La tecnología de los motores eléctricos en vehículos

1 La tecnolog a de los motores el ctricos en veh Rodr guez Arribas y Marcos Lafoz PastorDpto. Ingenier a El ctricaMonograf a: Veh culos h bridos y el ctricos 2 Tracci n el ctrica en veh culos1. Introducci n. 2. Descripci n de los componentes principales de un veh culo el Motor/Generador el Convertidor electr Sistema de control de la energ a el Sistema de almacenamiento (Bater as, ultracondensadores)3. energ a desarrollada por un veh culo en su funcionamiento se emplea en:- Vencer la inercia y adquirir energ a cin tica (aceleraci n)- Adquirir energ a potencial (subiendo una cuesta). Par resistente de tipo activo- Par resistente de tipo pasivo (rozamiento-rodadura y fricci n aerodin mica(s lo deber a perderse la energ a involucrada en este ltimo (pares pasivos), la empleada en acelerar o en subir una cuesta deber a recuperarse al frenar o bajar la cuesta)-Los veh culos con propulsi n el ctrica y bater as, disponen de esta capacidad de funcionamiento reversible y almacenamiento de la energ a (e.))

2 El ctrica).-Se estima que en un ciclo urbano el 60% de la E. consumida se emplea en vencer inercias (energ a recuperable!).-En circuito urbano la velocidad media de los desplazamientos es inferior a la mitad que en carretera, luego la energ a gastada en rozamiento y fricci n es muy reducida. -CONCLUSI N: Con Tracci n El ctrica , se estima que se podr a lograr un consumo en circuito urbano inferior a la mitad del que se tiene en carretera. Introducci n. Eficiencia energ tica4 Introducci n. Circunstancias propiciaspara la llegada del veh culo el Desde el punto de vista medioambiental. Contaminaci n ac stica y atmosf rica en Desde el punto de vista tecnol gico. Evoluci n de las bater el punto de vista de estrategia pol tica energ tica. Dependencia del exterior / $ Es la evoluci n l gica del transporte (lo que hacemos es mejorable).5 Tracci n el ctrica en veh culos1.

3 Introducci Descripci n de los componentes principales de un veh culo el Motor/Generador el Convertidor electr Sistema de control de la energ a el Sistema de almacenamiento (Bater as, ultracondensadores)3. Conclusiones6 MOTOR/GENBATER ASCONVERTIDORMICROPROCESADORE squema general de los componentes del sistema de tracci n en un veh culo el ctrico UTILIZADOS EN TRACCI N EL CTRICA:- motores AS NCRONOS O DE INDUCCI N - motores S NCRONOS DE IMANES PERMANENTES- motores DE FLUJO AXIAL-M QUINAS DE RELUCTANCIA CONMUTADA- motores DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS (BRUSHLESS DC)8 motores AS NCRONOS O DE INDUCCI N-Datan de finales del siglo XIX ( ) -Son los m s extendidos en la industria (80% de los motores )debido a su robustez, bajo coste y escaso mantenimiento -En accionamientos con regulaci n de la velocidad como los detracci n el ctrica, donde antes hab a MCC, hoy se instalanMA alimentados mediante convertidores electr nicos Constituci n de un motor el ctrico:Estator-rotor-entrehierroTipos de M quina As ncrona.

4 Jaula de ardillaRotor devanado9 Hay cuatro constituyentes de un motor el ctrico: -Circuito el ctrico-Circuito magn tico-Aislamientos-Refrigeraci n motores AS NCRONOS O DE INDUCCI Nm)p(rp f= AS NCRONOS O DE INDUCCI NPrincipio de funcionamiento:Hs-AHs-BHs-CHsHs-AHs-CHsH sHs-CHs-BsrrssenHH=T ] ] [[m)p(rp f= senoidal giratorio en estator (Hs) -Inducci n de y corrientes en el rotor-Campo senoidal giratorio en el rotor (Hr)-Interacci n entre ambos campos:Par electromagn ticom)p(rp f= -El rotor gira a velocidad as ncrona respectoal campo: deslizamiento (s=2% 6%)11 motores AS NCRONOS O DE INDUCCI N2221212+)'+( 60 2' 3=XccsRRUnsRMmModelo de la AS NCRONOS O DE INDUCCI NConvertidor electr nico(Bidereccional)13 motores S NCRONOS DE IMANES PERMANENTESpf=n 60 Convencionalmente se ha utilizado en aplicaciones de generaci n de energ a el ctricaHoy tambi n se usa cada vez m s como motor, debido a que tiene una mayor densidad de potencia y mejor rendimiento que las m quinas as ncronasRotor cil ndricoPolos salientesLa M quina S ncrona14 motores S NCRONOS DE IMANES PERMANENTES-Circuito de excitaci n sustituido por imanes permanentes de alta energ a:Ej: NdFeB.

