativos.

Conclusión

El cambio de sistemas de 12 V a 48 V está impulsado por la necesidad de mejorar la eficiencia y reducir los requisitos de refrigeración. En la automatización industrial, estos sistemas ofrecen mayor potencia y mayor seguridad en comparación con opciones de menor voltaje.

Componentes como motores, sensores y controladores de puerta están diseñados específicamente para sistemas de 48 V, centrándose en la seguridad, la potencia de salida, la movilidad y el ahorro de costos. Con una amplia gama de productos de 48 V, Allegro ofrece soluciones que permiten una mayor integración, así como ahorros de espacio y energía, lo que le permite concentrarse en su aplicación.

Rich Miron es desarrollador senior de contenido técnico para DigiKey (Thief River Falls, Minnesota). Para obtener más información, visita aquí  .