Prueba de manejo de motor síncrono: ¿que significa?
Los coches eléctricos todavía se ven ensombrecidos por el desarrollo de las baterías
El rápido desarrollo de los sistemas de propulsión híbridos y el progreso sin precedentes en los últimos años en el campo de los vehículos eléctricos son el foco principal del desarrollo de la tecnología de baterías. Requieren el máximo de recursos de los desarrolladores y son el mayor desafío para los diseñadores. Sin embargo, no se debe subestimar el hecho de que el progreso en el desarrollo de tecnologías avanzadas de iones de litio va acompañado de un progreso significativo en el campo de la regulación de potencia de las corrientes eléctricas y los motores eléctricos. Resultó que aunque los motores eléctricos tienen una alta eficiencia, tienen un campo serio para el desarrollo.
Los diseñadores esperan que la industria crezca a un ritmo extremadamente alto, no solo porque los vehículos eléctricos son cada vez más comunes, sino también porque la electrificación de los vehículos de combustión es un elemento importante de los niveles de emisión establecidos en la Unión Europea.
Aunque el motor eléctrico tiene una historia antigua, los diseñadores de hoy se enfrentan a nuevos desafíos. Los motores eléctricos, según el propósito, pueden tener un diseño estrecho y un diámetro grande o un diámetro pequeño y un cuerpo largo. Su comportamiento en vehículos eléctricos puros difiere del de los híbridos, donde hay que tener en cuenta el calor generado por el motor de combustión interna. Para los vehículos eléctricos, el rango de velocidad es más amplio, y los instalados en un sistema híbrido paralelo en la transmisión deben optimizarse para operar dentro del rango de velocidad del motor de combustión. La mayoría de las máquinas funcionan con alto voltaje, pero las máquinas eléctricas de 48 voltios serán cada vez más populares.
Por que motores AC
A pesar de que la fuente de electricidad en la persona de la batería es la corriente continua, los diseñadores de sistemas eléctricos actualmente no piensan en usar motores de CC. Incluso con pérdidas de conversión, las unidades de CA, especialmente las síncronas, superan a las unidades de CC. Pero, ¿qué significa realmente un motor síncrono o asíncrono? Le presentaremos esta parte del mundo de la automoción porque, si bien los coches eléctricos han existido durante mucho tiempo en los automóviles en forma de arrancadores y alternadores, recientemente se han introducido tecnologías completamente nuevas en esta área.
Toyota, GM y BMW son ahora algunos de los pocos fabricantes que se han hecho cargo del desarrollo y la producción de motores eléctricos. Incluso Lexus, la subsidiaria de Toyota, suministra estos dispositivos a otra empresa, la japonesa Aisin. La mayoría de las empresas confían en proveedores como ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec o empresas chinas. Obviamente, el rápido desarrollo de este negocio permite que estas empresas se beneficien de las asociaciones con los fabricantes de automóviles. En cuanto al aspecto tecnológico, hoy en día, para las necesidades de los vehículos eléctricos e híbridos, se utilizan principalmente motores síncronos AC con rotor externo o interno.
La capacidad de convertir eficientemente baterías de CC en CA trifásicas y viceversa se debe en gran parte a los avances en la tecnología de control. Sin embargo, los niveles de corriente en la electrónica de potencia alcanzan niveles muchas veces más altos que los que se encuentran en una red eléctrica doméstica y, a menudo, superan los 150 amperios. Esto genera mucho calor con el que tienen que lidiar los dispositivos electrónicos de potencia. En la actualidad, el volumen de dispositivos de control electrónico sigue siendo grande porque los dispositivos de control de semiconductores electrónicos no se pueden reducir con una varita mágica.
Tanto los motores síncronos como los asíncronos son un tipo de máquinas eléctricas de campo magnético giratorio que tienen una mayor densidad de potencia. En general, el rotor de un motor de inducción consiste en un paquete simple de láminas sólidas con devanados en cortocircuito. La corriente fluye en los devanados del estator en pares opuestos, con corriente de una de las tres fases fluyendo en cada par. Dado que en cada uno de ellos está desfasado 120 grados con respecto al otro, se obtiene el llamado campo magnético giratorio. Esto, a su vez, induce un campo magnético en el rotor, y la interacción entre dos campos magnéticos, que giran en el estator y el campo magnético del rotor, conduce al arrastre de este último y la rotación posterior. Sin embargo, en este tipo de motor eléctrico, el rotor siempre va a la zaga del campo porque si no hay movimiento relativo entre el campo y el rotor, no inducirá un campo magnético en el rotor. Por lo tanto, el nivel de velocidad máxima está determinado por la frecuencia de la corriente de suministro y la carga. Sin embargo, debido a la mayor eficiencia de los motores síncronos, la mayoría de los fabricantes se quedan con ellos.
Motores síncronos
Estas unidades tienen una eficiencia y densidad de potencia significativamente mayores. Una diferencia significativa con un motor de inducción es que el campo magnético en el rotor no se crea por interacción con el estator, sino que es el resultado de la corriente que fluye a través de los devanados adicionales instalados en él o de los imanes permanentes. Por lo tanto, el campo en el rotor y el campo en el estator son síncronos, y la velocidad máxima del motor también depende de la rotación del campo, respectivamente, de la frecuencia de la corriente y la carga. Para evitar la necesidad de suministro de energía adicional a los devanados, lo que aumenta el consumo de energía y complica la regulación actual en vehículos eléctricos modernos y modelos híbridos, se utilizan motores eléctricos con la llamada excitación constante, es decir. con imanes permanentes. Como ya se mencionó, casi todos los fabricantes de tales automóviles usan actualmente unidades de este tipo, por lo tanto, según muchos expertos, todavía habrá un problema con la escasez de elementos costosos de tierras raras, neodimio y disprosio. Los motores síncronos vienen en diferentes variedades y soluciones de tecnología mixta como BMW o GM, pero te contaremos más sobre ellos.
construcción
Los motores de vehículos puramente eléctricos generalmente se acoplan directamente al diferencial del eje motriz y la potencia se transfiere a las ruedas a través de los semiejes, lo que reduce las pérdidas de transmisión mecánica. Con este diseño bajo el piso, el centro de gravedad se reduce y el diseño general del bloque se vuelve más compacto. La situación es completamente diferente con el diseño de los modelos híbridos. Para los híbridos completos como monomodo (Toyota y Lexus) y modo dual (Chevrolet Tahoe), los motores eléctricos están vinculados de alguna manera a los engranajes planetarios en el tren motriz híbrido, en cuyo caso la compacidad requiere que su diseño sea más largo y más pequeño en diámetro. En los híbridos paralelos clásicos, los requisitos compactos significan que el conjunto que encaja entre el volante y la caja de cambios tiene un diámetro mayor y es bastante plano, y fabricantes como Bosch y ZF Sachs incluso confían en un diseño de rotor en forma de disco. También hay variaciones del rotor: mientras que en el Lexus LS 600h el elemento giratorio se encuentra en el interior, en algunos modelos de Mercedes el rotor giratorio está en el exterior. Este último diseño también es extremadamente conveniente en los casos en que los motores eléctricos están instalados en los cubos de las ruedas.
Texto: Georgy Kolev
