Potência para o Futuro das Armas de Energia Dirigida

Os atuais lasers de alta potência operam em uma faixa de dezenas de quilowatts, mas o objetivo final é a evolução dos designs para usar centenas de quilowatts, ou até mesmo megawatts. Para gerar uma potência tão enorme, as armas de energia dirigida utilizam sistemas de potência contínua ou pulsada, além de tecnologias sofisticadas de comutação e condicionamento de potência.

Esses sistemas de potência exigem soluções de interconexão de alta tensão para maximizar a energia de saída e, ao mesmo tempo, minimizar o impacto da potência na plataforma hospedeira. As soluções de interconexão de alta tensão são empregadas “fora da caixa” para o caminho de energia que conecta a fonte de alimentação principal ao armazenamento de energia, mas também para os componentes que convertem a energia na saída desejada.

Ao iniciar qualquer projeto de potência de alta tensão, é importante que os designers pensem nas interconexões como parte do sistema completo. Produtos específicos de interconexão foram introduzidos e novas tecnologias continuam sendo desenvolvidas para lidar com os desafios da energia elétrica de alta tensão. Os designers de AEDs têm mais opções do que nunca, mas as questões relacionadas à potência permanecem as mesmas:
 

• Gerenciamento de Cargas Térmicas Extremas
  Os designs de armas de energia dirigida devem dissipar grandes quantidades de energia térmica para manter a fonte de alimentação em uma temperatura de operação segura e eficiente. Resfriadores de líquido e trocadores de calor especializados são empregados para transferir calor para fora do sistema. As interconexões dentro do sistema devem ser capazes de suportar temperaturas internas de até 649 °C (1200 °F).
  
  Quando um relé é exposto a altas temperaturas, a tensão de ativação e a resistência da bobina são afetadas. Para garantir a estabilidade, os designers devem determinar as características em estado estável da combinação de temperatura e tensão na qual um relé de corrente contínua (CC) deverá operar. O mesmo ocorre para aplicações de corrente alternada (CA), embora a tensão de ativação varie menos em resposta à temperatura em comparação com os relés de CC.
  
  
• Prevenção de Descargas Elétricas Parciais
  É mais fácil administrar altas potências no solo, mas os sistemas de armas de energia dirigida também devem funcionar no ar. A alta tensão pode ionizar o ar, que pode se tornar condutor e produzir uma descarga de corona. O efeito corona causa perdas de potência elétrica através de vãos, cavidades e arborescências elétricas à medida que o isolamento se rompe, resultando em arco elétrico.
  
  O uso de materiais dielétricos/isolantes adequados é fundamental para evitar descargas de corona. O isolamento com o uso de polímeros reticulados da fiação, cabos, chicotes elétricos e conjuntos de alta tensão é formulado para resistir à ruptura. É um tipo de dielétrico particularmente essencial nos módulos de controle de potência e conversores de potência.
  
  
• Prevenção de Danos por Efeito Tracking
  Com as fontes de alta tensão nas plataformas de armas de energia dirigida, tracking de carbono pode se formar na superfície dos isoladores poliméricos. O tracking faz com que o isolador perca as propriedades dielétricas e se torne um condutor elétrico. Um arco elétrico pode então ocorrer ao longo do caminho condutor, resultando em perda de potência com uma alta probabilidade de ignição. Para evitar esse problema, materiais de isolamento adequados devem ser usados.
  
  
• Como Lidar com os Efeitos do Ambiente nas Tensões de Início e Extinção
  A tensão de início é quando o efeito corona começa, enquanto a tensão de extinção é quando ele termina. Descargas parciais podem ocorrer quando duas partes de um circuito que não estão adequadamente isoladas são submetidas a grandes diferenças de tensão. Consequentemente, os sistemas elétricos devem ser projetados para fornecer níveis adequados de isolamento elétrico dentro do ambiente operacional.
  
  
• Anulação do Efeito Pelicular
  Ao determinar a blindagem e a filtragem adequadas para compatibilidade eletromagnética (EMC), os designers devem levar em consideração o efeito pelicular, que é a tendência da corrente CA de fluir próximo à superfície de um condutor. O efeito pelicular é o resultado de correntes parasitas induzidas pelas alterações nos campos magnéticos da corrente alternada e, portanto, é um fator em quase todos os projetos de CA. As trilhas condutoras da placa de circuito impresso e outros aspectos dos circuitos de alimentação CA podem ser projetados para anular o efeito pelicular, mas isso exige um planejamento especializado.
  
