Comparación de motores de combustión interna y motores eléctricos - página No. 1/1
Comparación de motores de combustión interna y motores eléctricos.
Ventajas de los motores de combustión interna.
1. Gran amplitud de movimiento en una gasolinera;
2. Bajo peso y volumen de la fuente de energía (depósito de combustible).
Desventajas de los motores de combustión interna.
1. Baja eficiencia promedio durante la operación;
2. Alta contaminación ambiental;
3. Presencia obligatoria de un puesto de control;
4. Sin modo de recuperación de energía;
5. El motor de combustión interna funciona la mayor parte del tiempo con subcarga.
Ventajas del motor eléctrico:
1. Peso ligero;
2. Par máximo disponible a 0 rpm;
3. No hay necesidad de un puesto de control;
4. Alta eficiencia;
5. Posibilidad de valorización energética.
Desventajas del motor eléctrico:
1. Hombro pequeño por carga;
2. Tiempo de carga prolongado;
3. Duración corta de la batería;
4. Gran volumen y peso de la batería.
El híbrido combina las ventajas y minimiza las desventajas de ambos tipos de motores.
Ventajas de un híbrido:
1. Posibilidad de recuperación;
2. Largo kilometraje por llenado;
4. Par máximo disponible a 0 rpm;
5. El motor de combustión interna funciona con un alto grado de uniformidad y un alto grado de carga;
6. Alta eficiencia promedio;
7. Falta de puesto de control;
8. Alto desempeño ambiental.
Desventajas de un híbrido
1. El coche tiene esencialmente dos centrales eléctricas instaladas en paralelo (aunque cada una de ellas está en una versión truncada).
2. Los problemas con los vehículos eléctricos también surgen en invierno. Para las baterías existentes, las bajas temperaturas no son muy útiles. Si tenemos en cuenta este modo de conducción: Verano, el propietario del coche vive en su casa o en un aparcamiento, tiene la posibilidad de cargar las baterías. Carga nocturna hasta el 100%. La carga dura 200 km. kilometraje Para la ciudad, en la mayoría de los casos, es suficiente. Aunque la mayoría de proyectos de vehículos eléctricos fueron diseñados para aproximadamente 400 km. ¿Cuánto durará la carga? En verano, en la cabina hay luces, aire acondicionado y radio, y todos consumen energía; en invierno, hay un problema con la calefacción.
3. Bajo peso y volumen de la fuente de energía (depósito de combustible y depósito de combustible);
Sin embargo, una batería que pesa 80 kg sigue siendo mucho, sobre todo teniendo en cuenta que su capacidad es pequeña.
Todo el hardware se inventó hace unos 100 años. Desde entonces, las novedades han aparecido SÓLO en el ámbito de la electrónica: el progreso aquí es impresionante. Pero en mecánica y electrotécnica no ocurre prácticamente nada.
Los avances se producen en la intersección de disciplinas. Por ejemplo, hace apenas quince años aparecieron productos industriales: los transistores IGBT (un transistor bipolar de puerta aislada también es una especie de híbrido, que combina las cualidades de un transistor bipolar (la capacidad de transmitir alta potencia) y un transistor de campo (control de la campo (voltaje, no corriente). Apariencia Estos transistores hicieron una pequeña revolución: ¡ahora es posible controlar un accionamiento eléctrico asíncrono (el más común)! Anteriormente, solo se controlaban los motores de corriente continua. Y necesariamente tienen escobillas, lo que redujo su uso. , por ejemplo, en los coches, a cero.
(Y ahora el Prius tiene motores trifásicos sin escobillas con imanes permanentes en el rotor (los imanes permanentes en elementos de tierras raras también son una novedad en la intersección de la física y la química) y están controlados por un inversor basado en IGBT controlado por un microprocesador. .)
