Guía para la elección de fuentes de alimentación para actuadores lineales eléctricos

Para aprovechar al máximo el potencial de los actuadores lineales eléctricos, es fundamental comprenderlos y combinarlos con la fuente de alimentación adecuada. Al elegir las fuentes de alimentación adecuadas para los actuadores lineales eléctricos, las aplicaciones pueden obtener beneficios como mayor fiabilidad, facilidad de uso y optimización del rendimiento.

Esta guía de fuente de alimentación está dedicada a comprender los diferentes tipos de fuentes de alimentación para actuadores lineales eléctricos, cómo funcionan, los beneficios que ofrecen y cómo elegir la mejor para las necesidades específicas de su aplicación.

Los actuadores son componentes fundamentales en diversos sistemas mecánicos y desempeñan un papel crucial en la conversión de energía en movimiento. En esencia, un actuador toma una fuente de energía y la convierte en movimiento físico. Esta capacidad es esencial en innumerables aplicaciones, desde maquinaria industrial hasta electrónica de consumo, e incluso en robótica avanzada. El concepto básico de los actuadores consiste en la conversión de energía, generalmente eléctrica, hidráulica o neumática, en movimiento mecánico. Esto se logra mediante diferentes componentes y mecanismos según el tipo de actuador. Por ejemplo, los actuadores eléctricos pueden utilizar motores de corriente continua (CC) con escobillas , mientras que los actuadores hidráulicos utilizan pistones llenos de fluido para generar movimiento.

En los actuadores lineales eléctricos , la corriente eléctrica proveniente de una fuente, como una fuente de alimentación o un controlador, se utiliza para producir movimiento rotatorio en un motor eléctrico conectado mecánicamente a una caja de engranajes y que utiliza un husillo para accionar el eje del actuador, conectado a una tuerca ACME , para lograr movimiento lineal. Los actuadores lineales eléctricos son indispensables en el panorama actual de la automatización, desde equipos industriales y domótica hasta robótica, sistemas automotrices y dispositivos médicos. Los actuadores eléctricos se pueden controlar de diversas maneras :

• Interruptores manuales cableados (interruptores basculantes DPDT, joysticks, etc.)
  
• Cajas de control remoto inalámbricas
  
• Sistemas de control con relés incorporados, funciones programadas, temporizadores o lógica
  
• Sistemas inteligentes que utilizan Wi-Fi/Bluetooth o PLC
  

Importancia de emparejar los actuadores con la fuente de alimentación adecuada

El rendimiento de un actuador eléctrico depende de la fuente de alimentación a la que está conectado. Estos sistemas requieren una alimentación eléctrica constante y con la potencia adecuada, lo que convierte a la fuente de alimentación en un componente clave de integración en sistemas con actuadores lineales eléctricos. Tanto si es ingeniero de diseño, integrador o aficionado a la construcción, seleccionar la fuente de alimentación adecuada es fundamental para:

• Maximizar el rendimiento
• Prevenir daños a los componentes
• Permitir un movimiento eficiente, seguro y suave
• Garantizar la confiabilidad del sistema a largo plazo

Antes de elegir una fuente de alimentación, es importante comprender los componentes clave fundamentales de una fuente de alimentación y su funcionamiento conjunto para comprender mejor su funcionamiento y su uso posterior con actuadores. Una fuente de alimentación está diseñada para convertir la CA (corriente alterna) de alto voltaje, de 110 VCA a 230 VCA, proveniente de una toma de corriente, en CC (corriente continua) de bajo voltaje, adecuada para actuadores (comúnmente 12 VCC o 24 VCC). A continuación, se presentan los componentes comunes de una fuente de alimentación:

1. Selector de voltaje de entrada : Interruptor deslizante que permite configurar la fuente de alimentación para que acepte 110 VCA o 220 VCA, según la región o los requisitos del sistema. Algunos modelos de fuentes de alimentación tienen este interruptor dentro de la carcasa y se puede acceder a él introduciendo un destornillador a través de los orificios de la carcasa, mientras que otros pueden tenerlo fuera de la carcasa.
   
2. Voltaje de entrada de CA : Terminales de tornillo para conectar la alimentación de CA de alto voltaje desde una toma de corriente o una línea principal. Verifique la polaridad correcta en las etiquetas durante la instalación.
   
3. Tensión de salida de CC : Terminales de tornillo que proporcionan una tensión de salida de CC regulada a dispositivos posteriores, como actuadores o cajas de control. Compruebe la polaridad correcta de las etiquetas durante la instalación.
   
4. Potenciómetro de perilla de ajuste de voltaje de CC : resistencia variable que permite el ajuste manual del voltaje de CC de salida, generalmente dentro de ±10 % del valor nominal, para adaptarse a las necesidades de los componentes sensibles.
   
