Motores Electricos de Traccion

AREA DE INGENIERA E INFRAESTRUCTURA DE LOS TRANSPORTES

DEPARTAMENTO DE INGENIERIA MECANICA

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5 MOTORES ELCTRICOS DE

TRACCIN

5.1. TIPOS DE MOTORES PARA AUTOMVILES

5.2. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

5.3. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA



5.1 TIPOS DE MOTORES PARA AUTOMVILES ELCTRICOS

El tipo de motor elctrico ms empleado en traccin de automviles elctricos es el de corriente

continua, ya que es de fcil regulacin. La regulacin puede ser clsica con resistencias, por

troceador o por puente rectificador controlado. Estas dos ltimas son electrnicas y se emplea

una u otra segn el tipo de alimentacin. La mayor desventaja de los motores de corriente

continua es su elevado costo de mantenimiento.

Dentro de los motores de corriente alterna, el ms usado es el asncrono, trifsico y monofsico.

Actualmente se regulan electrnicamente regulando la tensin y la frecuencia de la alimentacin

por medio de onduladores semicontrolados. Los motores sncronos necesitan un ondulador

totalmente controlado en el inducido y puente rectificador en el inductor. Al ser necesario

controlar exactamente la frecuencia de alimentacin, su regulacin es difcil, siendo poco usado.

Existen otros tipos, como el motor lineal, que solo tienen aplicacin en el campo de la

experimentacin.



5.2 MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA

Este motor permite varias conexiones :

1. Excitacin independiente.

2. Excitacin derivacin (shunt).

3. Excitacin serie.

4. Excitacin compuesta (compound).

Las ecuaciones generales que definen el comportamiento de un motor de corriente continua,

independientemente del tipo de excitacin, son :

E = KN (5.1) E = fuerza contraelectromotriz.

M = K1 I (5.2) K = constante del motor para la fuerza electromotriz.

N = nmero de vueltas por minuto.

= flujo magntico inducido.

U = E + I r (5.3) M = Par mecnico del motor.

E = U - I r (5.4) K1 = constante del motor para el par.

(5.5) I = intensidad de inducido.

La tensin U que se aplica al motor es contrarrestada por la fuerza contraelectromotriz y las prdidas

hmicas (Ec. 5.3).

K

rIUN



5.2.1 CURVAS CARACTERSTICAS DE LOS MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA.

MOTOR EXCITACIN SERIE.

Siendo:

I = Intensidad

N = N de r.p.m. del motor

M = Par motor

Estas curvas se deducen de las ecuaciones fundamentales de los motores de corriente continua.

Al tratarse de un motor de excitacin serie la intensidad que pasa por el inducido es la misma que la del

inductor, y conforme sta se incrementa lo hace tambin el flujo , en consecuencia disminuye el

nmero de vueltas del motor como se observa en la figura.

En cuanto a la curva M (I) se deduce de M = K1 I , y por ltimo la curva M (N) se obtiene por puntos

de las dos anteriores.



5.2.2 MOTOR EXCITACIN SHUNT

Estas curvas caractersticas coinciden prcticamente con las de los motores de excitacin

independiente fijo ya que ambos casos son muy similares.

La curva I (N) se convierte de esta forma en una recta vertical ya que al ser independiente la tensin

de inducido y de inductor, el flujo permanece prcticamente constante.

Por este mismo motivo la curva M (I) tiene menos pendiente que en los motores de excitacin serie, ya

que ahora un incremento de intensidad en el motor no supone un aumento del flujo.



5.2.3 MOTOR COMPOUND

La caracterstica M (N) de un motor compound se deduce de las del Shunt, debido al efecto de la

parte de inductor montada en serie, y es ms inclinada que la del Shunt, debido al efecto de la

parte de inductor montada en serie.

Comparacin de la caracterstica mecnica de tres tipos de motores.



5.2.4 COMPARACIN DE LOS DIFERENTES TIPOS

El motor derivacin no tiene aplicacin en traccin elctrica debido a su caracterstica dura de velocidad.

El motor de excitacin independiente fija tiene caractersticas similares.

El motor Compound tiene un margen de regulacin de velocidad superior, pero el ms apropiado es

el motor serie.

En la actualidad se emplean motores serie con regulacin reosttica y motores de excitacin

independiente variable con regulacin electrnica.



MOTOR SERIE:

Elevado par de arranque.

Disminucin de velocidad y aumento de par en pendientes ascendentes.

Facilidad de control, control por amplitud, troceadores...

Problema en las escobillas



MOTOR BRUSHLESS.

- Supresin de escobillas.

- Libre de mantenimiento.

- Control electrnico necesario.

- Muy popular en automviles elctricos e hbridos.

Tensin nominal: 96V.

Potencia : 1100W.

Velocidad 1100 rpm.

Velocidad lineal: 75Km/h.

Dim. llanta: 16 .

Helios.



MOTORES PASO-PASO.

- Par elevado en el arranque.

- Control de giro muy preciso.

- Amplio rango de regulacin.

- Control electrnico avanzado.

- Motores de un solo paso. 1 Pulso 1 Revolucin.



MOTORES RUEDA.

- Traccin directa.

- La llanta es el motor.

- Supresin del diferencial.

- Rgimen de giro muy bajo.

- Muy silenciosos.

- Electrnica compleja.

COMPARACIN CON ELSISTEMA DE TRACCIN

HBRIDA DE TOYOTA THS II.



