Alimentación por cable para drones: potencia, tensión, peso del cable y pérdidas de transmisión
Para un nivel de potencia DC dado, una mayor tensión de transmisión reduce la corriente. Con la misma resistencia de cable, una corriente menor reduce la pérdida resistiva. Sin embargo, la potencia útil para el dron y la altura de operación también dependen de las pérdidas del convertidor, la masa del cable, el viento, los límites térmicos y la configuración de la aeronave.
Un dron con cable puede permanecer en vuelo durante periodos prolongados, pero el vuelo continuo no significa potencia ilimitada.
El rendimiento de un dron con cable depende del equilibrio entre cuatro variables:
Comprender esta relación es esencial al comparar sistemas de alimentación por cable para drones.
Por qué la potencia nominal por sí sola no basta
Supongamos que un dron necesita potencia para:
- propulsión;
- electrónica de control de vuelo;
- sistemas de a bordo;
- carga útil de misión.
Añadir un foco de alta potencia, un equipo de retransmisión de comunicaciones u otra carga útil aumenta la demanda total del sistema.
Por lo tanto, el sistema de alimentación en tierra debe soportar la configuración completa de la aeronave, y no solo el dron.
Un concepto de ingeniería simplificado es:
Potencia requerida del sistema ≈ Potencia del dron + Potencia de la carga útil + Pérdidas del sistema + Margen de diseño
El margen exacto debe determinarse a partir de las características reales de la aeronave y del sistema.
Por qué los drones con cable usan alta tensión DC
La potencia eléctrica puede expresarse como:
P = V × I
Donde:
Para la misma potencia transmitida, aumentar la tensión reduce la corriente.
Solo para este cálculo ilustrativo, P es la potencia eléctrica DC en el punto de transmisión seleccionado. No son valores nominales de productos XINLV SMART. Ignorando las pérdidas de conversión:
Esa diferencia importa porque una corriente mayor suele exigir conductores más pesados y produce mayores pérdidas resistivas.
Esto explica por qué la transmisión de alta tensión es un enfoque de diseño importante en los sistemas de alimentación por cable para drones.
El problema oculto: el peso del cable
Un cable umbilical no solo transporta electricidad.
La aeronave debe elevar físicamente una parte de ese cable.
Consideremos un cable hipotético de 10 g/m:
Son cálculos de masa del cable, no valores nominales de carga útil de la aeronave. Las fuerzas reales sobre el dron dependen de la longitud suspendida, la geometría, la tensión y el viento. El convertidor a bordo y el hardware de montaje también contribuyen a la carga de vuelo.
Este ejemplo simplificado demuestra por qué los gramos por metro pueden convertirse en un parámetro de ingeniería crítico.
A medida que aumenta la longitud del cable, la aeronave debe hacer frente a una mayor masa de cable, resistencia aerodinámica y fuerzas ambientales.
Por lo tanto:
Un cable más largo no significa automáticamente un mejor rendimiento del sistema.
Las pérdidas de transmisión importan
Los cables largos introducen resistencia eléctrica.
La pérdida resistiva aproximada es:
Ppérdida = I²R
Aquí R es la resistencia total del circuito de ida y retorno, incluidas las conexiones correspondientes. La caída de tensión es ΔV = I R. La caída de tensión y la pérdida de potencia están relacionadas, pero no son la misma especificación. La resistencia varía con la temperatura del conductor.
Esto demuestra de nuevo por qué es importante reducir la corriente de transmisión.
Si la corriente se duplica, la pérdida resistiva se multiplica por aproximadamente cuatro cuando la resistencia no cambia.
Esta relación explica el valor de ingeniería de la transmisión de energía en alta tensión y baja corriente en aplicaciones de drones con cable largo.
Longitud del cable frente a altura real de operación
Un error común es:
Cable de 100 m = altitud de operación de 100 m.
No necesariamente.
La geometría real de operación puede depender de:
- ángulo del cable;
- viento;
- posición de la aeronave;
- flecha del cable;
- margen de seguridad;
- restricciones operativas locales.
Por lo tanto, la longitud del cable debe tratarse como una especificación del sistema y no como una altitud de operación garantizada.
¿Qué debería preguntar el comprador?
En lugar de preguntar solo:
“¿Cuántos kilovatios tiene su fuente de alimentación por cable?”
Pregunte:
¿Cuál es la potencia de salida continua? ¿Cuál es la potencia de salida de pico? ¿Cuál es la tensión de transmisión del cable? ¿Cuál es el peso del cable por metro? ¿Cuál es la pérdida de transmisión a carga nominal? ¿Cuál es el peso del módulo a bordo? ¿Qué ocurre cuando la potencia de la carga útil aumenta de repente?
Estas preguntas indican mucho mejor si un sistema de alimentación por cable es adecuado para una misión concreta de dron.
Preguntas frecuentes
¿Por qué un dron con cable usa alta tensión?
Para transmitir la potencia necesaria con menor corriente, lo que ayuda a reducir los requisitos del conductor y las pérdidas resistivas.
¿Un cable más largo reduce la capacidad de carga útil del dron?
Es posible. La masa del cable, la resistencia aerodinámica y las condiciones de operación pueden afectar al margen de rendimiento disponible de la aeronave.
¿Es la potencia máxima de salida la especificación más importante?
No. La potencia continua, la estabilidad de tensión, el peso del cable, la eficiencia de conversión, el comportamiento térmico y la compatibilidad con la aeronave deben evaluarse en conjunto.
Hablemos de la configuración de su dron
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XINLV SMART es un integrador de sistemas y proveedor de cadena de suministro y soluciones. Los análisis de configuración se centran en adecuar el dron, la carga útil y los componentes del sistema de alimentación. La compatibilidad, los límites de operación y la documentación de soporte disponible deben confirmarse para la configuración propuesta.
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