Impulsamos el futuro de las armas de energía dirigida (AED)

En la actualidad, los láseres de alta potencia funcionan en un rango de decenas de kilovatios, pero el objetivo final es desarrollar los diseños para utilizar cientos de kilovatios o incluso megavatios. Para ejercer una potencia tan intensa, las AED utilizan redes de energía eléctrica continua o de impulso, y sofisticadas tecnologías de conmutación y acondicionamiento de energía.

Estos sistemas de energía eléctrica requieren soluciones de conexión de alto voltaje para maximizar la energía de salida y, a la vez, minimizar el impacto de esta en la plataforma de alojamiento. Las soluciones de conexión de alto voltaje se utilizan de una manera fuera de lo convencional para la trayectoria de energía que conecta la fuente principal y el almacenamiento de esta, pero también para los componentes que la convierten en la salida deseada.

Al iniciar cualquier proyecto de energía de alto voltaje, es importante que los diseñadores consideren a las conexiones como parte de todo el sistema. Se han introducido productos específicos de conexión y se siguen desarrollando nuevas tecnologías para hacer frente a los retos de la energía eléctrica de alto voltaje. Los diseñadores de AED tienen más opciones que nunca; sin embargo, los problemas relacionados con la energía siguen siendo los mismos:
 

• Manejo de cargas térmicas extremas
  Los diseños para AED deben disipar cantidades masivas de energía térmica para mantener la fuente de energía a una temperatura de funcionamiento segura y eficiente. Se utilizan enfriadores de líquido e intercambiadores térmicos especializados para transferir el calor y sacarlo del sistema. Las conexiones dentro del sistema deben tolerar temperaturas internas de hasta 1,200 °F (649 °C).
  
  Cuando un relevador se expone a altas temperaturas, el voltaje de activación (VPI) y la resistencia de la bobina (RC) se ven afectados. Para garantizar la estabilidad, los diseñadores deben determinar las características de estado estacionario para la combinación de temperatura y voltaje de las condiciones de funcionamiento de un relevador de corriente continua (CC). Lo mismo ocurre en las aplicaciones de corriente alterna (CA), aunque su VPI exhibe menos variación sobre la temperatura en comparación con los relevadores de CC.
  
  
• Prevención de descargas eléctricas parciales
  Es más fácil manejar la alta potencia en tierra; sin embargo, los sistemas de AED también deben funcionar en el aire. El alto voltaje puede ionizar el aire, que puede volverse conductor y producir una descarga corona. El efecto corona provoca pérdidas de energía eléctrica a través de huecos, cavidades y arborescencias eléctricas a medida que el aislamiento se rompe, lo que da lugar a arcos eléctricos.
  
  El uso de materiales dieléctricos y aislantes adecuados es fundamental para evitar descargas corona. El aislamiento que utiliza polímeros reticulados para cableado, cables, arneses eléctricos y conjuntos de cable de alto voltaje está formulado para resistir rupturas. Este tipo de dieléctrico es crítico sobre todo en módulos de control y convertidores de potencia.
  
  
• Eliminación de daños por arco eléctrico
  Con fuentes de alto voltaje en plataformas de AED, se podrían formar huellas de carbono en la superficie de los aisladores poliméricos. Estas huellas hacen que el aislador pierda sus propiedades dieléctricas y se convierta en un conductor eléctrico. Luego, puede producirse un arco eléctrico en la trayectoria conductora, lo que provoca una pérdida de potencia con una alta probabilidad de ignición. Para evitar este problema, se deben utilizar materiales de aislamiento adecuados.
  
  
• Manejo de los efectos del medioambiente en los voltajes de inicio y extinción
  El voltaje de inicio es cuando comienza el efecto corona; el voltaje de extinción es cuando este termina. Las descargas parciales pueden ocurrir cuando dos partes de un circuito que no están aisladas de manera adecuada se someten a diferencias de alto voltaje. Como consecuencia, los sistemas eléctricos deben diseñarse para proporcionar niveles apropiados de aislamiento eléctrico dentro del entorno operativo.
  
  
• Anulación del efecto pelicular
  Al determinar la protección y el filtrado adecuados para la compatibilidad electromagnética (EMC), los diseñadores deben tener en cuenta el efecto pelicular, que es la tendencia de la corriente alterna a fluir cerca de la superficie de un conductor. El efecto pelicular es el resultado de las corrientes de Foucault inducidas por los campos magnéticos cambiantes de la corriente alterna y, por lo tanto, es un factor a considerar en casi todos los diseños de CA. Las trazas de las PCB y otros aspectos de los circuitos de alimentación de CA se pueden diseñar para anular el efecto pelicular, pero se requiere una planificación por expertos.
  