Hace unos treinta años, la electrónica analógica se volvió tan confiable que comenzó a usarse ampliamente en los sistemas de encendido. Luego todo se desarrolló gradualmente y de repente resultó que el microprocesador se las arregla mucho mejor para controlar los modos del motor de combustión interna que cualquier automatización analógica. También es una pequeña revolución, sólo que de la automatización estúpida del tipo "gancho y resorte" se pasó suavemente al control del programa, lo que significa que los MODOS del motor no los determina el diseñador, sino el programador y, en consecuencia, el desarrollo/ajuste. /el ajuste se simplifica dramáticamente y es más económico
Y en el Prius ya hay de cinco a siete de estos controladores, y en el 20k están conectados a través de un bus estándar para intercambiar información entre controladores de control (CAN), y controlan no solo el motor de combustión interna, sino también la rotación de cada uno. rueda - e inmediatamente la posibilidad de una implementación de software simple (barata de desarrollar) de control de tracción / frenos antibloqueo / estabilidad direccional, etc. etc... - es decir, garantizar la SEGURIDAD ACTIVA del coche.
El coche se ha convertido en... un dispositivo automático controlado por programa común en la industria moderna. Y no es casualidad que esto haya sucedido principalmente con un coche híbrido. (Aunque otras máquinas de los principales fabricantes también se están saturando rápidamente con tecnología de microprocesadores, es decir, control inteligente). El hecho es que un híbrido sería imposible sin control por software (posible, por supuesto, pero no tendría mucho efecto). Dado que una persona no puede rastrear todos los eventos que ocurren miles de veces por segundo en tiempo real, un microprocesador puede hacerlo. Los híbridos son un compromiso razonable, obteniendo el máximo posible de lo que está AQUÍ y AHORA.
No es necesario comparar un coche eléctrico y un híbrido: está mal. Obviamente, el coche de combustible fósil morirá. Pero AÚN no puede morir. Simplemente porque no habrá nada que montar. Porque NO existen vehículos eléctricos con cualidades aceptables para el consumidor: kilometraje, tiempo de repostaje, comodidad, coste...
La principal diferencia entre un motor inversor y un motor eléctrico convencional es que no tiene escobillas. Las unidades se utilizan en refrigeradores, lavadoras automáticas y aires acondicionados. El convertidor, que actúa como fuente de energía para el motor, convierte la tensión alterna en tensión continua. Corriente CC resultante convertido a corriente alterna de una frecuencia determinada
Las partes principales son el propio motor y el convertidor de frecuencia, que garantiza el principio de funcionamiento del motor. El convertidor de frecuencia se utiliza para regular la velocidad del motor creando la frecuencia de voltaje requerida en la salida del convertidor. El rango de frecuencia de salida en los convertidores varía ampliamente y sus valores máximos pueden ser decenas de veces mayores que la frecuencia de la red de suministro.
En el convertidor inversor se produce una conversión de doble voltaje. La tensión sinusoidal en la entrada del convertidor se rectifica primero en el bloque rectificador, se filtra y se alisa mediante condensadores de filtrado eléctricos. A continuación, del voltaje constante obtenido. usando circuitos de control y llaves electrónicas de salida, se especifica una secuencia de pulsos controlados de la forma y frecuencia requeridas. Mediante pulsos, se crea un voltaje alterno de la magnitud y frecuencia requeridas, que se genera en la salida del convertidor.
La corriente alterna sinusoidal generada por el convertidor en los devanados del motor eléctrico se forma como una frecuencia de pulso o modulación de ancho de pulso. Los interruptores electrónicos para convertidores son, por ejemplo, tiristores GTO conmutables, sus versiones mejoradas, transistores IGCT, SGCT, GCT y IGBT.
El motor consta de un estator con pequeños devanados de campo, cuyo número es múltiplo de tres. El estator hace girar un rotor con imanes permanentes adheridos. El número de imanes es tres veces menor que el número de devanados de campo. En un motor de este tipo no existe un conjunto de escobillas y conmutador.
