Используйте робототехнику с напряжением 48 В:повысьте эффективность и мощность промышленной автоматизации

Спрос на эффективность и экономичность электрических систем стимулирует внедрение систем на 48 В во всех отраслях. Эти системы с более высоким напряжением представляют собой более оптимальную альтернативу традиционным архитектурам с напряжением 12 или 24 В, особенно там, где важна высокая мощность. Промышленная автоматизация и телекоммуникации используют напряжение 48 В для питания двигателей, приводов и другого мощного оборудования.

Преимущества использования систем на 48 В включают в себя:

<ли>

Управлять большими грузами: в отличие от систем на 12 В, которые с трудом отвечают современным требованиям к питанию

<ли>

Меньшие токи: более высокое напряжение снижает потребляемый ток в четыре раза

<ли>

Уменьшение потерь мощности: более низкие токи означают меньшие потери мощности, меньшее рассеивание тепла и более высокий КПД; работающий при более высоком напряжении

<ли>

Более высокая плотность мощности: интегрированные решения на 48 В позволяют увеличить плотность мощности, что приводит к увеличению дальности пробега и снижению потерь энергии в экологически чистых энергетических системах.

<ли>

Легкая проводка: более тонкие кабели снижают затраты, уменьшают вес и пространство.

История систем распределения электроэнергии

Система распределения питания 6 В стала практическим стандартом зажигания и освещения в первых автомобилях, во многом под влиянием широкого использования батарей в то время. Простота и удобство использования сделали его популярным выбором. Хотя системы с напряжением 24 В изначально были опробованы — например, в Cadillac 1912 года с электростартером — система с напряжением 6 В быстро завоевала доминирование для большинства электрических функций автомобиля.

По мере развития автомобильных технологий начал расти спрос на электрические аксессуары, такие как радиоприемники, обогреватели, а позже и электрические стеклоподъемники. Это создавало большую нагрузку на электрическую систему, подчеркивая ограничения установки на 6 В. Система на 12 В имела ключевое преимущество:для той же выходной мощности ей требовался вдвое меньший ток, что снижало риск перегрева и позволяло использовать более легкую и удобную проводку.

Разработка надежных свинцово-кислотных аккумуляторов и генераторов переменного тока напряжением 12 В еще больше поддержала этот переход. Поскольку с течением времени эти компоненты становились все проще в производстве и более экономичными, система 12 В стала новым стандартом. Это привело к разработке и широкому распространению совместимых электрических деталей, включая освещение и двигатели, которые работали более эффективно при более высоком напряжении.

Борьба традиционных систем

AMT49100 3-фазный драйвер затвора BLDC. (Изображение:Аллегро)

Современные потребности в электроэнергии не могут быть удовлетворены с помощью традиционных систем с напряжением 12 В, которые в настоящее время являются основой подачи электроэнергии. Ограничения систем с напряжением 12 В становятся очевидными, если принять во внимание такие факторы, как потери мощности и толщина кабеля.

По мере увеличения потребляемой мощности токи в системе 12 В растут линейно (P =V * I). Это приводит к более высоким потерям мощности по любой проводке от источника питания к нагрузке (Ploss =I2 * R).

Эти потери мощности проявляются в виде нежелательного нагрева и снижения эффективности системы. Кроме того, для управления более высокими токами требуются более толстые и тяжелые кабели, что увеличивает вес и стоимость конструкции системы.

Оборудование промышленной автоматизации

Эти системы на 48 В все чаще используются в промышленной автоматизации и робототехнике, предлагая более высокую мощность и повышенную безопасность по сравнению с системами с более низким напряжением. Сюда входят такие компоненты, как двигатели, датчики и драйверы затворов, которые предназначены для удовлетворения более высоких требований к напряжению и мощности промышленных приложений.

Более низкие токи, присутствующие в этих системах, уменьшают выделение тепла и потенциальную опасность пожара. По сравнению с системами более высокого напряжения, системы на 48 В требуют меньшей изоляции, что может быть фактором компактных конструкций. Поскольку их напряжение ниже безопасного предела 60 В, их часто считают SELV (безопасное сверхнизкое напряжение), что означает, что они разработаны так, чтобы быть безопасными при прямом контакте с неэкранированным оборудованием.

Эти системы обеспечивают повышенную эффективность и точность за счет снижения потерь энергии, обеспечения более быстрого управления и позволяют использовать меньшее и легкое оборудование, повышают маневренность и улучшают управление температурой.

