Memanfaatkan Robotika 48V:Meningkatkan Efisiensi &Tenaga dalam Otomasi Industri

Tuntutan akan efisiensi dan efektivitas biaya dalam sistem kelistrikan mendorong penerapan sistem 48V di seluruh industri. Sistem tegangan tinggi ini menawarkan alternatif yang lebih optimal dibandingkan arsitektur konvensional 12 atau 24 V, terutama jika penyaluran daya tinggi sangat penting. Otomasi industri dan telekomunikasi memanfaatkan 48V untuk menggerakkan motor, aktuator, dan peralatan berdaya tinggi lainnya.

Keuntungan menggunakan sistem 48V antara lain:

• Mendorong muatan lebih besar: tidak seperti sistem 12V, yang kesulitan memenuhi kebutuhan daya modern

• Arus yang lebih rendah: tegangan yang lebih tinggi mengurangi kebutuhan arus empat kali lipat

• Mengurangi kehilangan daya: arus yang lebih rendah berarti lebih sedikit kehilangan daya, lebih sedikit panas yang dibuang, dan efisiensi yang lebih tinggi; beroperasi pada tegangan yang lebih tinggi

• Kepadatan daya lebih tinggi: solusi 48V terintegrasi memungkinkan ruang dengan kepadatan daya yang lebih tinggi, sehingga menghasilkan jangkauan berkendara yang lebih jauh dan kehilangan energi yang lebih rendah dalam sistem energi ramah lingkungan

• Kabel lebih ringan: kabel yang lebih tipis menurunkan biaya dan mengurangi berat dan ruang.

Sejarah Sistem Distribusi Tenaga Listrik

Sistem distribusi daya 6V menjadi standar praktis untuk pengapian dan penerangan pada mobil awal, sebagian besar dipengaruhi oleh meluasnya penggunaan baterai pada saat itu. Kesederhanaan dan kemudahan penggunaannya menjadikannya pilihan populer. Meskipun sistem 24V pada awalnya diujicobakan — misalnya, pada Cadillac tahun 1912 dengan starter elektriknya — sistem 6V dengan cepat mendominasi sebagian besar fungsi kelistrikan otomotif.

Seiring kemajuan teknologi otomotif, permintaan aksesori kelistrikan seperti radio, pemanas, dan kemudian power window, mulai meningkat. Hal ini memberikan tekanan yang lebih besar pada sistem kelistrikan, menyoroti keterbatasan pengaturan 6V. Sistem 12V menawarkan keunggulan utama:Untuk keluaran daya yang sama, sistem ini hanya memerlukan setengah arus, sehingga mengurangi risiko panas berlebih dan memungkinkan penggunaan kabel yang lebih ringan dan mudah diatur.

Perkembangan baterai timbal-asam 12V dan alternator semakin mendukung transisi ini. Karena komponen-komponen ini menjadi lebih mudah diproduksi dan lebih hemat biaya selama bertahun-tahun, sistem 12V menjadi standar baru. Hal ini mengarah pada desain dan adopsi komponen listrik yang kompatibel secara luas, termasuk penerangan dan motor yang beroperasi lebih efisien pada tegangan lebih tinggi.

Perjuangan Sistem Tradisional

Driver Gerbang BLDC 3 Fase AMT49100. (Gambar:Allegro)

Permintaan daya modern tidak dapat dipenuhi dengan sistem 12V tradisional, yang saat ini menjadi andalan penyaluran daya. Keterbatasan sistem 12V menjadi jelas ketika mempertimbangkan faktor-faktor seperti kehilangan daya dan ketebalan kabel.

Ketika kebutuhan daya meningkat, arus dalam sistem 12V juga meningkat secara linier (P =V * I). Hal ini mengakibatkan rugi-rugi daya yang lebih tinggi di sepanjang pengkabelan dari sumber pasokan ke beban (Ploss =I2 * R).

Hilangnya daya ini bermanifestasi sebagai panas yang tidak diinginkan dan berkurangnya efisiensi sistem. Selain itu, mengelola arus yang lebih tinggi memerlukan kabel yang lebih tebal dan berat, sehingga menambah bobot dan biaya pada desain sistem.

Peralatan Otomasi Industri

Sistem 48V ini semakin banyak digunakan dalam otomasi industri dan robotika, sehingga menawarkan daya yang lebih tinggi dan keamanan yang lebih baik dibandingkan sistem tegangan rendah. Hal ini mencakup komponen seperti motor, sensor, dan penggerak gerbang yang dirancang untuk menangani kebutuhan tegangan dan daya yang lebih tinggi pada aplikasi industri.

Arus yang lebih rendah dalam sistem ini mengurangi timbulnya panas dan potensi bahaya kebakaran. Dibandingkan dengan sistem tegangan tinggi, sistem 48V memerlukan lebih sedikit isolasi, yang dapat menjadi faktor dalam desain yang ringkas. Karena tegangannya berada di bawah batas keamanan 60V, tegangan ini sering dianggap sebagai SELV (keamanan tegangan ekstra rendah), yang berarti tegangan tersebut dirancang agar aman jika bersentuhan langsung dengan peralatan tanpa pelindung.

Sistem ini menawarkan peningkatan efisiensi dan presisi dengan mengurangi kehilangan energi, memungkinkan kontrol yang lebih cepat dan memungkinkan peralatan yang lebih kecil dan ringan, meningkatkan ketangkasan, dan meningkatkan manajemen termal.

