Exploitez la robotique 48 V :augmentez l’efficacité et la puissance dans l’automatisation industrielle

La demande d’efficacité et de rentabilité dans les systèmes électriques stimule l’adoption des systèmes 48 V dans tous les secteurs. Ces systèmes à tension plus élevée offrent une alternative plus optimale aux architectures conventionnelles de 12 ou 24 V, en particulier là où une puissance élevée est essentielle. L'automatisation industrielle et les télécommunications exploitent le 48 V pour alimenter les moteurs, les actionneurs et autres équipements haute puissance.

Les avantages de l'utilisation de systèmes 48 V incluent :

• Conduisez des charges plus importantes : contrairement aux systèmes 12 V, qui ont du mal à répondre aux exigences modernes en matière d'alimentation.

• Courants inférieurs : une tension plus élevée réduit par quatre les besoins en courant

• Perte de puissance réduite : des courants plus faibles signifient moins de perte de puissance, moins de chaleur à dissiper et un rendement plus élevé ; fonctionnant à une tension plus élevée

• Densité de puissance plus élevée : Les solutions intégrées 48 V permettent un espace à densité de puissance plus élevée, ce qui se traduit par une autonomie plus longue et une perte d'énergie réduite dans les systèmes d'énergie propre.

• Câblage plus léger : des câbles plus fins réduisent les coûts et réduisent le poids et l'espace.

Historique des systèmes de distribution d'énergie

Le système de distribution d’énergie 6 V est devenu une norme pratique pour l’allumage et l’éclairage des premières automobiles, largement influencé par l’utilisation généralisée des batteries à l’époque. Sa simplicité et sa facilité d’utilisation en ont fait un choix populaire. Bien que les systèmes 24 V aient été initialement testés (par exemple, dans la Cadillac de 1912 avec son démarreur électrique), le système 6 V a rapidement pris le dessus pour la plupart des fonctions électriques automobiles.

À mesure que la technologie automobile progressait, la demande d’accessoires électriques tels que les radios, les chauffages et, plus tard, les vitres électriques, a commencé à croître. Cela a mis une plus grande pression sur le système électrique, soulignant les limites de la configuration 6V. Un système 12 V offrait un avantage clé :pour la même puissance de sortie, il ne nécessitait que la moitié du courant, ce qui réduisait le risque de surchauffe et permettait d'utiliser un câblage plus léger et plus maniable.

Le développement de batteries et d’alternateurs au plomb 12 V fiables a également soutenu la transition. Ces composants étant devenus plus faciles à produire et plus rentables au fil des années, le système 12 V est devenu la nouvelle norme. Cela a conduit à la conception et à l'adoption généralisée de pièces électriques compatibles, notamment des éclairages et des moteurs qui fonctionnaient plus efficacement à une tension plus élevée.

Luttes des systèmes traditionnels

Pilote de porte BLDC triphasé AMT49100. (Image :Allegro)

Les demandes d’énergie modernes ne peuvent pas être satisfaites avec les systèmes 12 V traditionnels, qui constituent actuellement le pilier de la fourniture d’énergie. Les limites des systèmes 12 V deviennent évidentes lorsque l'on considère des facteurs tels que la perte de puissance et l'épaisseur du câble.

À mesure que la demande de puissance augmente, les courants dans un système 12 V augmentent également de manière linéaire (P =V * I). Cela entraîne des pertes de puissance plus élevées le long de tout câblage allant de la source d'alimentation à la charge (Ploss =I2 * R).

Ces pertes de puissance se manifestent par une chaleur indésirable et une efficacité réduite du système. De plus, la gestion de courants plus élevés nécessite des câbles plus épais et plus lourds, ce qui ajoute du poids et du coût à la conception des systèmes.

Équipement d'automatisation industrielle

Ces systèmes 48 V sont de plus en plus utilisés dans l'automatisation industrielle et la robotique, offrant une puissance plus élevée et une sécurité améliorée par rapport aux systèmes à basse tension. Cela inclut des composants tels que des moteurs, des capteurs et des pilotes de grille conçus pour répondre aux demandes de tension et de puissance plus élevées des applications industrielles.

Les courants plus faibles présents dans ces systèmes réduisent la génération de chaleur et les risques d'incendie potentiels. Par rapport aux systèmes à tension plus élevée, les systèmes 48 V nécessitent moins d’isolation, ce qui peut être un facteur dans les conceptions compactes. Comme ils tombent en dessous de la limite de sécurité de 60 V, ils sont souvent considérés comme SELV (très basse tension de sécurité), ce qui signifie qu'ils sont conçus pour être sûrs pour un contact direct avec des équipements non blindés.

Ces systèmes offrent une efficacité et une précision améliorées en réduisant les pertes d'énergie, en permettant un contrôle plus rapide et en permettant des équipements plus petits et plus légers, une dextérité accrue et une gestion thermique améliorée.