Решения 48 В с высокой эффективностью

ACS37220 Датчик тока низкого сопротивления. (Изображение:Аллегро)

Allegro предлагает широкий спектр датчиков и силовых ИС, готовых к использованию при проектировании систем с напряжением 48 В для множества робототехнических приложений. Снижение потерь мощности с помощью решений Allegro на 48 В приводит к ощутимому увеличению экономии топлива для мягких гибридов, значительному увеличению запаса хода для всех электрифицированных транспортных средств и повышению эффективности преобразования энергии в солнечных инверторах.

Драйверы двигателей и ворот Allegro обеспечивают точное и эффективное управление двигателями и приводами 48 В, используемыми в автомобильной и промышленной автоматизации, повышая производительность и надежность. Их встроенная микросхема датчика тока поддерживает высоковольтные приложения, а цифровые датчики положения обеспечивают надежность и надежность, дополняя драйверы двигателей.

Автономные мобильные роботы (AMR) перемещаются в динамичных средах для логистики и инспекций, требуя точного движения, надежного управления батареями и надежного обнаружения препятствий. Встроенные драйверы двигателей Allegro, магнитные датчики для позиционирования и определения нагрузки, а также эффективные микросхемы управления питанием повышают производительность AMR, оптимизируют энергопотребление и обеспечивают эксплуатационную безопасность в различных условиях.

Коллаборативные роботы (коботы) безопасно работают с людьми, требуя точных движений, расширенных функций безопасности (SIL-2/3) и эффективной мощности для шарнирных соединений. Драйверы ворот Allegro на 48 В, датчики положения с высоким разрешением и точные датчики тока обеспечивают надежную работу суставов, надежное торможение и оптимизированное управление питанием для надежного взаимодействия человека и робота.

Гуманоидные роботы стремятся к человеческому движению и взаимодействию, требуя сложных действий, динамического баланса и сложного восприятия. Усовершенствованное управление серводвигателем Allegro, универсальное многоосное определение положения и эффективные технологии управления питанием имеют основополагающее значение для сложной механики и требовательной производительности, необходимой для многочисленных суставов роботов-гуманоидов.

Зачем останавливаться на 48 В?

ACSEVB-EZ7-37220-100B3 Оценочная плата для датчика тока ACS37220 (слева). APEK85111KNH-02-T-MH Оценочная плата для изолированного драйвера затвора AHV85111 (справа). (Изображение:Аллегро)

Основным фактором, определяющим это ограничение, были стандарты безопасности, которые необходимо было соблюдать. Такие организации, как UL и NFPA, классифицируют напряжения ниже 60 В как SELV, считая их безопасными для контакта человека с неэкранированным оборудованием. Системы, работающие при напряжении выше 48 В, требовали более надежных компонентов и инженерных решений для обеспечения адекватной изоляции и изоляции, что увеличивало общую стоимость и сложность.

Хотя системы на 48 В могут быть экономически эффективными, системы с более высоким напряжением часто требуют больших первоначальных затрат из-за необходимости использования специализированных компонентов и проводки. Их конструкция, как правило, была более сложной, а реализация могла быть более дорогостоящей, поскольку специализированные детали были либо более дорогими, либо требовали более сложных производственных процессов.

Стимул революции искусственного интеллекта

Для обеспечения ответов ИИ с малой задержкой требуются значительные вычислительные мощности, что значительно увеличивает энергопотребление центров обработки данных. Чтобы повысить эффективность и снизить требования к охлаждению, центры обработки данных переходят с систем питания 12 В на 48 В.

Инновации в конструкции источников питания поддерживают этот сдвиг, а будущие разработки направлены на повышение производительности и плотности источников питания. Следовательно, центры обработки данных должны быть оснащены высокопроизводительными серверами, современными системами охлаждения и надежной инфраструктурой электропитания для эффективного управления рабочей нагрузкой.

Операторы центров обработки данных все чаще внедряют энергоэффективные технологии, такие как жидкостное охлаждение, возобновляемые источники энергии и виртуализация серверов, чтобы сократить выбросы углекислого газа и снизить эксплуатационные расходы.

Заключение

Переход от систем с напряжением 12 В к системам с напряжением 48 В обусловлен необходимостью повышения эффективности и снижения требований к охлаждению. В промышленной автоматизации эти системы обеспечивают более высокую мощность и повышенную безопасность по сравнению с вариантами с более низким напряжением.

Такие компоненты, как двигатели, датчики и драйверы ворот, разработаны специально для систем 48 В с упором на безопасность, выходную мощность, мобильность и экономию средств. Предлагая широкий ассортимент продукции на 48 В, Allegro предлагает решения, обеспечивающие более высокую степень интеграции, а также экономию места и энергии, позволяя вам сосредоточиться на своем приложении.

Рич Мирон — старший разработчик технического контента в компании DigiKey (Тиф-Ривер-Фолс, Миннесота). Для получения дополнительной информации посетите здесь  .