Todo esto es un motor eléctrico inversor, cuyo principio de funcionamiento se basa en la interacción campos magnéticos del estator y del rotor. El campo electromagnético giratorio del estator creado por el convertidor hace que el rotor de frecuencia gire a la misma frecuencia. Entonces, el motor está controlado por un convertidor inversor.
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Pros y contras del dispositivo.
El motor tipo inversor es compacto y altamente confiable. Sus otras ventajas incluyen:
A pesar de muchas ventajas, el motor tiene desventajas. Los más significativos incluyen:
- Alto precio del convertidor.
- La necesidad de reparaciones costosas en caso de avería.
- La necesidad de mantener un determinado nivel de tensión en la red.
- Imposibilidad de funcionamiento por cambios en la tensión de alimentación.
Usando el motor en una lavadora
El motor inversor, desarrollado en 2005 por ingenieros de la empresa coreana LG, llevó la producción de lavadoras a un nuevo nivel. En comparación con sus predecesores, el nuevo motor tiene mejores especificaciones, mayor resistencia al desgaste, dura más. Por lo tanto, los motores inversores están ganando cada vez más popularidad y su producción está creciendo. ¿Pero es todo tan color de rosa?
Ventajas y desventajas del proceso de lavado:
Se recomienda prestar atención a la funcionalidad del equipo. El motor inversor por sí solo no garantiza un lavado perfecto. Si planea comprar una lavadora con motor inversor, compre el equipo exclusivamente en puntos de venta confiables. Muy a menudo, modelos baratos. esto es una falsificación banal, y es poco probable que sus características correspondan a las declaradas por el fabricante.
Si miramos hacia atrás y vemos cuánto ha cambiado en los últimos cientos de años, no queda claro cómo se las arreglaba la gente sin los beneficios modernos de la civilización. Esto se aplica no sólo a las condiciones de vida del plan de vivienda, sino también a los vehículos mejorados. Basta pensar, allá por los años 80 del siglo XX, los coches que existen hoy en día podían parecer una invención del mundo del cine, pero ahora sabemos que algunos de ellos podían funcionar con electricidad (), y otros ya han despegado. sobre el suelo (coches aéreos).
Aunque esta última opción no se generalizará pronto, pero en cuanto a los coches equipados con motor eléctrico, ya se pueden encontrar en las carreteras urbanas (por ejemplo, el mismo Toyota Prius). Entonces, ¿qué tiene de extraordinario el motor eléctrico que le ayudó a ganar reconocimiento universal? Para comprender esta cuestión, ahora analizaremos la trayectoria histórica del desarrollo de una unidad de energía eléctrica, consideraremos las características de sus tipos, prestaremos atención a las ventajas y desventajas y también nos familiarizaremos con posibles fallos de funcionamiento y sus causas.
1. Historia del uso de motores eléctricos en el diseño de automóviles.
Un motor eléctrico es un convertidor eléctrico capaz de transformar la electricidad en su versión mecánica. Un efecto secundario de esta acción es la liberación de una cierta cantidad de calor.
Este dispositivo se utiliza como central eléctrica en coches “ecológicos”: eléctricos, híbridos y coches propulsados por pilas de combustible. Pero si no se tiene en cuenta el "corazón" del vehículo, los motores eléctricos de baja potencia se pueden encontrar incluso en el sedán de gasolina más simple (por ejemplo, están equipados con un accionamiento de puerta eléctrico). El concepto de transporte eléctrico, en términos generales, apareció allá por 1831, inmediatamente después de que Michael Faraday descubriera la ley de la inducción electromagnética. El primer motor, cuyo principio de funcionamiento se basó en este descubrimiento, fue una unidad desarrollada en 1834 por el físico inventor ruso Boris Jacobi.
