sábado, 5 de junio de 2010

¿Qué conversión necesito? Vol 2. De motores eléctricos, caballos y otros números

Buenos días a todos.

Siguiendo con la serie ¿Qué conversión necesito? pasamos al segundo punto en importancia. Si en un inicio vimos el "almacén" de energía, ahora vamos a tratar de quien vaciará ese almacén. El motor.

El motor eléctrico es una máquina, que como su propio nombre indica, ha de transformar la electricidad de las baterías en movimiento. ¿como se hace? Pues fundamentalmente, por un principio que se conoce como electromagnetismo. Un motor eléctrico cuenta con dos partes fundamentales, el rotor y el estator. El rotor es la parte que se mueve, y que va unida al eje. El estator es la parte fija, que va unida a la carcasa del motor. En ambas partes, mediante arrollamientos de cable (o en algunos casos, en una de las partes mediante imanes) se crea un campo magnético, es decir, se crea mediante electricidad, un imán en el rotor y otro en el estator.
Como recordamos, los polos opuestos se atraen y los polos iguales se repelen. Consecuentemente, se produce un alineamiento entre polos opuestos de rotor y estator.

Si cambiamos la polaridad de uno de los imanes, automáticamente, por repulsión-atracción, el rotor girará para alinearse nuevamente según los polos opuestos.

Así pues, cuanto más rápido cambiemos el sentido de los polos, mas rápido girará el motor.

Ya hemos visto como se controla la velocidad de un motor, controlando la velocidad de cambio de polaridad de los imanes, lo que equivale a cambiar la polaridad de la alimentación eléctrica a las bobinas de una de las partes.

¿Y como se controla la potencia?

Pues controlando la intensidad del campo magnético, esto es, la fuerza con la que se atraen-repelen las partes. Esto se controla variando la intensidad eléctrica que circula por ellas. Visto así, un motor eléctrico puede estar girando a 3000 rpm consumiendo 1 o 100 Amperios.

Estos pues, son los fundamentosdel motor eléctrico.

¿Que tipos de motores hay?

Fundamentalmente, dos. De corriente continua y de corriente alterna.

Los motores de corriente continua se alimentan, obviamente con corriente continua, y la variación de polaridad se realiza en el rotor mediante el colector y las escobillas.

Los motores de corriente alterna, se alimentan con (nuevamente perogrullada) corriente alterna, de manera que la variación de polaridad ya la lleva implícita la corriente de suministro.

¿Cual es mejor?

Como todo en esta vida, no hay una verdad absoluta. Los motores de corriente continua son mas fáciles de controlar (sólo hay que controlar intensidad, mientras que en AC hay que controlar intensidad y frecuencia), pero por contra, son un poco menos eficientes y es muy dificil obtener frenado regenerativo de ellos. (salvo los motores de imanes permanentes). Así pues, cada uno tiene su campo de aplicación, por lo que depende de lo que se esté buscando, será mejor un motor DC o AC.

¿Que potencia dan los motores eléctricos?

Los motores eléctricos son capaces de dar tanta potencia como admitan sus "sus tripas", esto es, sus devanados. Es decir, tanta electricidad como seamos capaces de meter en el motor sin que se queme, tanta potencia dará el motor. Esto depende del tiempo. La potencia que puede soportar un motor con seguridad durante unos pocos minutos puede duplicar tranquilamente la potencia nominal del motor.

¿Puedo comparar la potencia de mi coche de gasolina actual con la de un coche eléctrico?

En este caso, la respuesta es clara: No. Es comparar peras con manzanas. La potencia que da el fabricante de un coche de gasolina es la potencia máxima, mientras que la potencia de un moto eléctrico es la potencia continua, es decir, aquella que puede mantener sin ningún problema durante horas y horas (e incluso años y años). ¿Cuanto resiste un coche dando la potencia máxima?.
Como hemos visto antes, un motor eléctrico, por definición no tiene potencia máxima, sino que dependerá de cuanta "chicha" seamos capaces de inyectarle.

¿Por qué un coche eléctrico de pocos CV sale más rápido de los semáforos que un coche con el doble de potencia?

Tal y como hemos comentado antes, la potencia de uno y otro no son comparables, por lo que, en el momento del arranque, el eléctrico tiene mucha mas potencia disponible, o más concretamente, mas par motor. El par motor es la fuerza de giro que ejerce un motor, y es lo que realmente mueve al vehículo. El producto del par por la velocidad de giro es lo que da la potencia.