5. Indicador luminoso : muestra el estado operativo de la fuente de alimentación; generalmente se enciende cuando está encendida y el voltaje de salida es estable.
   
6. Fusible : protege el circuito de alimentación interrumpiendo la conexión en caso de cortocircuito o un pico significativo en el flujo de corriente eléctrica.
   
7. Choque de modo común de entrada : un inductor que actúa como un filtro de entrada para reducir el ruido de alta frecuencia y la interferencia electromagnética (EMI) que pueden entrar o salir a través de las líneas de alimentación de CA.
   
8. Rectificador : Convierte el voltaje de entrada de CA proveniente del estrangulador de modo común de entrada en un voltaje de CC pulsante utilizando una configuración de puente de diodos, donde cada diodo permite un flujo de corriente unidireccional.
   
9. Condensador (lado de entrada) : ayuda a suavizar la forma de onda eléctrica de CC pulsante que proviene del rectificador cargándose durante los picos de voltaje y descargándose durante las caídas, reduciendo así la ondulación de voltaje antes de la etapa de regulación.
   
10. MOSFET y disipador de calor : el transistor de efecto de campo de metal-óxido-semiconductor (MOSFET) actúa como un elemento de conmutación de alta velocidad para controlar el suministro de energía al inductor aguas abajo mientras el disipador de calor en contacto físico disipa el calor generado durante el funcionamiento.
    
11. Inductor : Almacena temporalmente energía en un campo magnético durante la conmutación, lo que ayuda a suavizar la corriente y reducir la ondulación de la tensión. Funciona en conjunto con el MOSFET para regular el flujo de potencia y estabilizar la salida.
    
12. Diodo y disipador de calor : el diodo permite que la corriente fluya en una sola dirección, lo que evita el flujo de energía inverso desde la salida del inductor, mientras que el disipador de calor disipa el calor generado durante el suministro de energía para mantener temperaturas de funcionamiento seguras.
    
13. Inductor con núcleo de polvo de hierro : Un inductor especializado fabricado con núcleos de polvo de hierro, diseñado para soportar conmutación de alta frecuencia con mínima pérdida de núcleo. Actúa como un medio para filtrar aún más la salida de CC, manteniendo la estabilidad térmica y reduciendo la interferencia electromagnética (EMI).
    
14. Capacitores de filtrado de CC : ubicados cerca de la etapa de salida, estos capacitores suavizan aún más el voltaje de CC para garantizar un suministro estable y limpio para los dispositivos conectados.
    
15. Resistencias de purga : ubicadas a lo largo de la fuente de alimentación, estas resistencias de purga se utilizan a menudo para descargar el voltaje almacenado de los capacitores después del apagado por seguridad y para evitar chispas.
    

Juntos, estos componentes forman una unidad de suministro de energía integral, cada uno con una función específica que contribuye a la eficacia y eficiencia general de la potencia eléctrica de salida. Este sistema no solo permite una conversión reductora de voltaje de CA a CC, sino que también mejora la seguridad de los operadores gracias a los mecanismos de seguridad y redundancias integrados en el diseño.

Las fuentes de alimentación de CC independientes proporcionan salidas fijas de 12 VCC o 24 VCC y se utilizan a menudo en sistemas básicos controlados por el usuario para alimentar actuadores controlados directamente mediante relés , interruptores basculantes o joysticks. También se utilizan como fuentes de alimentación externas para muchas cajas de control que requieren una fuente de alimentación externa de CA a CC, ya que la caja de control puede aceptar solo 12 VCC o 24 VCC. Al elegir una fuente de alimentación para su sistema de actuadores y controladores lineales eléctricos, hay algunos parámetros y características a considerar, como:

• Clasificaciones de voltaje de entrada y salida
• Clasificaciones de consumo de corriente
• Protección contra la entrada
• Consideraciones sobre tamaño y peso
• Características de seguridad
• Requisitos de control de retroalimentación

Clasificaciones de voltaje de entrada y salida

El voltaje de entrada de la fuente de alimentación que elija debe ser similar al voltaje de CA de su toma de corriente, mientras que el voltaje de salida debe coincidir con los requisitos de los componentes de carga para garantizar un funcionamiento correcto. Las cargas de su sistema incluyen actuadores, relés, controladores y cualquier otro dispositivo que se alimente de la fuente de alimentación. Revise las cajas de control o los requisitos de voltaje del actuador en las especificaciones de la hoja de datos para asegurarse de que la fuente de alimentación genere un voltaje que coincida o se encuentre dentro de un rango tolerable para su compatibilidad operativa. En algunos casos de uso que no requieren alta precisión y tienen una tolerancia incorporada que permite aceptar ligeros cambios de fuerza y velocidad, una tolerancia de voltaje de ±10 % puede ser aceptable.