Por primera vez, los vehículos equipados con motores eléctricos utilizados como central eléctrica del vehículo aparecieron en la década de 1880 e inmediatamente ganaron popularidad universal. Este fenómeno se puede explicar de manera bastante simple: a principios del siglo XIX y XX, los motores de combustión interna tenían una serie de deficiencias que mostraban el nuevo producto bajo una luz muy favorable, ya que sus características eran significativamente superiores a las de los motores de combustión interna. Sin embargo, no pasó mucho tiempo y, gracias al aumento de potencia de los motores de gasolina y diésel, los motores eléctricos quedaron en el olvido durante muchas décadas. La siguiente ola de interés en ellos regresó solo en los años 70 del siglo XX, durante la era de la Gran Crisis del Petróleo, pero nuevamente no alcanzó la producción en masa.
La primera década del siglo XXI supone el verdadero renacimiento de los motores eléctricos en vehículos híbridos y eléctricos. Esto se vio facilitado por varios factores: por un lado, el rápido desarrollo de la tecnología informática y la electrónica hizo posible controlar y ahorrar energía de la batería y, por otro lado, el aumento gradual de los precios del combustible obligó a los consumidores a buscar nuevas alternativas. fuentes de energía.
Considerándolo todo, Toda la historia del desarrollo de los motores eléctricos se puede dividir en tres períodos:
Primer período (inicial), abarca 1821-1834 del siglo XIX. Fue en esta época cuando comenzaron a aparecer los primeros instrumentos físicos, con la ayuda de los cuales se demostró la conversión continua de energía eléctrica en energía mecánica. La investigación de M. Faraday en 1821, que se llevó a cabo para estudiar la interacción de los conductores con la corriente y un imán, demostró que una corriente eléctrica puede provocar la rotación de un conductor alrededor de un imán o, por el contrario, un imán alrededor de un conductor. Los resultados de los experimentos de Faraday confirmaron la posibilidad real de construir un motor eléctrico, y muchos investigadores, ya entonces, propusieron varios diseños.
Segunda fase El desarrollo de los motores eléctricos comenzó en 1834 y finalizó en 1860. Se caracterizó por la invención de diseños con un movimiento giratorio de una armadura de polo saliente, pero el eje de tales motores, por regla general, pulsaba bruscamente. El año 1834 estuvo marcado por la creación del primer motor eléctrico de corriente continua del mundo, cuyo creador (B.S. Jacobi) implementó en él el principio de rotación directa de la parte móvil de la unidad de potencia. En 1838 se realizaron pruebas de este motor, para lo cual se instaló en un barco y se dejó libre para navegar por el Neva. Así, el desarrollo de Jacobi recibió su primera aplicación práctica.
Tercera etapa En el desarrollo de motores eléctricos, se acepta generalmente que el período de tiempo es de 1860 a 1887, lo que se asocia con el desarrollo de un diseño con una armadura de polo anular no saliente y un par de rotación casi constante. Durante este período, cabe destacar la invención del científico italiano A. Pacinotti, quien desarrolló el diseño de un motor eléctrico compuesto por una armadura en forma de anillo que giraba en el campo magnético de imanes eléctricos. La corriente se suministraba mediante rodillos y el devanado electromagnético se conectaba en serie con el devanado del inducido. En otras palabras: la máquina eléctrica se excitaba secuencialmente. Una característica distintiva del motor eléctrico de Pacinotti fue la sustitución de la armadura de polos salientes por una de polos no salientes.
2. Tipos de motores eléctricos
Si hablamos de motores eléctricos modernos, entonces tienen una variedad bastante amplia de tipos, y los más famosos incluyen:
- motores de CA y CC;
Motores monofásicos y multifásicos;
paso a paso;
Motor de válvula y conmutador universal.
Los motores de CC y CA, así como los motores universales, forman parte de unidades de potencia magnetoeléctricas ampliamente conocidas. Echemos un vistazo a cada tipo con más detalle.
Los motores de CC son motores eléctricos que requieren una fuente de CC para alimentarlos. A su vez, en función de la presencia de una unidad de conmutador-escobilla, este tipo se divide en motores con y sin escobillas. Además, gracias a la unidad nombrada, se asegura la conexión eléctrica de los circuitos de las partes estacionarias y giratorias de la unidad, lo que la convierte en el elemento más vulnerable y difícil de mantener.
