Preguntas técnicas sobre motores.

Preguntas y respuestas técnicas sobre motores eléctricos traccionarios.
Organización Autolibre.
¿Cómo funciona un motor Eléctrico? Un motor eléctrico es un dispositivo que puede producir una
fuerza cuando se aplica electricidad. La fuerza esta basada en el principio de atracción o repulsión entre
imanes. Por lo general, los imanes están dispuestos de modo que la fuerza es tangente a un eje
denominado rotor. Esto produce el movimiento de rotación habitual, pero se pueden organizar para
trabajar en una línea recta, por lo tanto también hay, "motores lineales".
¿Qué controla la velocidad de un motor? La velocidad a la que funciona el motor depende de la carga
que se coloca en el eje, y también en el diseño y tipo de motor. No hay límite inferior, pero cuando la
velocidad aumenta algunos motores fallan debido a problemas mecánicos, por ejemplo motores con
escobillas no se utilizan a más de 15.000 RPM. A muy altas velocidades, de más de 100000 RPM los
rulemanes empiezan a ser un problema y la resistencia del aire entra en juego. El vacío es una forma de
deshacerse de la fricción, pero entonces el motor tiene dificultades para deshacerse de su calor. Mediante
el uso de cojinetes magnéticos y velocidades (dentro de un vacío) de 1 millón de RPM son posibles.
Cada tipo de motor tiene un método diferente de control de la velocidad. Esto puede ser simplemente
variando la tensión de alimentación para un motor de CC (corriente continua) o universal AC / CC o
mediante complejos circuitos electrónicos utilizando micro-controladores para los motores sin escobillas
(de inducción).
Esquema de motor serie con escobillas.
¿Cuántos tipos de motores hay? Hay muchos tipos diferentes (alrededor de 20 tipos principales) de
motores eléctricos, pero casi todos utilizan la atracción o repulsión de imanes. Ya sea uno o los dos
campos, será un electro-imán, que es una bobina de alambre con corriente eléctrica que fluye a través de
él. . Para que el efecto resulte más fuerte, las bobinas están colocadas alrededor de un núcleo de hierro.
¿Cuál es la diferencia entre un motor AC (corriente alterna) y un motor de CC (corriente
continua)? Todos los motores trabajan internamente con AC cambiando la dirección de la corriente
para que la parte móvil sea atraída o repelida por la parte estacionaria. En un motor de CC la tensión
aplicada se convierte en un tipo de AC por un dispositivo llamado colector, donde rozan las escobillas
(carbones) o por medios electrónicos en un motor sin escobillas.
Motor de inducción con sensor para envío
de datos al controlador electrónico de velocidad.
¿Cómo puedo invertir la dirección de un motor? Algunos motores como los CC de Imanes
permanentes son muy fáciles de invertir, cambiando la polaridad de los cables de entrada. Sin es un motor
serie de CC solo con invertir la polaridad del campo o la de las escobillas se logra el cambio de sentido,
en los vehículos eléctricos esta operación la realizan contactores electromecánicos. Si se trata de un motor
AC deberá estar diseñado con salidas derivadas al exterior que permitan su inversión. A los motores de
inducción trifásicos se les realiza la inversión de marcha mediante un controlador electrónico.
¿Qué es un motor de PM? Este motor utiliza imanes permanentes (PM) para producir uno de los dos
campos magnéticos del motor, en lugar de utilizar corriente a una bobina de alambre. Estos motores
tienen la ventaja que una vez que los imanes se hacen con energía y magnetismo la dan gratis de por vida
(hay algunas cosas después de todo, gratis). El uso de imanes permanentes hace, los motores más
eficientes.
¿Por qué los imanes se atraen entre sí? Aunque es fácil ver el efecto de atracción de dos imanes entre sí
no existe una clara comprensión de las causas de la atracción. Un imán de heladera se pega a la puerta, ya
que produce un campo magnético en la puerta de acero de la polaridad opuesta, en un efecto llamado
inducción. La fuerza por unidad de área producida por un imán es proporcional al cuadrado de la densidad
de flujo y la superficie del imán.
¿Qué tipo de motor debo usar para convertir a mi coche a eléctrico? Las opciones son: motor con
escobillas CC o motores de inducción. Dentro de cada una de estas opciones hay otras, por ejemplo, en
motores con escobillas CC, puede tener campo bobinado o con imanes permanentes. Esto también es
válido para un motor sin escobillas, aunque cuando se esta buscando opciones mas económicas, los
motores de corriente continua (usados) de Auto elevadores o arrancadores de aviación son utilizables.
Si va a utilizar un motor nuevo la elección será probablemente, un motor de CC con escobillas.