  
• Gerenciamento de Restrições de Tamanho e Peso
  Os componentes usados no armazenamento e gerenciamento de energia elétrica de alta potência podem ser grandes e pesados. Relés e contatores de alta eficiência estão disponíveis para lidar com tensões e amperagens mais altas dentro de espaços compactos para ajudar a cumprir requisitos de tamanho, peso e potência (SWaP) reduzidos. Cabos, terminações e conectores especialmente projetados também estão disponíveis para minimizar o SWaP.
  
  
• Cumprimento da Demanda Mais Alta pela Confiabilidade
  Armas de energia dirigida podem exigir um número significativo de ciclos de abertura e fechamento. A ciclagem extrema impõe um desgaste adicional à superfície de contato das chaves mecânicas, que devem ser projetadas para lidar com o estresse adicional. Para chaves elétricas, um dimensionamento adequado é necessário para lidar com o nível de tensão exigido porque os transistores são sensíveis à sobretensão.
  

Os atuais produtos de interconexão para aplicações de alta tensão se beneficiam com o desenvolvimento interdisciplinar de soluções de gerenciamento de potência para os setores automotivo, aeroespacial, de defesa, energia e ferroviário. A TE Connectivity oferece uma ampla variedade de produtos para armas de energia dirigida, incluindo as seguintes soluções de alta tensão:
 

• Relés, Contatores e Chaves de Alta Tensão
  Designs avançados e hermeticamente vedados de relés, contatores e chaves, que oferecem uma excelente relação entre tamanho/potência, com classificações de tensão de até 70 kV CC e de corrente de até 1.000 amperes. As gaxetas de isolamento ambientalmente vedadas são essenciais para aplicações de alta tensão, a fim de minimizar a intrusão de umidade e contaminantes e evitar o arco através do isolador.
  
  
• Alimentadores de energia de alto desempenho e produtos de proteção de vedação contra o ambiente
  Polímeros reticulados em tubos termo retráteis e acessórios para cabos avançados podem suportar ciclos de aquecimento e resfriamento repetidos, mantendo o tamanho original e as propriedades de proteção.
  
  
• Terminais e emendas para altas temperaturas
  Terminais, emendas e terminações para fios individuais foram projetados para suportar ambientes operacionais de até 649 °C (1200 °F).
  
  
• Componentes menores e mais leves
  Terminais e emendas com vedação avançada, 60% mais leves que os terminais de cobre convencionais.
  
  
• Conectores MIL-SPEC DEUTSCH
  A conhecida família de produtos DEUTSCH oferece contatos e conectores, incluindo a série de conectores DEUTSCH compatíveis com padrões militares MIL-DTL-38999. A rigidez dielétrica dos conectores DEUTSCH DT ambientalmente vedados faz com que a fuga de corrente seja menor que dois miliamperes a 1.500 volts CA.
  

Com a variedade de produtos de interconexão atualmente existente para aplicações de alta tensão, além dos novos produtos que são lançados regularmente, os designers de armas de energia dirigida podem encontrar soluções confiáveis e prontamente disponíveis para cumprir requisitos essenciais. Designers de equipamentos de defesa que trabalham com especialistas que podem projetar, personalizar, fabricar e implementar soluções de alta tensão em todo o percurso da energia podem acelerar o desenvolvimento de projetos.

• As armas de energia dirigida dependem de lasers de alta potência, feixes de partículas ou tecnologias do micro-ondas de alta potência que exigem soluções para o manejo de altas tensões. 
• Os designers de armas de energia dirigida devem resolver os desafios que as altas tensões impõem às interconexões elétricas.
• As armas de energia dirigida usam sistemas de potência contínua ou pulsada, além de tecnologias sofisticadas de comutação e condicionamento de potência, para maximizar a energia de saída e, ao mesmo tempo, minimizar o impacto da potência na plataforma hospedeira.
• As demandas por energia elétrica de alta tensão das armas de energia dirigida criam desafios para o projeto, desde cargas térmicas extremas até a anulação do efeito pelicular.
• Os atuais produtos de interconexão para aplicações de alta tensão se beneficiam com o desenvolvimento interdisciplinar de soluções de gerenciamento de potência para os setores automotivo, aeroespacial, de defesa, energia e ferroviário.
• A TE Connectivity oferece uma ampla variedade de produtos para armas de energia dirigida.