Ejemplo: 12 VCC × ±10 % = ±1,2 VCC

Las aplicaciones que no son de precisión de 12 VCC podrían aceptar una fuente de alimentación de 10,8 VCC a 13,2 VCC.

Calificaciones de consumo de corriente

La fuente de alimentación que utilice debe ser capaz de generar al menos el consumo máximo de corriente del actuador. Incluso si el actuador tiene un bajo consumo de corriente continua, existe un consumo de corriente de irrupción al arrancar el motor que puede alcanzar picos y requisitos similares a los valores nominales de consumo de corriente a plena carga del actuador. Otros dispositivos, como controladores y relés, pueden tener requisitos de consumo de corriente bajos en comparación con los actuadores, pero aun así presentan un consumo de corriente que debe tenerse en cuenta al elegir una fuente de alimentación. El consumo de corriente (amperios) y el voltaje (VCC) se utilizan para calcular los requisitos de potencia eléctrica (vatios), lo cual resulta útil para comparar la eficiencia energética de diferentes modelos de equipos eléctricos con un rendimiento de salida similar.

Vatios = Voltaje × Corriente

Añade un margen de seguridad (normalmente el 30 % es lo ideal)

Protección contra la entrada

Las fuentes de alimentación estándar, a menudo con una clasificación de protección de entrada baja (o sin clasificación), pueden tener una clasificación IP20 o IP30 y son más adecuadas para aplicaciones interiores secas. Para aplicaciones en exteriores, añadir cajas y cubiertas protectoras impermeables puede ayudar a evitar que los daños por agua o los residuos afecten el funcionamiento de la fuente de alimentación. Idealmente, una fuente de alimentación debe tener una clasificación IP65 o superior para uso en exteriores. La PS-20-12-67 (entrada de 100-120 VCA, salida de 12 VCC) y la PS-10-24-67 (entrada de 100-120 VCA, salida de 24 VCC) tienen clasificación IP67 y pueden soportar periodos de inmersión en agua.

Consideraciones de tamaño y peso

Cuando el espacio es limitado, elegir una fuente de alimentación compacta se vuelve esencial, especialmente para su integración en carcasas estrechas, plataformas móviles o sistemas embebidos. Las fuentes de alimentación miniaturizadas o con montaje en carril DIN son ideales para paneles de control donde cada centímetro cuenta.

El peso es otro factor a considerar, especialmente para configuraciones modulares o sistemas portátiles, como escritorios móviles de pie o equipos con limitaciones de movilidad. El paquete de baterías portátil FLT , por ejemplo, está diseñado específicamente para ser ligero y compacto para escritorios móviles de pie . Las fuentes de alimentación más ligeras reducen la tensión en las estructuras de montaje y facilitan su transporte e instalación. Asegúrese de revisar las especificaciones de dimensiones y peso al seleccionar una fuente de alimentación para entornos confinados o dinámicos.

Características de seguridad

Las fuentes de alimentación deben incluir mecanismos de seguridad esenciales integrados para proteger tanto la propia fuente como los dispositivos que alimenta. Desde la perspectiva de los actuadores lineales, busque las siguientes características:

• Protección contra sobrecorriente: evita daños por consumo excesivo de corriente o cortocircuitos.
  
• Protección contra sobretensión: apaga o limita la salida si el voltaje excede los umbrales seguros.
  
• Protección contra sobrecalentamiento: Activa la refrigeración o apaga la unidad en caso de sobrecarga térmica. Para aplicaciones de alta corriente, también se recomienda la refrigeración activa (p. ej., ventiladores o disipadores de calor integrados) para mantener la estabilidad térmica.
  
• Limitación de corriente de entrada: evita picos durante el encendido que podrían disparar los disyuntores o dañar los componentes.
  
• Filtrado EMI y protección contra sobretensiones: protege contra el ruido eléctrico y los transitorios de voltaje de la red eléctrica de CA.
  

Requisitos de control de retroalimentación

Algunas cajas de control también pueden incorporar fuentes de alimentación que convierten la tensión de entrada de CA en tensión de salida de CC, lo que activa los actuadores. En este caso, puede que no se requiera una fuente de alimentación externa adicional. Para sistemas de actuadores que funcionan con sensores Hall u otros dispositivos de retroalimentación de posición , se requieren cajas/sistemas de control con una lógica de programación más avanzada para permitir funciones como:

• Movimiento sincrónico de múltiples actuadores
• Posiciones preestablecidas de memoria
• Funciones de visualización de posición
• Movimientos de mayor precisión y exactitud

Nuestra tabla comparativa de cajas de control muestra las fuentes de alimentación compatibles que ofrecemos para cada una de ellas en la sección "Opciones de alimentación de CA". Para ver cuáles de nuestras cajas de control y actuadores son compatibles entre sí, consulte nuestra tabla de compatibilidad y tabla comparativa de cajas de control para obtener más información.