Es el tipo más económico y libre de problemas estando disponible en tamaños adecuados. El motor de
inducción, aunque bastante simple y muy eficiente, necesita para su funcionamiento un variador
electrónico de alto costo (pero seguramente en el futuro es el sistema a imponerse). La potencia que
necesitas depende de la aplicación, normalmente con 10 HP equivalentes a 7.5 Kw puedes impulsar
cualquier vehiculo de 1200 K. Cuando diseñas vehículos de alto rendimiento potencias de 25 Kw y mas
es lo adecuado, para velocidades de 120 a 180 Kmh.
La mayoría de los motores eléctricos puede ofrecer grandes potencias por tiempos cortos, así que con 10
HP nominales este motor te podrá entregar 30 HP en periodos de 2 o 3 minutos sin sobrecalentarse.
Además es conveniente colocar alguna turbina de enfriamiento en la parte de las escobillas y nos
mantendrá más fresco al motor.
El motor CC con imán permanente es también una buena opción y puede utilizar un simple controlador
para ajustar la velocidad.
"Es posible fabricar uno mismo, un motor de buen rendimiento"
Los motores eléctricos son muy difíciles de diseñar porque hay muchos parámetros constructivos que
deben lograrse para obtener un buen resultado practico. También la mayoría de los parámetros tienen
una relación no lineal entre sí, y resolver estos cálculos requiere más que una simple álgebra.
Simulaciones por ordenador, en las ecuaciones de campo magnético, ayuda con algunos de los parámetros,
pero el funcionamiento a distintos regimenes juntos requiere una buena combinación de ingeniería
eléctrica y mecánica.
Motores de Imanes Permanentes funcionando en
tàndem en un Dahijatsu Charade.
¿Por qué algunos coches eléctricos son lentos y pesados?
Los motores eléctricos son muy eficientes y ligeros, sin embargo, la energía almacenada en una batería es
menor a la que tiene un tanque de gasolina. El tema pasa por definir que quizás el 80 % de los usuarios
no realizan más de 80 o 100 Km por día, y dentro de estos parámetros, tenemos diseños de autos
eléctricos con velocidades de 100 km/h y muy buena agilidad en el transito.
Es un tema a mejorar con el tiempo, prestaciones y costos de las baterías, lo bueno es que podemos tener
un vehiculo con batería de Plomo Acido ( 100 velocidad, 80 autonomía) y en el futuro cambiar la
tecnología a baterías superiores (litio o sodio/cloruro de níquel) multiplicando la autonomía por 2 o 3 y la
velocidad en un 20 % (por menor peso).
¿Cuánto pesa un motor eléctrico?
Teóricamente lo mejor que se puede lograr es, según la formula 5000 x CV / RPM en libras.
Por ejemplo, un motor de 20 HP a 5000 RPM pesaría 5000 x 20/5000 = 20 libras (9 K). En realidad los
motores indican su potencia a unos regimenes de revoluciones menores (1400 o 2800) y a estos
regimenes, dependiendo de su técnica interior un motor de inducción de 20 HP tendrá un peso de
aproximadamente 40 kg y uno de imán permanente sin escobillas, 30 Kg.
¿Por qué no vemos mas modelos con un motor en cada rueda?
Veamos por que se puede y no se puede. Depende de lo que espera conseguir del coche y para que lo vas
a utilizar. La mayor eficiencia la tiene "El motor en rueda", ya que no utilizas componentes de
transmisión, pero el peso y el costo será más alto que utilizar un único motor a bordo del vehículo.
Los motores eléctricos tienen cierto par (fuerza instantánea), un determinado tamaño de motor produce
tanto par como sea capaz de disipar calor. Esta medida de un motor es importante y relaciona su
capacidad de producir potencia en función de las RPM que puede desarrollar. Potencia, es el producto
del par y la velocidad.
Si el motor está en la rueda, el par motor debe ser mayor a la fuerza necesaria para funcionar a cualquier
velocidad (0 a 1000 RPM, tenga en cuenta que en un auto a 80 Km/h las ruedas giran a aprox. 750
RPM). Como resultado el motor en rueda debe estar sobredimensionado y esto significa un costo
mucho mayor que el poner un único motor con transmisión. De todos modos es esperable que en el
futuro la fabricación en masa de estos motores reduzca su precio y pueda ser una opción viable.
Hoy en día hay autos con motor en rueda pero son solo prototipos y por el momento no están a la venta.
Motores para rueda
HEINZMANN
Alemanes para autos y
camiones.
Este tipo de motor no tiene escobillas
y el controlador electrónico se encarga de
producir los campos móviles internos.
Internamente hay sensores que informan al
controlador de la posición del rotor inducido.
Este tipo de motor con rotor de poca masa,
puede lograr velocidades de giro muy altas,
10.000 o 14.000 RPM dependiendo de la
electrónica del controlador.
Informe Técnico de: Gabriel González Barrios
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