1 TIPOS DE MOTORES PARA AUTOMÓVILES ELÉCTRICOS El
tipo de motor eléctrico más empleado en
tracción de automóviles eléctricos es el de
corriente continua, ya que es de fácil regulación.
La regulación puede ser clásica con resistencias,
por troceador o por puente rectificador controlado. Estas dos
últimas son electrónicas y se emplea una u otra
según el tipo de alimentación. La mayor desventaja
de los motores de corriente continua es su elevado costo de
mantenimiento. Dentro de los motores de corriente alterna, el
más usado es el asíncrono, trifásico y
monofásico. Actualmente se regulan electrónicamente
regulando la tensión y la frecuencia de la
alimentación por medio de onduladores semicontrolados. Los
motores síncronos necesitan un ondulador totalmente
controlado en el inducido y puente rectificador en el inductor.
Al ser necesario controlar exactamente la frecuencia de
alimentación, su regulación es difícil,
siendo poco usado. Existen otros tipos, como el motor lineal, que
solo tienen aplicación en el campo de la
experimentación.
2 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA Este motor permite varias
conexiones : 1. Excitación independiente. 2.
Excitación derivación (shunt). 3. Excitación
serie. 4. Excitación compuesta (compound). Las ecuaciones
generales que definen el comportamiento de un motor de corriente
continua, independientemente del tipo de excitación,
son : E = K·N· ? (5.1) E = fuerza
contraelectromotriz. M = K1 · I · ? (5.2) K =
constante del motor para la fuerza electromotriz. N =
número de vueltas por minuto. ? = flujo magnético
inducido. U = E + I · r (5.3) M = Par mecánico del
motor. E = U – I · r (5.4) K1 = constante del motor para
el par. (5.5) I = intensidad de inducido. La tensión U que
se aplica al motor es contrarrestada por la fuerza
contraelectromotriz y las pérdidas
óhmicas (Ec. 5.3).
2.1 CURVAS CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE
CONTINUA. MOTOR EXCITACIÓN SERIE. Siendo: I = Intensidad N
= Nº de r.p.m. del motor M = Par motor Estas curvas se
deducen de las ecuaciones fundamentales de los motores de
corriente continua. Al tratarse de un motor de excitación
serie la intensidad que pasa por el inducido es la misma que la
del inductor, y conforme ésta se incrementa lo hace
también el flujo ?, en consecuencia disminuye el
número de vueltas del motor como se observa en la figura.
En cuanto a la curva M (I) se deduce de M = K1 · I
· ?, y por último la curva M (N) se obtiene por
puntos de las dos anteriores.
2.2 MOTOR EXCITACIÓN SHUNT Estas curvas
características coinciden prácticamente con las de
los motores de excitación independiente fijo ya que ambos
casos son muy similares. La curva I (N) se convierte de esta
forma en una recta vertical ya que al ser independiente la
tensión de inducido y de inductor, el flujo permanece
prácticamente constante. Por este mismo motivo la curva M
(I) tiene menos pendiente que en los motores de excitación
serie, ya que ahora un incremento de intensidad en el motor no
supone un aumento del flujo.
2.3 MOTOR COMPOUND La característica M (N) de un motor
compound se deduce de las del Shunt, debido al efecto de la parte
de inductor montada en serie, y es más inclinada que la
del Shunt, debido al efecto de la parte de inductor montada en
serie. Comparación de la característica
mecánica de tres tipos de motores.
2.4 COMPARACIÓN DE LOS DIFERENTES TIPOS El motor
derivación no tiene aplicación en tracción
eléctrica debido a su característica
“dura” de velocidad. El motor de excitación
independiente fija tiene características similares. El
motor Compound tiene un margen de regulación de velocidad
superior, pero el más apropiado es el motor serie. En la
actualidad se emplean motores serie con regulación
reostática y motores de excitación independiente
variable con regulación electrónica.
MOTOR SERIE: Elevado par de arranque. Disminución de
velocidad y aumento de par en pendientes ascendentes. Facilidad
de control, control por amplitud, troceadores… Problema en las
escobillas
MOTOR BRUSHLESS.
-
Supresión de escobillas.
- Libre de
mantenimiento. -
Control electrónico necesario. – Muy popular en
automóviles eléctricos e híbridos.
Tensión nominal: 96V. Potencia : 1100W. Velocidad 1100
rpm. Velocidad lineal: 75Km/h. Diám. llanta: 16” .
Helios.
MOTORES PASO-PASO.
- Par elevado en
el arranque. -
Control de giro muy preciso.
- Amplio rango de
regulación.
- Control
electrónico avanzado. – Motores de un solo paso. 1 Pulso
– 1 Revolución.
MOTORES RUEDA. -
Tracción directa. – La llanta es el motor. –
Supresión del diferencial.
- Régimen
de giro muy bajo.
- Muy
silenciosos. -
Electrónica compleja. COMPARACIÓN CON ELSISTEMA DE
TRACCIÓN HÍBRIDA DE TOYOTA THS II.