Una instalación adecuada y un mantenimiento continuo son fundamentales para garantizar el funcionamiento seguro, eficiente y duradero de su fuente de alimentación y sistema de actuador lineal eléctrico. A continuación, encontrará consejos y técnicas esenciales que debe seguir durante toda la vida útil de su sistema.

Consejos de mantenimiento regular

El mantenimiento continuo es crucial para prevenir problemas y maximizar la vida útil del sistema. Programe revisiones rutinarias que incluyan lo siguiente:

• Puntos de montaje seguros: Inspeccione periódicamente el soporte físico de la fuente de alimentación para garantizar que permanezca firmemente fijada al marco o la carcasa. Vuelva a apretar los tornillos sueltos para evitar vibraciones mecánicas o daños por impacto.
  
• Verifique la ventilación: asegúrese de que la fuente de alimentación tenga un flujo de aire adecuado para evitar el sobrecalentamiento limpiando las rejillas de ventilación y manteniéndolas libres de polvo y obstrucciones.
  
• Evalúe los componentes de carga: Observe el comportamiento del actuador y del controlador para detectar señales de problemas, como movimiento errático, calor excesivo o funcionamiento irregular. Estos pueden indicar un componente defectuoso o una carga excesiva en la fuente de alimentación.
  
• Limpiar terminales/puntos de contacto: elimine residuos, polvo y oxidación de los conectores para mantener una buena conductividad eléctrica.
  
• Inspeccione el cableado y los conectores: Busque señales de desgaste, corrosión, desgaste o terminales flojos. Reemplace inmediatamente los conectores dañados o el cableado dañado para evitar fallas eléctricas y garantizar un rendimiento confiable.
  
• Supervisar la salida eléctrica: mida periódicamente el voltaje y la corriente mientras el sistema esté bajo carga para confirmar que se mantenga dentro de los límites especificados.
  

Técnicas de cableado adecuadas

Seguir las técnicas de cableado adecuadas es fundamental para la fiabilidad y protección del sistema. Siga estas prácticas recomendadas para evitar caídas de tensión, interferencias o daños:

• Elija el calibre de cableado (AWG) adecuado: Seleccione cables de calibres que puedan transportar con seguridad la corriente que requieren sus actuadores, especialmente en distancias largas. Los cables de calibre inferior pueden sobrecalentarse o provocar una caída de tensión, lo que afecta el rendimiento del actuador.
  
• Utilice conexiones de alta calidad: asegure todo el cableado con uniones soldadas o conectores termorretráctiles para evitar desconexiones o cortocircuitos con el tiempo.
  
• Mantenga la polaridad: La polaridad invertida puede dañar los actuadores y las fuentes de alimentación. Revise siempre los diagramas de cableado y las etiquetas.
  
• Agregue protección contra sobrecorriente: instale fusibles o disyuntores en línea para protegerse contra fallas eléctricas y cortocircuitos.
  
• Reducir la EMI (interferencia electromagnética): utilice cables blindados y mantenga los tramos de cables lo más cortos posible para minimizar el ruido en aplicaciones que tienen requisitos de ruido sensibles.
  
• Consideraciones sobre energía de respaldo: para aplicaciones críticas, integre una fuente de energía de respaldo, como un sistema de batería o un generador, para mantener la funcionalidad en caso de un corte de energía eléctrica.
  

Las fuentes de alimentación son la base de cualquier sistema de actuador eléctrico. Con el paso de los años, los avances tecnológicos las han vuelto más compactas, eficientes y fiables. Comprender su función y elegir el tipo adecuado garantiza un rendimiento óptimo del actuador, una mayor vida útil y una integración perfecta en una amplia gama de aplicaciones de automatización.

Esperamos que esta guía de fuentes de alimentación le haya resultado tan informativa e interesante como a nosotros, especialmente si buscaba orientación para elegir las fuentes de alimentación adecuadas para sus actuadores lineales eléctricos y cajas de control. Si tiene alguna pregunta sobre nuestros productos o le cuesta elegir las fuentes de alimentación y los actuadores lineales eléctricos adecuados a sus necesidades, ¡no dude en contactarnos! Somos expertos en nuestro campo y estaremos encantados de ayudarle con cualquier pregunta que tenga.

ventas@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123