31 enero 2011

Las ventajas del motor eléctrico frente al motor de combustión en detalle (2ª PARTE)


Inversores y rectificadores
La conversión AC/DC y viceversa se consigue actualmente con componentes electrónicos con pérdidas adicionales muy pequeñas. La salida AC puede controlarse tanto en amplitud como en frecuencia para adaptarse a las exigencias de cualquier motor en cualquier punto de operación deseado. La velocidad y el par ahora pueden controlarse independientemente el uno del otro. Por lo tanto, el inversor supera casi todas las desventajas del motor eléctrico respecto a cualquier motor de combustión, mientras que las ventajas siguen siendo relevantes, incluyendo el retorno de la energía (inversión del flujo de energía), si se utiliza un inversor de cuatro cuadrantes (2 sentidos de giro, 2 direcciones de flujo de energía).

Simplificando, los inversores crearán una conexión entre el voltaje directo en el enlace DC cuando el voltaje alterno instantáneo en la línea es superior al voltaje DC en el enlace, permitiendo así la entrada de energía, y se desconecta tanto del uno como otro cuando la tensión de fuera es más baja. Este es el principio de funcionamiento del motor. Para alimentar de nuevo en el modo de generador de energía del inversor, y justificando su nombre, hace lo inverso: Se conecta cuando la tensión de línea es baja y se desconecta cuando es alta. De esta manera, la energía puede ir en cualquier dirección, incluso aunque el voltaje de línea es constante - y, dependiendo del diseño, la tensión DC en el circuito de enlace también se puede mantener en un nivel constante,
En el otro extremo, el lado del motor del convertidor electrónico de potencia, es algo más sofisticado. Simplificando de nuevo, el principio es encender y apagar el motor muy rápidamente, mucho más rápidamente de lo que puede conseguir un interruptor mecánico. Al variar continuamente la relación de tiempo encendido/apagado, la corriente promedio del motor puede variar continuamente, incluso si la tensión DC en el circuito de enlace se mantiene a una amplitud constante. El principio es mucho más sofisticado y bastante más caro que el control del flujo de agua en el baño con un grifo de agua, pero las ventajas son tan notables que este principio es el que firmemente abre el camino a los accionamientos eléctricos.
Los inversores también se puede utilizar en redes de corriente continua.
Los viejos tranvías bien podrían utilizar sus motores para el frenado, pero la energía eléctrica no podría alimentar de nuevo a las líneas debido a la tensión generada en el motor. En términos generales, es un poco más bajo que el voltaje en la línea, por lo que una inversión del flujo de potencia no era posible. La electricidad generada durante el frenado era absorbida en las resistencias y se perdía en forma de calor. Hoy en día los inversores pueden transformar la DC en AC, y la energía alterna puede transformarse a la frecuencia elegida, rectificada a DC y pasar a una línea aérea.
Hoy en día, un motor de combustión tiene una potencia de salida determinada, y eso es todo. Si tratamos de sacar un poco más de par de lo que ofrece la placa de características del motor, acabaremos ahogándolo.
¿Cuál es la diferencia con el comportamiento de un motor eléctrico? También cuenta con una potencia máxima determinada y un par máximo, pero ¿qué hacer si necesitamos aumentarlo?  
Podemos hacer lo siguiente:
La velocidad de un motor asíncrono o DC baja un poco, mientras que en un motor síncrono el ángulo entre la tensión aplicada y la inducida se vuelve un poco mayor. Ambos consumen más corriente, lo que facilita un par de salida más alto a aproximadamente o exactamente la misma velocidad, respectivamente. El motor podrá doblar el par nominal si así lo deseamos. Dependiendo del tipo de diseño y del tamaño del motor, puede ser más de cinco veces superior al par nominal. El único problema es que se permite esto sólo por un tiempo limitado debido a que el exceso de corriente genera un excesivo calor en el motor, y en el largo plazo, el motor se quemará. Con un inversor, su control electrónico ofrece ilimitadas opciones de programación.
Por todo ello:
  • Puesto que un motor eléctrico arranca solo y hay muchos tipos que ofrecen un par mayor en modo estacionario, en incluso ofrecen su mayor torque (par de rotura) en el modo de parada, el embrague no es necesario en un vehículo eléctrico.
  • Puesto que un motor eléctrico ofrece un par motor mucho más grande durante un tiempo limitado en vez de durante su funcionamiento continuo, no se necesita cambio de velocidad en un vehículo eléctrico. El motivo es que los vehículos siempre necesitan su fuerza de tracción máxima sólo para los períodos limitados durante la aceleración y movimientos cuesta arriba.
Así, un motor eléctrico es una opción mucho mejor y más sostenible para el funcionamiento de un vehículo que cualquier tipo de motor de combustión. Junto con un inversor electrónico de potencia que se encuentran cerca del ideal, mientras que la unidad de combustión es más o menos de manera provisional para mover un vehículo que sólo a causa de más de 100 años de experiencia junto con un mercado enorme y poderoso ha podido ser optimizado hasta donde ha llegado hoy. Sin embargo, no hay nuevos avances a la vista.
Lo que sigue faltando hoy en día es una batería utilizable. Es por ello que en el transporte terrestre se migrará muy pronto hacia las unidades eléctricas. Cada vez que un cable de la catenaria está disponible el motor eléctrico ha demostrado ya su superioridad, y todavía hay algunos potenciales de los que no hemos hablado.
Bibliografía: Why use a frequency inverter along with an electric motor? Leonardo Energy. August 2009
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