Tensin /

Potencia

R.P.M.

Velocidad

Par

Diam.

Llanta.

48V/1500W

444-719

35-55 Km/h

19.9-32.2 Nm

10"

48V/2000W

571-915

45-70 Km/h

20.9-33.4 Nm

10"

48V/2500W

571-915

45-70 Km/h

26.1-41.8 Nm

10"

48V/3000W

571-915

45-70 Km/h

31.1-50.1 Nm

10"

MOTORES RUEDA.



Motor rueda de GM .

Control electrnico de los 2 motores rueda.

MOTORES RUEDA.



Chevrolet S-10.

2 motor-ruedas de 25Kw

cada una.

Llanta de 16 Par mecnico: 105 Nm.

R.P.M. : 1400

MOTORES RUEDA.



5.3 MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA

En los motores de corriente alterna se pueden distinguir los siguientes tipos :

- Motores sncronos.

- Motores asncronos de anillos rozantes.

- Motores de jaula de ardilla.

La ecuacin de la velocidad de sincronismo de un motor de corriente alterna es:

n1 = (5.10)

Siendo :

n1 = velocidad de sincronismo (r.p.m.).

f1 = frecuencia de la red (Hz).

p = nmero de pares de polos.

p

f60 1



Los motores sncronos giran siempre a la velocidad de sincronismo. Por esto, para regular su

velocidad, se debe controlar la frecuencia de alimentacin o, ms raramente, el nmero de

polos. La velocidad de un motor asncrono es algo menor que la velocidad de sincronismo. La

relacin es la siguiente :

(r.p.m.). (5.11)

Siendo :

n = velocidad del motor (r.p.m.).

s = deslizamiento (en %).

El deslizamiento depende de la carga y es otro factor que podemos controlar para regular la

velocidad de un motor asncrono. El par de un motor asncrono tiene la siguiente expresin :

M k I2 (N.m) (5.12)

U = k W f (V) (5.13)

Siendo :

I2 = Intensidad rotrica.

W = N de espiras.

= Flujo.

1n 100

s1n



La potencia elctrica en el entrehierro es la siguiente :

(W) (5.14)

La potencia mecnica suministrada tiene la siguiente expresin :

(W) (5.15)

La diferencia PL - P2 se disipa como potencia elctrica de prdidas en el circuito rotrico (Pr).

Pr = PL - s (5.16)

Un mtodo de aumentar el deslizamiento s es intercalar resistencias en el circuito rotrico para

aumentar Pr. Otro mtodo de controlar el deslizamiento es inyectar corriente continua en el rotor.

Estos mtodos slo pueden aplicarse en motores de anillos rozantes.

0.974

nMP2

0.974

nMP 1L



Los motores de corriente alterna ms usados en son los de jaula de ardilla. La nica forma de

regularlos completamente es controlando la tensin y la frecuencia de la alimentacin. Son los

ms robustos y no requieren manteniendo alguno.

Las grficas I - n y M - n de un motor de jaula de ardilla de 975 r.p.m. son las que aparecen

seguidamente. Al disminuir la frecuencia las curvas se comprimen proporcionalmente en la

ordenada de velocidad. Al disminuir la tensin se comprimen en la ordenada de par e intensidad.



MOTORES ASNCRONOS.

- Jaula de Ardilla o de rotor bobinado.

- Robustez mecnica y elctrica.

- Conversin frecuencia / tensin, PWM, SPWM...

Motor trifsico de jaula de ardilla.



MOTORES DE RELUCTANCIA VARIABLE.

- Reducido tamao.

- Par de arranque muy elevado.

- Control electrnico necesario.

Rotor de motor de reluctancia conmutado.



-------- 23.5 Kw.

-------- 18.5 Kw.

-------- 22 Kw.

-------- 22Kw.

CURVA DE PAR-VELOCIDAD.



COMPARATIVA

Ventajas e inconvenientes de los diferentes tipos de motores.

Corriente continua:

Ventajas:

- Sencillez en electrnica de control.

- Sistemas de control econmicos y precisos.

Inconvenientes:

- No son libres de mantenimiento.

- Mayor peso y volumen para misma potencia y par

que su correspondiente en corriente alterna.



Corriente alterna:

Ventajas:

- Robustez mecnica y elctrica.

- Reducido peso.

- Precio.

Inconvenientes:

- Electrnica de potencia, control menos preciso.

COMPARATIVA



5.4 FUTUROS DESARROLLOS.

- Sistemas de traccin directa.

- Fiabilidad de los motores, libres de mantenimiento.

- Conectividad entre vehculos para su recarga.

Tzero de GM con modulo AC-150

Motor de induccin de 50Kw.

Par mecnico, 220Nm.

Velocidad nominal: 5000 Rpm.

Cargador externo autoportante

Compuesto por un conjunto Motor

Generador.



5.5 CARACTERSTICAS PRINCIPALES DE MOTORES PARA

AUTOMVILES

Alta eficiencia y sencillez del sistema tractor.

Eliminacin de partes mecnicas en movimiento, caja de cambios, diferencial, ejes de transmisin.

Disposicin del par mximo desde el momento inicial de arranque.

Libres de mantenimiento.

Sistemas silenciosos.



5.6 APLICACIONES

- Sillas de ruedas.

- Bicicletas.

- Triciclos.

- Scooters.

- Automviles.

- Autobuses.

- Camiones...

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