Proba de motor síncrono: que significa?

Os coches eléctricos aínda están ensombrecidos polo desenvolvemento de baterías

O desenvolvemento rápido da tecnoloxía de baterías é o rápido desenvolvemento de motores híbridos e os avances sen precedentes nos últimos anos no campo dos vehículos eléctricos. Requiren o máximo de recursos dos desenvolvedores e son o maior desafío para os deseñadores. Non obstante, non se debe subestimar o feito de que o progreso no desenvolvemento de tecnoloxías avanzadas de ión-litio vai acompañado de avances significativos no campo da regulación de potencia de correntes eléctricas e motores eléctricos. Descubriuse que, aínda que os motores eléctricos teñen unha alta eficiencia, teñen un serio campo de desenvolvemento.

Os deseñadores esperan que esta industria medre a un ritmo extremadamente alto, non só porque os vehículos eléctricos son cada vez máis comúns, senón tamén porque a electrificación de vehículos con combustión é un elemento importante dos niveis de emisión establecidos na Unión Europea.

Aínda que o motor eléctrico ten unha historia antiga, hoxe en día os deseñadores enfróntanse a novos retos. Os motores eléctricos, dependendo do propósito, poden ter un deseño estreito e un diámetro grande ou un diámetro pequeno e un corpo longo. O seu comportamento en vehículos eléctricos puros difire do dos híbridos, onde se debe ter en conta a calor xerada polo motor de combustión interna. Para os vehículos eléctricos, o rango de velocidade é máis amplo e os instalados nun sistema híbrido paralelo na transmisión deben optimizarse para funcionar dentro do rango de velocidades do motor de combustión. A maioría das máquinas funcionan con alta tensión, pero as máquinas eléctricas de 48 voltios serán cada vez máis populares.

Por que motores de CA.

A pesar do feito de que a fonte de electricidade na persoa da batería é de corrente continua, os deseñadores de sistemas eléctricos actualmente non pensan en usar motores de corrente continua. Mesmo con perdas de conversión, as unidades de CA, especialmente as síncronas, superan ás unidades de corrente continua. Pero que significa realmente un motor síncrono ou asíncrono? Presentarémosche esta parte do mundo do automóbil porque, aínda que hai coches eléctricos hai moito tempo nos coches en forma de arrancadores e alternadores, recentemente introducíronse tecnoloxías completamente novas nesta área.

Toyota, GM e BMW son agora algúns dos poucos fabricantes que asumiron o propio desenvolvemento e produción de motores eléctricos. Incluso a filial de Toyota Lexus subministra estes dispositivos a outra compañía, a xaponesa Aisin. A maioría das empresas confían en provedores como ZF Sachs, Siemens, Bosch, Zytec ou empresas chinesas. Obviamente, o rápido desenvolvemento deste negocio permite a estas empresas beneficiarse de asociacións con fabricantes de automóbiles. En canto ao lado tecnolóxico, hoxe en día, para as necesidades de vehículos eléctricos e híbridos, úsanse principalmente motores síncronos de corrente alterna cun rotor externo ou interno.

A capacidade de converter eficientemente as baterías de corrente continua en CA trifásico e viceversa débese en gran parte aos avances na tecnoloxía de control. Non obstante, os niveis actuais da electrónica de potencia alcanzan niveis moitas veces superiores aos atopados nunha rede eléctrica doméstica e a miúdo superan os 150 amperios. Isto xera moita calor que a electrónica de potencia ten que afrontar. Na actualidade, o volume de dispositivos electrónicos de control aínda é grande, porque os dispositivos electrónicos de control de semicondutores non se poden reducir cunha variña máxica.

Tanto os motores síncronos como os asíncronos son un tipo de máquinas eléctricas de campo magnético rotativo que teñen unha maior densidade de potencia. En xeral, o rotor dun motor de indución consiste nun simple paquete de follas sólidas con enrolamentos en curtocircuíto. A corrente flúe nos enrolamentos do estator en pares opostos, con corrente procedente dunha das tres fases en cada par. Dado que en cada un deles desprázase en fase 120 graos con respecto ao outro, obtense o chamado campo magnético rotativo. Isto, á súa vez, induce un campo magnético no rotor, e a interacción entre dous campos magnéticos - xirando no estator e o campo magnético do rotor, leva ao arrastre deste último e a posterior rotación. Non obstante, neste tipo de motores eléctricos, o rotor sempre queda atrás do campo porque se non hai movemento relativo entre o campo e o rotor, non inducirá un campo magnético no rotor. Así, o nivel de velocidade máxima está determinado pola frecuencia da corrente de subministración e da carga. Non obstante, debido á maior eficiencia dos motores síncronos, a maioría dos fabricantes seguen con eles.

Motores síncronos

Estas unidades teñen unha eficiencia e densidade de potencia significativamente maiores. Unha diferenza significativa respecto dun motor de indución é que o campo magnético no rotor non se crea por interacción co estator, senón que é o resultado da corrente que flúe a través dos devanados adicionais instalados nel ou dos imáns permanentes. Así, o campo do rotor e o campo do estator son síncronos e a velocidade máxima do motor tamén depende da rotación do campo, respectivamente, da frecuencia da corrente e da carga. Para evitar a necesidade de subministración de enerxía adicional aos devanados, o que aumenta o consumo de enerxía e complica a regulación actual en vehículos eléctricos modernos e modelos híbridos, utilízanse motores eléctricos coa chamada excitación constante, é dicir. con imáns permanentes. Como xa se mencionou, case todos os fabricantes deste tipo de automóbiles usan actualmente unidades deste tipo, polo que, segundo moitos expertos, aínda haberá un problema coa escaseza de caros elementos de terras raras neodimio e disprosio. Os motores síncronos veñen en diferentes variedades e solucións tecnolóxicas mixtas como BMW ou GM, pero contarémosche máis sobre eles.

Construción

Os motores de vehículos puramente eléctricos adoitan acoplarse directamente ao diferencial do eixe motriz e a potencia transfírese ás rodas a través dos eixes dos eixes, reducindo as perdas de transmisión mecánica. Con este deseño baixo o chan, o centro de gravidade redúcese e o deseño xeral do bloque faise máis compacto. A situación é completamente diferente coa disposición dos modelos híbridos. Para os híbridos completos como o modo único (Toyota e Lexus) e o modo dual (Chevrolet Tahoe), os motores eléctricos están ligados dalgún xeito aos engrenaxes planetarios da transmisión híbrida, nese caso, a compacidade require que o seu deseño sexa máis longo e pequeno. diámetro. Nos clásicos híbridos paralelos, os requisitos compactos significan que o conxunto que se encaixa entre o volante e a caixa de cambios teña un diámetro maior e sexa bastante plano, con fabricantes como Bosch e ZF Sachs que mesmo confian nun deseño de rotor en forma de disco. Tamén hai variacións do rotor, mentres que no Lexus LS 600h o elemento xiratorio está situado no interior, nalgúns modelos de Mercedes o rotor xiratorio está fóra. Este último deseño tamén é moi cómodo nos casos en que os motores eléctricos están instalados nos cubos das rodas.

Texto: Georgy Kolev