Para el tipo de excitación, Todos los tipos de coleccionistas se dividen nuevamente en subespecies:
- centrales eléctricas con excitación independiente (provienen de imanes permanentes y electroimanes);
Motores autoexcitados (divididos en motores en paralelo, en serie y de excitación mixta).
Los motores eléctricos del tipo sin escobillas (también llamados “motores de válvulas”) son dispositivos que se presentan en forma de un sistema cerrado que utiliza un sensor de posición del rotor, un sistema de control y un inversor (convertidor de semiconductores de potencia). El principio de funcionamiento de estos motores es el mismo que el de los representantes del grupo síncrono.
Un motor de CA, como su nombre indica, utiliza corriente alterna. Según el principio de funcionamiento, dichos dispositivos se dividen en motores síncronos y asíncronos. En los motores síncronos, el rotor gira junto con el campo magnético del voltaje entrante, lo que permite utilizar estos motores a alta potencia. Hay dos tipos de motores síncronos: motores paso a paso y motores de reluctancia conmutada.
Los motores eléctricos asíncronos, como la versión anterior, son representantes de los motores eléctricos de corriente alterna, en los que la velocidad del rotor es ligeramente diferente de la frecuencia similar del campo magnético giratorio. Hoy en día, es este tipo el que se utiliza con mayor frecuencia. Además, todos los motores de CA se dividen en subtipos según el número de fases. Destacar:
- monofásicos (arrancados manualmente o equipados con un devanado de arranque, o con un circuito desfasador);
Bifásico (incluido condensador);
Tres fases;
Multifásico.
Motor conmutador de tipo universal- Este es un dispositivo que puede funcionar tanto con corriente continua como alterna. Dichos motores están equipados únicamente con un devanado de excitación en serie con una potencia de hasta 200 W. El estator tiene una construcción laminada y está fabricado de acero eléctrico especial. El devanado de excitación tiene dos modos de funcionamiento: con corriente alterna está parcialmente encendido y con corriente constante está completamente encendido. Normalmente, estos dispositivos se utilizan en herramientas eléctricas o en algunos otros electrodomésticos.
Un análogo electrónico de un motor de CC con escobillas es un motor síncrono que tiene un sensor de posición del rotor y un inversor. En pocas palabras, un motor con escobillas universal es un motor eléctrico de CC, cuyos devanados de campo están conectados en serie, idealmente optimizados para funcionar con corriente alterna. Independientemente de la polaridad del voltaje entrante, este tipo de central eléctrica gira en una dirección, porque debido a la conexión en serie de los devanados del rotor y del estator, los polos de sus campos magnéticos cambian simultáneamente, lo que significa que el par resultante continúa siendo dirigido en una dirección.
Para garantizar el funcionamiento con corriente alterna, se utiliza un estator hecho de material magnético blando con baja histéresis (resistencia al proceso de inversión de magnetización) y, para reducir las pérdidas debido a los flujos parásitos, el diseño del estator está hecho de placas aisladas. Dignidad El funcionamiento de un motor eléctrico de CA consiste en que a bajas velocidades (arranque, reinicio), el consumo de corriente y, en consecuencia, el par máximo del motor está limitado por la reactancia inductiva de los devanados del estator.
Para acercar las características mecánicas de los motores de uso general, a menudo se utiliza la sección de los devanados del estator, es decir, se crean terminales separados para conectar corriente alterna y se reduce el número de vueltas del devanado.
El principio de funcionamiento de un motor eléctrico síncrono alternativo se basa en el hecho de que la parte móvil del motor se presenta en forma de imanes permanentes, que están unidos a una varilla. Una corriente alterna pasa a través de los devanados estacionarios y los imanes permanentes, influenciados por el campo magnético, mueven la varilla de forma alternativa.
