Motores eléctricos: ¡Todos se sienten igual! | Técnica eléctrica con Pablo D. González - km77
En este vídeo os explicamos por qué las curvas de par y potencia de los actuales vehículos eléctricos siguen todas un mismo patrón y qué consecuencias se deriva de ello. En pocos minutos veréis cuál es el efecto de los hercios, los voltios y los amperios en el funcionamiento de un motor eléctrico.
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00:00Mirad, esta es la curva de par y potencia de un Audi e-tron, esta la de un Opel Mokka
00:05E y esta la de un Skoda Enyaq y no tengo aquí las curvas de par y potencia de ese
00:11Audi e-tron GT ni de ese Mini Cooper S, pero ya os aseguro que siguen exactamente
00:16el mismo patrón. Par máximo y constante desde cero revoluciones hasta un
00:21determinado punto en el que comienza a caer y es justo en ese punto donde la
00:25potencia es máxima y se mantiene así durante un determinado número de
00:28vueltas hasta que lógicamente también cae. Y esto ocurre aquí, ocurre aquí y
00:35también ocurre aquí. En este vídeo os voy a ayudar a entender un poco mejor
00:39por qué se produce este comportamiento y cuál es el efecto negativo o menos
00:44positivo que se deriva de él.
00:52Los coches eléctricos utilizan motores de corriente alterna trifásicos. Hay por
00:57ahí alguna excepción, por ejemplo el Mercedes-Benz EQS tiene un motor
01:00eléctrico de seis fases pero por lo general con tres fases es suficiente y
01:04obviamente ya que estamos hablando de fases estamos hablando de corriente
01:07alterna. Dicho esto, os quiero dar tres apuntes sobre los motores de corriente
01:12alterna que actualmente nos encontramos en los vehículos eléctricos. Primero que
01:16la velocidad de giro del motor y en concreto la del rotor que al fin y al
01:19cabo es el que va a llevar el movimiento del motor hacia las ruedas, depende de la
01:23frecuencia de la corriente eléctrica que el inversor inyecta en el devanado
01:27del estator. A mayor frecuencia, a mayor cantidad de hercios, más número de
01:32revoluciones por minuto. Segundo, que estos motores están diseñados para
01:35funcionar de forma óptima con un determinado flujo magnético. La fuerza
01:39de ese flujo, de ese campo magnético, es proporcional a la relación que existe
01:42entre tensión y frecuencia, es decir, a la relación entre voltios y hercios. Al
01:47cambiar la frecuencia no sólo estamos alterando la velocidad de giro del motor
01:50sino también la fuerza del campo magnético. Cuando bajamos hercios el
01:53campo magnético sube, cuando subimos hercios disminuye y por tanto el par
01:58también cae. Así que si queremos mantener la relación constante, si
02:02queremos mantener el par constante, tenemos que jugar con la tensión. En los
02:05vehículos eléctricos hay un dispositivo que controla el voltaje para mantener
02:09constante esa proporción con la frecuencia y por tanto para que el flujo
02:13magnético sea estable. De lo contrario podrían aparecer vibraciones y
02:18sobrecalentamiento o bien en el caso de que se suministren menos voltios de los
02:22necesarios el par no llegaría al máximo. En pocas
02:25palabras que para hacer que el motor gire más rápido y que por tanto el
02:29coche vaya a más velocidad necesitamos más hercios y en consecuencia más
02:34voltios. Y por último que hay una relación directa entre par e intensidad
02:38de corriente. A mayor intensidad de corriente, a mayor cantidad de amperios
02:42más par. Si queremos mantener el par en el máximo tenemos que suministrar la
02:47intensidad de corriente que corresponda y la intensidad de corriente depende de
02:51la tensión. Si la batería no da la tensión requerida la intensidad de
02:55corriente será insuficiente para llegar al par máximo. Y llega un momento en el
02:59que el voltaje necesario para seguir incrementando las revoluciones y
03:03mantener el par al nivel máximo excede el voltaje que el sistema propulsor es
03:07capaz de proporcionar. Ese es el momento en el que la curva de par quiebra y
03:11comienza a bajar. Lo que ocurre es que la batería ya no puede suministrar más
03:16voltios y por tanto es incapaz de dar la tensión necesaria para que las
03:21revoluciones sigan creciendo y a la vez mantener el par al máximo. A ese punto se
03:26le llama velocidad base y hace referencia a la velocidad de giro del
03:30motor a las revoluciones a la que este fenómeno sucede. En cada motor se
03:34produce en un momento diferente. Claro, pero es que el rotor es un imán que
03:37lleva un campo magnético asociado que al estar girando induce una corriente en el
03:42devanado del estator y por tanto se crea un flujo que va en sentido contrario
03:46al flujo eléctrico que el inversor inyecta en el estator. A eso se le llama
03:50fuerza contra electromotriz y la fuerza contra electromotriz está muy bien
03:54tenerla en las fases de deceleración porque eso es lo que nos permite
03:57recargar la batería, pero en las fases de aceleración es un incordio. Esta fuerza
04:01contra electromotriz se va haciendo mayor según suben las revoluciones y
04:06¿cómo la combatimos? Sí, lo habéis adivinado. A base de meter voltios. Y es
04:10ahora cuando uno comienza a entender que los sistemas de 800 voltios como el de
04:14ese Audi e-tron GT no sirven únicamente para poder cargar la batería a mucha
04:18potencia. Con una mayor reserva de voltios tenemos la posibilidad de
04:23prolongar la fase de par constante y de hacer que su caída sea menos
04:26pronunciada. En definitiva, de lograr mejores prestaciones.
04:30Afortunadamente la velocidad base no es el corte de inyección para los motores
04:34eléctricos y estos son capaces de superar ese punto, de girar a más
04:37revoluciones y seguir produciendo par, eso sí por debajo del máximo, sin perder
04:42suavidad de funcionamiento. Para ello se utilizan técnicas de control de
04:45orientación de los campos magnéticos que sitúan estos en posiciones subóptimas
04:49en las que se reduce su fuerza de interacción y por tanto el par en favor
04:54de más revoluciones. A la velocidad base par y potencia son máximos, eso ya lo
04:58hemos visto, y a partir de ese punto el par comienza a caer y la potencia se
05:02mantiene constante durante un intervalo de tiempo. La potencia se mantiene
05:07constante porque esta es una función del par y de las revoluciones, así que
05:11durante un intervalo de tiempo esa caída de par queda compensada con el
05:15incremento de revoluciones. Pero todo tiene un límite e irremediablemente
05:19llega un punto en el que la potencia también baja. La velocidad base suele
05:23estar en torno a 4.000 revoluciones por minuto más o menos, pero las
05:27revoluciones máximas que pueden alcanzar los motores eléctricos de los coches
05:31actuales suelen ser superiores a 10.000. Y esta historia se repite con todos los
05:36motores de los vehículos eléctricos actuales, por eso todos se sienten igual,
05:39algunos aceleran más, otros aceleran menos, pero el comportamiento siempre el
05:42mismo. Con la electrificación hemos perdido un factor de diferenciación, los
05:46motores eléctricos no tienen personalidad, al menos no como la
05:49entendemos con los motores de combustión, porque estaréis de acuerdo conmigo que
05:53no es lo mismo el motor de un Toyota GT86 que el de un Porsche 911 que el de
05:59un Mazda RX-8 como éste. Muchas gracias por estar ahí, nos vemos
06:04en el siguiente vídeo. ¡Hasta luego!
06:09Subtítulos realizados por la comunidad de Amara.org