(Gp:) Tensión / Potencia (Gp:) R.P.M. (Gp:) Velocidad
(Gp:) Par (Gp:) Diam. Llanta. (Gp:) 48V/1500W (Gp:) 444-719 (Gp:)
35-55 Km/h (Gp:) 19.9-32.2 Nm (Gp:) 10" (Gp:) 48V/2000W (Gp:)
571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:) 20.9-33.4 Nm (Gp:) 10" (Gp:)
48V/2500W (Gp:) 571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:) 26.1-41.8 Nm (Gp:)
10" (Gp:) 48V/3000W (Gp:) 571-915 (Gp:) 45-70 Km/h (Gp:)
31.1-50.1 Nm (Gp:) 10" MOTORES RUEDA.
Motor rueda de GM . Control electrónico de los 2
motores rueda. MOTORES RUEDA.
Chevrolet S-10. 2 motor-ruedas de 25Kw cada una. Llanta de
16” Par mecánico: 105 Nm. R.P.M. : 1400 MOTORES
RUEDA.
3 MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA En los motores de corriente
alterna se pueden distinguir los siguientes tipos : –
Motores síncronos. – Motores asíncronos de anillos
rozantes. – Motores de jaula de ardilla. La ecuación de la
velocidad de sincronismo de un motor de corriente alterna es: n1
= (5.10) Siendo : n1 = velocidad de sincronismo (r.p.m.). f1
= frecuencia de la red (Hz). p = número de pares de
polos.
Los motores síncronos giran siempre a la velocidad de
sincronismo. Por esto, para regular su velocidad, se debe
controlar la frecuencia de alimentación o, más
raramente, el número de polos. La velocidad de un motor
asíncrono es algo menor que la velocidad de sincronismo.
La relación es la siguiente : (r.p.m.). (5.11)
Siendo : n = velocidad del motor (r.p.m.). s = deslizamiento
(en %). El deslizamiento depende de la carga y es otro factor que
podemos controlar para regular la velocidad de un motor
asíncrono. El par de un motor asíncrono tiene la
siguiente expresión : M ? k · ? · I2
(N.m) (5.12) U = k’ · W · f · ? (V)
(5.13) Siendo : I2 = Intensidad rotórica. W = Nº
de espiras. ? = Flujo.
La potencia eléctrica en el entrehierro es la
siguiente : (W) (5.14) La potencia mecánica
suministrada tiene la siguiente expresión : (W)
(5.15) La diferencia PL – P2 se disipa como potencia
eléctrica de pérdidas en el circuito
rotórico (Pr). Pr = PL – s (5.16) Un método de
aumentar el deslizamiento s es intercalar resistencias en el
circuito rotórico para aumentar Pr. Otro método de
controlar el deslizamiento es inyectar corriente continua en el
rotor. Estos métodos sólo pueden aplicarse en
motores de anillos rozantes.
Los motores de corriente alterna más usados en son los de
jaula de ardilla. La única forma de regularlos
completamente es controlando la tensión y la frecuencia de
la alimentación. Son los más robustos y no
requieren manteniendo alguno. Las gráficas I – n y M – n
de un motor de jaula de ardilla de 975 r.p.m. son las que
aparecen seguidamente. Al disminuir la frecuencia las curvas se
comprimen proporcionalmente en la ordenada de velocidad. Al
disminuir la tensión se comprimen en la ordenada de par e
intensidad.
MOTORES ASÍNCRONOS. – Jaula de Ardilla o de rotor
bobinado. – Robustez mecánica y eléctrica. –
Conversión frecuencia / tensión, PWM, SPWM… Motor
trifásico de jaula de ardilla.
MOTORES DE RELUCTANCIA VARIABLE.
- Reducido
tamaño. -
Par de arranque muy elevado. – Control electrónico
necesario. Rotor de motor de reluctancia conmutado.
——– 23.5 Kw. ——– 18.5 Kw. ——– 22 Kw. ——–
22Kw. CURVA DE PAR-VELOCIDAD.
COMPARATIVA Ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de
motores. Corriente continua: Ventajas:
- Sencillez en
electrónica de control.
- Sistemas de
control económicos y precisos. Inconvenientes:
- No son libres
de mantenimiento.
- Mayor peso y
volumen para misma potencia y par que su correspondiente en
corriente alterna.
Corriente alterna: Ventajas:
- Robustez
mecánica y eléctrica.
- Reducido peso.
- Precio.
Inconvenientes:
-
Electrónica de potencia, control menos preciso.
COMPARATIVA
4 FUTUROS DESARROLLOS.
- Sistemas de
tracción directa.
- Fiabilidad de
los motores, libres de mantenimiento.
- Conectividad
entre vehículos para su recarga. Tzero de GM con modulo
AC-150 Motor de inducción de 50Kw. Par mecánico,
220Nm. Velocidad nominal: 5000 Rpm. Cargador externo autoportante
Compuesto por un conjunto Motor Generador.
5 CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE MOTORES PARA
AUTOMÓVILES Alta eficiencia y sencillez del sistema
tractor. Eliminación de partes mecánicas en
movimiento, caja de cambios, diferencial, ejes de
transmisión. Disposición del par máximo
desde el momento inicial de arranque. Libres de mantenimiento.
Sistemas silenciosos.
6 APLICACIONES
- Sillas de
ruedas. -
Bicicletas. – Triciclos.
- Scooters.
-
Automóviles.
- Autobuses.
- Camiones…