  
• Manejo de las restricciones de tamaño y peso
  Los componentes que se utilizan en el almacenamiento y el manejo de energía eléctrica de alta potencia pueden ser grandes y pesados. Los relevadores y contactores de alta eficiencia están disponibles para manejar voltaje y amperaje más altos en un diseño compacto que ayuda a reducir los requisitos de tamaño, peso y potencia (SWaP). También hay disponibles cables, terminaciones y conectores especialmente diseñados para minimizar el SWaP.
  
  
• Satisfacción de una mayor demanda de confiabilidad
  Las aplicaciones de AED podrían requerir un número significativo de ciclos de apertura y cierre. Este ciclo extremo genera un desgaste adicional en la superficie de contacto de los interruptores mecánicos, que deben diseñarse para soportar la tensión adicional. En el caso de los interruptores eléctricos, se necesita un tamaño adecuado para manejar el nivel de voltaje requerido porque los transistores son sensibles a la sobretensión.
  

En la actualidad, los productos de conexión para aplicaciones de alto voltaje se benefician del desarrollo interdisciplinario de soluciones de manejo de energía para las industriasautomotriz, aeroespacial, de defensa, de energía y ferroviaria. TE Connectivity cuenta con una amplia variedad de productos para aplicaciones de AED, como las siguientes soluciones de alto voltaje:
 

• Relevadores, contactores e interruptores de alto voltaje
  Los diseños avanzados de relevadores, contactores e interruptores con sello hermético proporcionan una excelente relación tamaño‑potencia y cuentan con voltajes nominales de hasta 70 kV CC y corrientes nominales de hasta 1,000 amperios. Los empaques de aislamiento con sellado a prueba de factores ambientales son fundamentales en aplicaciones de alto voltaje para minimizar el ingreso de humedad y contaminantes, y evitar la formación de arcos en el aislante.
  
  
• Alimentadores de energía de alto rendimiento y productos de protección con sellado a prueba de factores ambientales
  Los polímeros reticulados en tubos termocontráctiles avanzados y los accesorios para cables pueden tolerar repetidos ciclos de calentamiento y enfriamiento y, a la vez, conservar su tamaño original y sus propiedades protectoras.
  
  
• Terminales y empalmes para altas temperaturas
  Los terminales, empalmes y tapas de cables de refacción están diseñados para tolerar entornos operativos de hasta 1,200 °F (649 °C).
  
  
• Componentes más ligeros y pequeños
  Se encuentran disponibles terminales y empalmes avanzados con sello que son un 60 % más ligeros que los terminales de cobre convencionales.
  
  
• Conectores DEUTSCH MIL‑SPEC
  La conocida línea de productos de conectores DEUTSCH comprende contactos y conectores, como la serie de conectores DEUTSCH que cumple con la norma MIL‑DTL‑38999. El voltaje dieléctrico de resistencia de los conectores DEUTSCH DT con sellado a prueba de factores ambientales cuenta con una fuga de corriente inferior a dos miliamperios a 1,500 voltios CA.
  

Con la variedad de productos de conexión disponibles en la actualidad para aplicaciones de alto voltaje, y los nuevos productos que se introducen de manera habitual, los diseñadores de AED pueden encontrar soluciones confiables y de fácil acceso para cumplir con requisitos críticos. Los diseñadores en la industria de defensa que trabajan con expertos que pueden diseñar, personalizar, fabricar e implementar soluciones de alto voltaje a lo largo de toda la trayectoria que recorre la energía pueden acelerar el desarrollo de sus proyectos.

• Las AED hacen uso de láseres o tecnologías de microondas de alta potencia, y haces de partículas que requieren soluciones de alto voltaje. 
• Los diseñadores de AED deben superar los retos que plantean los altos voltajes para las conexiones eléctricas.
• Las AED utilizan sistemas de potencia continua o de impulso, y sofisticadas tecnologías de conmutación y acondicionamiento de potencia para maximizar la energía de salida y, a la vez, minimizar el impacto de la energía en la plataforma de alojamiento.
• Las demandas de energía eléctrica de alto voltaje de las AED plantean retos en cuanto al diseño, desde cargas térmicas extremas hasta un efecto pelicular negativo.
• En la actualidad, los productos de conexión para aplicaciones de alto voltaje se benefician del desarrollo interdisciplinario de soluciones de manejo de energía para las industrias automotriz, aeroespacial, de defensa, de energía y ferroviaria.
• TE Connectivity cuenta con una amplia variedad de productos para aplicaciones de AED.