Cómo funciona un motor eléctrico
En el artículo “Así funciona el motor de un coche eléctrico de un coche” escrito por Arturo Vázquez /A.F.Vergara en abc.es se puede encontrar este pequeño vídeo que explica el funcionamiento básico de un motor eléctrico.
En los automóviles eléctricos se cambia el motor de combustión térmica por otro que utiliza la electricidad como fuente energética. Éste se encarga de realizar la transformación de esta energía eléctrica en mecánica permitiendo el movimiento de las ruedas del vehículo.
Estos motores eléctricos son de un tamaño mucho más reducido y más sencillos a nivel de construcción ya que necesitan muchos menos elementos que un motor térmico. Esta sencillez se puede observar el la siguiente figura.
Los motores eléctricos tienen curvas características que se acercan a la curva ideal necesaria para la tracción. Proporcionan una entrega de potencia constante en todo el rango de velocidades, lo que resulta en pares elevados a bajas velocidades y pares reducidos a altas velocidades. Por esta razón, los vehículos eléctricos no requieren caja de cambios. En la figura inferior se muestra la comparación de las curvas características de par y potencia de un motor eléctrico y uno térmico. El motor eléctrico proporciona un par máximo y constante en la zona de par constante a bajas velocidades hasta su velocidad nominal. Después de alcanzar la velocidad nominal, el par se reduce proporcionalmente con la velocidad, pero la potencia se mantiene constante en la zona de potencia constante.
Ventajas del motor eléctrico en automóviles:
- Como no se quema combustible, no se liberan gases contaminantes a la atmósfera.
- Los motores eléctricos producidos en serie son más compactos, baratos y sencillos que los motores de combustión interna.
- No necesita circuito de refrigeración, no necesita aceite, y no requiere mucho mantenimiento.
- Casi no hace ruido durante su funcionamiento y sus vibraciones son imperceptibles.
- Puede trabajar a plena capacidad sin cambiar la temperatura. Como no tiene elementos oscilantes, no necesita un volante de inercia o un soporte espaciador para aislarlo del resto del automóvil.
- Dado que genera muy poco calor y no está sujeto a vibraciones, puede durar mucho tiempo.
- El motor eléctrico no requiere caja de cambios, a excepción de un mecanismo para distinguir entre avance y retroceso, que se puede simplificar invirtiendo la polaridad del propio motor eléctrico.
- En teoría, un motor eléctrico puede desarrollar un par máximo desde 0 rpm, por lo que puede funcionar a la velocidad máxima desde cero.
- Cuando se quita la caja de cambios y la refrigeración es posible dividir la generación de movimiento colocando un pequeño motor en cada rueda en lugar de un motor “central” conectado a la transmisión. Que puede adoptar una nueva asignación de espacio para automóviles.
- En cuanto a la eficiencia del motor, es de alrededor del 90%. Debido a las limitaciones termodinámicas, los motores diésel pueden tener una eficiencia de hasta un 40 %, una vez más superior a la de los motores de gasolina.
- La energía se recupera fácilmente frenando y desacelerando (o parte de ella) para cargar la batería, ya que el motor eléctrico también puede actuar como generador.
Los motores eléctricos más comúnmente utilizados para entregar potencia a un vehículo eléctrico son:
- el motor de corriente continua,
- el motor síncrono de imanes permanentes,
- el motor asíncrono o de inducción,
- motor de flujo axial.
- el motor de reluctancia variable.
De estos tipos de motores los mas usados actualmente son los motores sincronos de imanes permanentes y los motores asíncronos o de inducción. Los vehículos híbridos utilizan en su mayoría el motor sincrono de imanes permanentes. Los vehículos eléctricos utilizan tanto motores sincronos de imanes permanentes (ejemplo Nissan Leaf, Renault Zoe, Mitsubishi I-MiEV y sus equivalentes: Citröen C-Zero, Peugeot iOn) como motores asíncronos o de inducción (ejemplo Tesla Model S).
Elementos de un motor eléctrico
-
- Baterías: Las baterías actuales son de iones de litio, las cuales almacenan la energía proveniente del cargador en forma de corriente continua. Estas baterías son las encargadas de alimentar mediante su energía almacenada a todo el coche eléctrico. En los coches eléctricos que cuentan con un motor de corriente alterna, la batería va conectada a un inversor.
-
- Cargador: Este es el encargado de absorber la electricidad de forma alterna directamente desde la red externa y la transforma en corriente continua, la cual almacena en la batería.