5 Se reduce volumen!! Aprox. 30% m s peque os y 10% m s eficientes -Existen motores de imanes superficiales (SPM) y motores de imanes interiores (IPM)15 motores S NCRONOS DE IMANES PERMANENTESM odelo de la :Convertidor electr nico:Sistema de control:jXsErIsURsjXsErIsURs UE0dq UE0dqParVelf1f2f3f4f5Es similar al de la , pero como no debe magnetizar la m quina conduce menor corriente. Debido a las reactancias m s bajas debe trabajar con mayor frecuencia de conmutaci n o aumentar el rizado de la 23 =dqdqErjXiIsIidqEjXIsUIsq=Is T ErjXiIsIidqEjXIsUIsq=Is T Vectores espaciales16 motores DE FLUJO AXIAL- motores s ncronos de imanes permanentes-Permiten ser integrados directamente en la rueda del veh culo,optimizando el espacio en el veh culo y simplificando losacoplamientos mec nicos entre motor y rueda-Tienen estator y rotor dispuestos de forma longitudinal sobre el eje-Direcci n de establecimiento del flujo la paralela al eje-Inconveniente: esfuerzos radiales 17M QUINAS DE RELUCTANCIA CONMUTADALas bobinas del estator son concentradasId neas para tracci n por su elevado par,su robustez, sencillez de fabricaci n y porque la electr nica y control requeridos son.

6 -necesidad de un sistema de detecci n de posici n-rizado en el par que presenta-bajo factor de potencia Sensor posici nFaseAFaseBFaseCFaseB FaseCCInversorControl del inversorControl del inversorI refI refFaseAMRCsw1sw2sw3sw5sw4sw6D1D3D5D2D4D 618 motores DE CORRIENTE CONTINUA SIN ESCOBILLAS(BRUSHLESS DC)-Las m quinas de corriente continua son las tradicionales en tracci n el ctrica-Inconvenientes: costosa construcci n y mantenimiento colector-escobillas-El motor brushless DC incorpora imanes permanentes en vez de circuito inductor:1) la conmutaci n se realiza de forma electr nica en lugar de mec nica2) los imanes permanentes van alojados en el rotor en lugar de en el estator3) las bobinas del inducido van alojadas en el estator,constituyendo un devanado monof sico o polif sico-Su funcionamiento se basa en la alimentaci n secuencial de cada una de las fases del estator de forma sincronizada con el movimiento del rotor-La alimentaci n en corriente continua simplifica la electr nica del convertidor-Inconveniente: Se necesitan sensores para detectar la posici n del rotor19 Tracci n el ctrica en veh culos1.

7 Introducci Descripci n de los componentes principales de un veh culo el Motor/Generador el Convertidor electr Sistema de control de la energ a el Sistema de almacenamiento (Bater as, ultracondensadores)3. Conclusiones20 Veh culos el ctricos comerciales (mercado).MODELO (H BRIDOS)MOTORBATER ASMotor S ncrono IP60 kW (650V) 207 Nm ( )NiMH200 V (27 kW)INSIGHTB rushless DC Motor IP10 kW 78 Nm NiMH100 V (5,75 Ah)CHEVROLET VOLTOPEL AMPERA111 kW 370 Nm Li-I N370 V (16 kWh)LEON TWIN DRIVEECOMOTIVE 150 kW Li-I N300 V (40 Ah)21 Veh culos el ctricos comerciales (mercado).MODELO (EL CTRICOS)MOTORBATER ASMITSUBISHI iMIEVPEUGEOT iONCITR ENMotor S ncrono IP47 kW 180 Nm ( )Li-I N330 V (50 Ah)RENAULT ZE70 kWLi-I N400 V (90 kW)MINI (BMW)150 kW 220 NmLi-I NSMART ED30 kW Li-I NROADSTERM otor Inducci n 185 kW (375V) 375 Nm ( ) individual Li-I NREVAM otor Inducci n 14,5 kW52 Nm (8000rpm)-Pb- cido-Li-I NFT-EV45 kW 160 Nm ( )22 Veh culos el ctricos comerciales (mercado).

8 23 Conclusiones sobre motores en veh culos el ctricos:Se han mencionado las ventajas e idoneidad de la tracci n el ctrica para el transporte urbano, pero en :-Mientras dure el proceso de evoluci n de las prestaciones del veh culo el ctrico (bater as y pila de combustible) hasta alcanzar los requerimientos a los que el actual usuario de veh culos est acostumbrado, los veh culos h bridos jugar n un papel decisivo en esta transici Ingenier a El ctricaMonograf a: Veh culos h bridos y el ctricos Muchas gracias