Otra clasificación, que nos permite distinguir varios tipos de motores eléctricos, se basa en el grado de protección medioambiental. En base a este parámetro, las centrales eléctricas pueden estar protegidas, cerradas y a prueba de explosiones.
Las versiones protegidas se cierran con solapas especiales que protegen el mecanismo de la entrada de diversos objetos extraños. Se utilizan donde no hay mucha humedad ni una composición especial del aire (libre de polvo, humo, gases y productos químicos). Los tipos cerrados se colocan en una carcasa especial que evita la entrada de gases, polvo, humedad y otros elementos que puedan dañar el mecanismo motor. Estos dispositivos pueden estar sellados o no sellados.
Mecanismos a prueba de explosiones. Se instalan en una carcasa que, en caso de explosión del motor, podrá proteger el resto del dispositivo de daños, evitando así la aparición de un incendio.
Al elegir un motor eléctrico, preste atención al entorno operativo del mecanismo. Si, por ejemplo, el aire no contiene impurezas extrañas que puedan dañarlo, entonces, en lugar de un motor cerrado pesado y costoso, es mejor comprar uno protegido. También vale la pena recordar un punto aparte sobre el motor eléctrico incorporado, que no tiene su propia carcasa y forma parte del diseño del mecanismo de trabajo.
3. Ventajas y desventajas de los motores eléctricos.
Como cualquier otro dispositivo, un motor eléctrico no es “sin pecado”, lo que significa que, además de innegables ventajas, también tiene ciertas desventajas. Comencemos con los aspectos positivos de uso, que incluyen:
1. Sin pérdidas por fricción durante la transmisión;
2. La eficiencia de un motor eléctrico de tracción alcanza el 90-95%, mientras que la de un motor de combustión interna es sólo del 22-60%;
3. El valor de par máximo del motor de tracción (motor de tracción) ya se logra desde el comienzo del movimiento, en el momento en que arranca el motor, por lo que aquí simplemente no se necesita una caja de cambios.
4. El costo de operación y mantenimiento es comparativamente menor que el de un motor de combustión interna;
5. Sin gases de escape tóxicos;
6. Alto nivel de respeto al medio ambiente (no se utilizan combustibles derivados del petróleo, anticongelantes ni aceites de motor);
7. Posibilidad mínima de explosión en caso de accidente;
8. Diseño y control simples, alto nivel de confiabilidad y durabilidad del tren de aterrizaje;
9. Posibilidad de recargar desde un enchufe doméstico habitual;
10. Ruido reducido con menos piezas móviles y engranajes mecánicos;
11. Mayor suavidad de funcionamiento con un amplio rango de frecuencia de cambios en la rotación del eje del motor;
12. Posibilidad de recarga durante el frenado regenerativo;
13. Posibilidad de utilizar el propio motor eléctrico como freno (función de freno electromagnético). No existen opciones mecánicas, lo que ayuda a evitar la fricción y, en consecuencia, el desgaste de los frenos.
Teniendo en cuenta lo anterior, podemos llegar a la conclusión lógica de que un automóvil equipado con un motor eléctrico es aproximadamente de 3 a 4 veces más eficiente que sus homólogos de gasolina. Sin embargo, como ya hemos dicho, todavía existen desventajas:
- el tiempo de funcionamiento del motor está limitado por el volumen máximo posible de baterías, es decir, en comparación con los motores de combustión interna, su kilometraje por repostaje es mucho más corto;
Mayor costo, pero existe la posibilidad de que con el inicio de la producción en masa el precio baje;
La necesidad de utilizar accesorios adicionales (por ejemplo, baterías bastante pesadas que pesan entre 15 y 30 kilogramos y cargadores especiales diseñados para descarga profunda).
Como puede ver, no hay tantas deficiencias principales y, con el tiempo, su número seguirá disminuyendo rápidamente, porque los ingenieros y diseñadores de automóviles "trabajarán en los errores" con cada lanzamiento posterior del producto.