-
- Transformadores: Son los encargados de convertir la corriente interna, que es suministrada por la red eléctrica, en corriente continua, la cual permite ser almacenada por las baterías.
-
- Inversores: Los inversores son los encargados de transformar la corriente continua en corriente alterna, cuando se trata motores de corriente alterna.
-
- Controladores: Son los encargados de comprobar el correcto funcionamiento por eficiencia y seguridad y regulan la energia que recibe o recarga el motor.
-
- Regulador eléctrico o bloque electrónico de potencia: se trata de un sistema compuesto por varios subsistemas eléctricos y electrónicos llamados inversor, rectificador y transformador y gracias a ellos es capaz de gestionar los flujos de corriente entre las baterías y el motor en ambos sentidos: cuando el motor empuja al coche y cuando el motor recarga las baterías, actuando de generador durante la retención o frenada suave.
Cómo funciona el motor eléctrico de un vehículo
Según el artículo “¿Cómo funciona un motor eléctrico?” publicado por Aarón Pérez en autobild.es:
” Dentro del motor eléctrico del vehículo encontramos un elemento denominado estátor, que es el componente estático del motor, y diferentes arrollamientos por los cuales el paso de la corriente eléctrica crea un campo magnético que gira en el interior del estator. En el centro encontramos un rotor, el cual es la parte móvil que contiene un campo magnético fijo. Dicho campo magnético que gira en el estátor arrastra el campo magnético fijo del rotor y lo hace girar. Éste, a su vez, mediante una serie de engranajes, permite que las ruedas del coche eléctrico giren y, por consiguiente, se genere movimiento.
Gestión de energía en diferentes fases
También será interesante ver cómo los coches eléctricos gestionan la energía en las diferentes etapas de su uso. Encontramos dos fases bien diferenciadas, la fase de aceleración y la fase de desaceleración, que son controladas directamente por el conductor. En cualquier caso, a diferencia de un motor térmico, un motor eléctrico puede usar energía para crear movimiento o convertir energía cinética (movimiento) en energía eléctrica para cargar una batería.
- Fase de aceleración. La energía eléctrica en forma de corriente continua pasa de la batería al convertidor, el cual se encarga de modificar esta energía eléctrica de corriente continua a alterna. Esta llega al motor que, mediante el sistema antes explicado, mueve el rotor que acaba convirtiéndose en movimiento de las ruedas.
- Fase de desaceleración. El movimiento es al contrario. La fase se inicia en las ruedas, las cuales se encuentran en movimiento tras concluir la fase de aceleración, es decir, cuando levantamos el pie del acelerador. El motor eléctrico genera resistencia y convierte la energía cinética en corriente alterna. Esta corriente pasa por el convertidor que la convierte en corriente continua y, a su vez, se almacena en la batería. Este proceso también ocurre cuando actúa la frenada regenerativa del coche eléctrico.”
En este vídeo final publicado por Learn Engineering, se explica el funcionamiento del motor eléctrico del Tesla y lo compara con un motor térmico
Desventajas frente al motor térmico
A pesar de que los motores eléctricos tienen muchas ventajas en comparación con los motores de combustión interna, también presentan algunos inconvenientes para su uso en vehículos. Algunos de estos inconvenientes son:1. Precio. Los motores eléctricos y sus sistemas asociados, como las baterías, pueden ser más costosos que los motores de combustión interna. Esto puede aumentar el precio de los vehículos eléctricos en comparación con los vehículos convencionales.
2. Autonomía. A pesar de los avances en la tecnología de las baterías, la autonomía de los vehículos eléctricos sigue siendo menor que la de los vehículos convencionales. Esto puede limitar su uso en viajes largos
3. Tiempo de recarga. El tiempo de recarga de las baterías puede ser significativamente mayor que el tiempo que lleva llenar el tanque de combustible de un vehículo de gasolina. Esto puede hacer que la carga de la batería sea un proceso incómodo y limitante para los conductores.
4. Infraestructura de carga. La infraestructura de carga de vehículos eléctricos no está tan desarrollada como la infraestructura de estaciones de servicio de combustible. Esto puede dificultar la carga de los vehículos eléctricos en lugares públicos.5. Peso: las baterías y otros componentes del sistema eléctrico pueden ser más pesados que los componentes del motor de combustión interna. Esto puede afectar la eficiencia del vehículo y su capacidad de carga.
6. Desgaste de neumáticos. Al tener mayor peso y mayor aceleración, se produce un mayor desgaste del neumático. Por ello se montan gomas más resistentes pero que, aún así, tienen menor vida útil y son más caras.
0 comentarios