Pongamos un ejemplo:


Imaginémonos un torno de un pozo, de donde tenemos que sacar agua en un cubo. La fuerza necesaria para izar el cubo es el par motor. Si el cubo es el doble de grande, el torno va "mas duro", es decir, hace falta mas par.

Un señor muy fuerte conseguirá subir el cubo antes que uno mas flojucho, pues girará la manivela mas rápido. Pero ambos desarrollarán el mismo par. O dicho de otra forma, el primero tiene mas potencia, pero el mismo par que el segundo.

¿Que ocurre con un motor de gasolina?


Pues que el par y la potencia van creciendo conforme aumentan las revoluciones del motor. A 1000 rpm, hay muy poco par disponible, con lo cual, la potencia real que se puede transmitir a las ruedas es muy poca. Por eso, engranamos 1ª y salimos acelerando. Queremos mas par, para que aquello tire.

¿Y que ocurre en un motor eléctrico?


Pues que el 100% (o incluso el 200%, por lo que vimos antes) del par está disponible desde 0 rpm, con lo cual, el coche arrancará con muchos mas "bemoles" de los que su cifra de potencia pudiese hacer sospechar.


Esto es todo de momento. Si me dejé algo en el tintero o es necesario alguna explicación más, ¡¡¡no duden en preguntar!!!


"Go Electric!"



8 comentarios:

Anónimo dijo...

Hola Luis
Sigo con interés tus clases particulares con el objetivo de volverme una experta.
Mucha suerte en esta nueva aventura
S.G.U.

ZEVNA dijo...

Encantado de que le resulte útil a alguien. ;-)

duir dijo...

Buenas, evidentemente es necesario explicar estos principios para quien nada sabe pero supongo que habrá un volumen 2 entrando más en detalle en que parámetros harán que nos inclinemos para nuestra conversión por un DC o un AC, y si es DC por uno con o sin escobillas, de imanes permanentes o no, y si es AC por uno de inducción asíncrono o síncrono (algún VE lleva motor síncrono y control por frecuencia). Y de paso mencionar los diferentes métodos de control de estos motores y sus pros y contras, PWM, VF, etc... Supongo que hoy por hoy por simplicidad estareis optando para la conversión del Smart por un motor DC de iman permanente y un controlador comercial con regeneración. ¿Las baterías serán de Litio o de NiMH?
Un saludo y suerte con la empresa

ZEVNA dijo...

El Smart llevará un motor AC asíncrono de 25 Kw con regen y un controlador Curtis 1248. Las baterías serán de lítio, aproximadamente de 13-15 KWh.

Estoy preparando un "especial" DC-AC donde se explicaría incluso lo que afecta el calado de las escobillas de un motor DC en que no pueda regenerar.

Respecto a los motores síncronos, como decía aquel, son como las meigas, existir existen, aunque son un poco extraños de arrancar, por no tener par de arranque alguno.

Gracias por vuestro apoyo.

Saludos,

Luis

Carlos Noya dijo...

Hola Luis, como siempre felicidades por el blog, un futuro referente en el sector. ¿Que te parecería ponerle este motor al Smart? Por supuesto, como elementos fundamentales tendrías que incluir unas alas en los laterales ;)

Leo Motors, 120kw electric engine

Andoni dijo...

Quizás esto les resulte interesante:
http://auto.howstuffworks.com/electric-car2.htm

Por cierto, ¿Cómo van a gestionar el tema del pedal del acelerador??. Sustitución o adaptación??

Entiendo que en coches viejos será adaptación ---> Cable acelerador a potenciómetro a variador.

Pero desconozco si los coches nuevos con pedales digitales van con el bus CAN y se tendría que meter mano a la centralita....

ZEVNA dijo...

Los coches nuevos son todavía mas sencillos, pues llevan un potenciómetro de serie. El pedal va conectado a él, y genera una señal que se manda a la centralita. La centralita, en función a la señál y al resto de parámetros que mide, es la que acelera.

Un saludo!

Luis
Zevna

julian Grimaldos dijo...

como se conecta el motor de cubo dc para coche y su respectivo variador de corriente?

Publicar un comentario en la entrada