4. Identificación y solución de problemas del motor.
Desafortunadamente, a pesar de todos sus aspectos positivos, el motor eléctrico, como cualquier otro dispositivo, no está protegido contra averías y falla periódicamente. Las averías más comunes de los motores eléctricos incluyen:
Al arrancar el motor hace un ruido fuerte.Posibles razones tal fenómeno puede ser una disminución o ausencia total de voltaje en la red de suministro; ubicación incorrecta del inicio y final de la fase de devanado del estator; sobrecarga del motor o mal funcionamiento en el mecanismo de accionamiento. Naturalmente, para eliminar los problemas que han surgido, es necesario encontrar y eliminar el mal funcionamiento, o volver a conectarlo, pero de acuerdo con el circuito correcto, o reducir la carga o eliminar el mal funcionamiento en el mecanismo de accionamiento.
El motor en marcha se detiene de repente. Posibles razones: se ha cortado el suministro de tensión; hubo fallas en el funcionamiento de los equipos de distribución y en la red de suministro de energía; el motor o mecanismo de accionamiento está atascado; El sistema de protección funcionó. Para eliminar averías debes: encontrar y reparar una rotura en el circuito; eliminar averías en los equipos de la aparamenta y la red de suministro de energía; reparar el mecanismo de accionamiento; realizar diagnósticos del estator y, si es necesario, medidas de reparación.
El eje gira, pero no puede alcanzar la velocidad normal. Posibles razones: durante la aceleración del coche, una de las fases se apaga; el voltaje de la red ha disminuido; el motor está bajo carga excesiva. Aumentar el voltaje ayudará a eliminar cualquier mal funcionamiento; conectando la fase desconectada y eliminando la sobrecarga del motor.
El motor eléctrico se sobrecalienta. Posibles razones: hay una sobrecorriente; el voltaje en la red ha disminuido o aumentado; la temperatura ambiente ha aumentado; se altera la ventilación normal (los conductos de ventilación están obstruidos); Se ha alterado el funcionamiento normal del mecanismo de accionamiento.
Formas de resolver el problema: asegurar un nivel de carga normal; establecer la temperatura óptima permitida; limpiar los conductos de ventilación; reparar el mecanismo de accionamiento.
El motor hace un ruido fuerte y no alcanza la velocidad normal.Posibles razones: se ha producido un cortocircuito entre vueltas en el devanado del estator; poner a tierra el devanado de una fase en dos lugares a la vez; la aparición de un cortocircuito entre fases; pérdida de alguna fase. En este caso, solo hay una salida: será necesario cambiar el estator.
Mayor vibración de un motor en marcha.Posibles razones: baja rigidez de la base; errores en la compatibilidad del eje de transmisión con el eje del motor; El acoplamiento o la transmisión no están lo suficientemente equilibrados. Salida de esta situación: aumentar la rigidez; equilibrar y mejorar la relevancia.
Mayor calentamiento de los rodamientos. Posibles razones: daños en los rodamientos; Alineación incorrecta del motor con el mecanismo de accionamiento. La correcta instalación del motor o la sustitución del rodamiento ayudarán a solucionar los problemas que hayan surgido.
Reducción de la resistencia del aislamiento del devanado. Las causas del mal funcionamiento en este caso radican en la contaminación o la humedad de los devanados, y secar las piezas ayudará a eliminarlas.
Como señalan muchos expertos, el coche eléctrico hoy en día no es sólo una alternativa, sino que ya es un competidor directo del motor de combustión interna convencional.
Por supuesto, todavía no estamos hablando de desplazamientos masivos, pero los expertos creen que es sólo cuestión de tiempo. El hecho es que, en el contexto de la crisis mundial medioambiental y de combustible, los vehículos eléctricos tienen todas las posibilidades de dejar a los motores de pistón en un segundo plano.