Solusi 48V dengan Efisiensi Tinggi

ACS37220 Sensor Arus Resistansi Rendah. (Gambar:Allegro)

Allegro menawarkan beragam produk sensor dan IC daya yang siap digunakan dalam desain sistem 48 V di berbagai aplikasi robotik. Pengurangan kehilangan daya dengan solusi 48 V Allegro berarti peningkatan nyata dalam penghematan bahan bakar untuk kendaraan hibrida ringan, memperluas jangkauan secara signifikan untuk semua kendaraan listrik dan meningkatkan efisiensi konversi energi pada inverter surya.

Motor dan penggerak gerbang Allegro memberikan kontrol yang tepat dan efisien untuk motor dan aktuator 48V yang digunakan dalam otomasi otomotif dan industri, sehingga meningkatkan produktivitas dan keandalan. IC sensor arus terintegrasi mendukung aplikasi tegangan tinggi, sedangkan sensor posisi digital memberikan ketahanan dan keandalan untuk melengkapi driver motor.

Robot bergerak otonom (AMR) menavigasi lingkungan dinamis untuk logistik dan inspeksi, menuntut gerakan yang presisi, manajemen baterai yang kuat, dan deteksi rintangan yang andal. Driver motor terintegrasi Allegro, sensor magnetik untuk penentuan posisi dan sensor beban, serta IC manajemen daya yang efisien meningkatkan kinerja AMR, mengoptimalkan penggunaan energi, dan memastikan keselamatan operasional dalam beragam pengaturan.

Robot kolaboratif (cobot) bekerja dengan aman bersama manusia, memerlukan gerakan presisi, fitur keselamatan canggih (SIL-2/3), dan daya efisien untuk sambungan artikulasi. Driver gerbang 48V Allegro, sensor posisi resolusi tinggi, dan sensor arus akurat memungkinkan kinerja sambungan yang kuat, pengereman yang dapat diandalkan, dan manajemen daya yang dioptimalkan untuk kolaborasi manusia-robot yang andal.

Robot humanoid bertujuan untuk melakukan gerakan dan interaksi mirip manusia, menuntut aktuasi canggih, keseimbangan dinamis, dan persepsi kompleks. Kontrol motor servo Allegro yang canggih, penginderaan posisi multi-sumbu yang serbaguna, dan teknologi manajemen daya yang efisien merupakan hal mendasar untuk mekanika rumit dan kinerja menuntut yang dibutuhkan oleh banyak sambungan pada robot humanoid.

Mengapa Berhenti di 48V?

ACSEVB-EZ7-37220-100B3 Eval.Board untuk Sensor Arus ACS37220 (kiri). APEK85111KNH-02-T-MH Eval.Board untuk Driver Gerbang Terisolasi AHV85111 (kanan). (Gambar:Allegro)

Faktor utama di balik batasan ini adalah standar keselamatan yang harus dipenuhi. Organisasi seperti UL dan NFPA mengklasifikasikan tegangan di bawah 60 V sebagai SELV, karena menganggapnya aman untuk kontak manusia dengan peralatan tanpa pelindung. Sistem yang beroperasi di atas 48V memerlukan komponen dan teknik yang lebih kuat untuk memastikan insulasi dan isolasi yang memadai, sehingga meningkatkan biaya dan kompleksitas secara keseluruhan.

Meskipun sistem 48V mungkin hemat biaya, sistem tegangan tinggi sering kali memerlukan biaya awal yang lebih besar karena memerlukan komponen dan kabel khusus. Desainnya cenderung lebih rumit, dan penerapannya bisa lebih mahal, karena suku cadang khusus lebih mahal atau memerlukan proses produksi yang lebih rumit.

Mendukung Revolusi Kecerdasan Buatan

Memberikan respons AI berlatensi rendah memerlukan daya komputasi yang besar, yang secara signifikan meningkatkan kebutuhan energi pusat data. Untuk meningkatkan efisiensi dan mengurangi kebutuhan pendinginan, pusat data beralih dari sistem daya 12V ke 48V.

Inovasi dalam desain pasokan listrik mendukung perubahan ini, dengan pengembangan di masa depan yang bertujuan untuk meningkatkan kinerja dan kepadatan pasokan listrik. Oleh karena itu, pusat data perlu dilengkapi dengan server berperforma tinggi, sistem pendingin canggih, dan infrastruktur daya yang kuat untuk mengelola beban kerja secara efektif.

Operator pusat data semakin banyak yang mengadopsi teknologi hemat energi seperti pendingin cair, sumber energi terbarukan, dan virtualisasi server untuk mengurangi jejak karbon dan menurunkan biaya pengoperasian.

Kesimpulan

Peralihan dari sistem 12V ke 48V didorong oleh kebutuhan akan peningkatan efisiensi dan pengurangan kebutuhan pendinginan. Dalam otomasi industri, sistem ini menawarkan daya yang lebih tinggi dan keamanan yang lebih baik dibandingkan opsi tegangan rendah.

Komponen seperti motor, sensor, dan penggerak gerbang dirancang khusus untuk sistem 48V, dengan fokus pada keselamatan, keluaran daya, mobilitas, dan penghematan biaya. Dengan beragam produk 48V, Allegro memberikan solusi yang memungkinkan integrasi lebih tinggi, serta penghematan ruang dan energi, sehingga Anda dapat berkonsentrasi pada aplikasi Anda.

Rich Miron adalah Pengembang Konten Teknis Senior untuk DigiKey (Thief River Falls, MN). Untuk informasi lebih lanjut, kunjungi di sini  .