Solutions 48 V à haut rendement

Capteur de courant à faible résistance ACS37220. (Image :Allegro)

Allegro propose une large gamme de produits de capteurs et de circuits intégrés de puissance prêts à être utilisés dans la conception de systèmes 48 V dans une myriade d'applications robotiques. La réduction des pertes de puissance grâce aux solutions 48 V d'Allegro se traduit par une augmentation tangible de l'économie de carburant pour les hybrides légers, en élargissant considérablement l'autonomie de tous les véhicules électrifiés et en améliorant l'efficacité de la conversion d'énergie dans les onduleurs solaires.

Les pilotes de moteurs et de portails d'Allegro offrent un contrôle précis et efficace des moteurs et actionneurs 48 V utilisés dans l'automatisation automobile et industrielle, améliorant ainsi la productivité et la fiabilité. Leur circuit intégré de capteur de courant intégré prend en charge les applications haute tension, tandis que les capteurs de position numériques offrent robustesse et fiabilité pour compléter les pilotes de moteur.

Les robots mobiles autonomes (AMR) naviguent dans des environnements dynamiques pour la logistique et l'inspection, exigeant des mouvements précis, une gestion robuste de la batterie et une détection fiable des obstacles. Les pilotes de moteur intégrés d'Allegro, les capteurs magnétiques pour le positionnement et la détection de charge, ainsi que les circuits intégrés de gestion de l'alimentation efficaces améliorent les performances de l'AMR, optimisent la consommation d'énergie et garantissent la sécurité opérationnelle dans divers contextes.

Les robots collaboratifs (cobots) travaillent en toute sécurité avec les humains, nécessitant des mouvements précis, des fonctionnalités de sécurité avancées (SIL-2/3) et une puissance efficace pour les articulations. Les pilotes de grille 48 V d'Allegro, les capteurs de position haute résolution et les capteurs de courant précis permettent des performances conjointes robustes, un freinage fiable et une gestion optimisée de l'énergie pour une collaboration homme-robot fiable.

Les robots humanoïdes visent un mouvement et une interaction semblables à ceux des humains, exigeant un actionnement sophistiqué, un équilibre dynamique et une perception complexe. La commande avancée de servomoteurs d'Allegro, la détection de position multi-axes polyvalente et les technologies efficaces de gestion de l'énergie sont fondamentales pour la mécanique complexe et les performances exigeantes requises par les nombreuses articulations des robots humanoïdes.

Pourquoi s'arrêter à 48 V ?

Carte d'évaluation ACSEVB-EZ7-37220-100B3 pour le capteur de courant ACS37220 (à gauche). Carte d'évaluation APEK85111KNH-02-T-MH pour pilote de grille isolée AHV85111 (à droite). (Image :Allegro)

Le principal facteur à l’origine de cette limite était les normes de sécurité à respecter. Des organisations telles que UL et NFPA classent les tensions inférieures à 60 V comme SELV, les considérant sans danger pour le contact humain avec des équipements non blindés. Les systèmes fonctionnant au-dessus de 48 V nécessitaient des composants et une ingénierie plus robustes pour garantir une isolation et une isolation adéquates, ce qui augmentait le coût global et la complexité.

Bien que les systèmes 48 V puissent être rentables, les systèmes à tension plus élevée impliquaient souvent des dépenses initiales plus élevées en raison de la nécessité de composants et de câblage spécialisés. Leur conception avait tendance à être plus complexe et leur mise en œuvre pouvait être plus coûteuse, car les pièces spécialisées étaient soit plus chères, soit exigeaient des processus de fabrication plus complexes.

Propulser la révolution de l'intelligence artificielle

Fournir des réponses d’IA à faible latence nécessite une puissance de calcul importante, ce qui augmente considérablement la demande énergétique des centres de données. Pour améliorer l'efficacité et réduire les besoins en refroidissement, les centres de données passent des systèmes d'alimentation de 12 V à 48 V.

Les innovations dans la conception des alimentations soutiennent cette évolution, les développements futurs visant à améliorer les performances et la densité de l’alimentation. Par conséquent, les centres de données doivent être équipés de serveurs hautes performances, de systèmes de refroidissement avancés et d'une infrastructure électrique robuste pour gérer efficacement la charge de travail.

Les opérateurs de centres de données adoptent de plus en plus de technologies économes en énergie telles que le refroidissement liquide, les sources d'énergie renouvelables et la virtualisation des serveurs pour réduire leur empreinte carbone et leurs coûts d'exploitation.

Conclusion

Le passage des systèmes 12 V aux systèmes 48 V est motivé par la nécessité d’améliorer l’efficacité et de réduire les besoins en refroidissement. Dans l'automatisation industrielle, ces systèmes offrent une puissance plus élevée et une sécurité améliorée par rapport aux options à basse tension.

Les composants tels que les moteurs, les capteurs et les pilotes de portail sont conçus spécifiquement pour les systèmes 48 V, en mettant l'accent sur la sécurité, la puissance de sortie, la mobilité et les économies de coûts. Avec une large gamme de produits 48 V, Allegro propose des solutions qui permettent une meilleure intégration, ainsi que des économies d'espace et d'énergie, vous permettant de vous concentrer sur votre application.

Rich Miron est développeur de contenu technique senior pour DigiKey (Thief River Falls, MN). Pour plus d'informations, visitez ici  .