Además, a juzgar por el número de proyectos y el volumen de fondos invertidos en el desarrollo de coches eléctricos, inevitablemente surge la conclusión de que los propios fabricantes de automóviles predicen un gran futuro para los vehículos eléctricos.
En este artículo veremos el diseño y el principio general de funcionamiento de los vehículos eléctricos, sus características, ventajas y desventajas. También intentaremos averiguar qué opción es preferible, un coche eléctrico o un híbrido, qué es mejor elegir en tal o cual caso, etc.
Leer en este artículo
Coches eléctricos: características de los coches eléctricos.
Comencemos con el hecho de que hasta hace poco, Toyota y otras marcas eran en realidad una de las opciones más preferidas, buscadas y extendidas en todo el mundo. No hace falta buscar mucho para encontrar ejemplos, basta con recordar el modelo premium Lexus RX450h F Sport o el más modesto y asequible Toyota Prius, etc.
Además, incluso hoy la situación actual no ha cambiado mucho, aunque recientemente ha aparecido en el mercado un gran número de competidores que pueden ofrecer a los consumidores varias versiones de los llamados coches "verdes".
El hecho es que, a pesar de todas sus ventajas, los automóviles con motores híbridos siguen representando una simbiosis inextricable entre un motor eléctrico y un motor de combustión interna. Esto significa que estamos hablando más de ahorro de combustible, mientras que aún no se pueden lograr emisiones "cero" a la atmósfera y un rechazo total de los productos derivados del petróleo al utilizar este tipo de máquinas.
El motor de pistón, que no puede excluirse del esquema general del híbrido, sigue necesitando combustible, su sistema de lubricación necesita aceite de motor, etc. Por este motivo, la central híbrida puede considerarse más bien como la siguiente fase de evolución del motor de combustión interna, pero no como una opción alternativa en toda regla.
Teniendo en cuenta lo anterior, queda claro que hoy en día sólo un coche totalmente eléctrico puede ofrecer un rechazo al motor de combustión interna. Por cierto, la idea no es nada nueva, ya que los primeros coches con motor eléctrico aparecieron incluso antes que los vehículos con motor de combustión interna.
Sin embargo, en la etapa inicial, los creadores de los coches eléctricos se enfrentaron a muchos problemas (corta autonomía, gran peso, dificultad para cargar las baterías, etc.), por lo que esta opción no podía resistir a la competencia, y la gasolina y el diésel Los motores reemplazaron rápida y permanentemente a los autos eléctricos.
Todo ha cambiado hace relativamente poco tiempo, en particular gracias al desarrollo de tecnologías modernas y la creación de los dispositivos necesarios para la acumulación y almacenamiento de electricidad. En pocas palabras, estamos hablando de baterías de alto consumo energético para vehículos eléctricos, así como de soluciones para su recarga rápida.
Como resultado, el coche eléctrico se ha convertido recientemente en un producto de producción disponible al público. Hoy en día, estos coches son producidos por fabricantes japoneses, europeos, americanos y chinos. Cabe destacar el popular coche eléctrico Nissan Leaf, los conocidos Tesla Model S y Roadster, así como Toyota RAV4EV, BMW Active C, etc.
diagrama de maquina electrica
Comencemos con el hecho de que el diseño involucra muchas menos piezas móviles en comparación con un motor de combustión interna. En otras palabras, un coche eléctrico es más sencillo, y simplicidad siempre significa mayor fiabilidad.
Los principales elementos estructurales son:
- batería
- motor eléctrico;
- transmisión simplificada;
- cargador especial a bordo;
- inversor y convertidor DC-DC;
- sistema de control electrónico desarrollado;
La batería de los coches eléctricos es necesaria para alimentar el motor eléctrico. La batería de tracción especificada hoy en día es de iones de litio y consta de módulos (latas) que están conectados en serie entre sí. En cuanto a la capacidad, hay diferentes opciones disponibles en diferentes modelos. Como regla general, la batería del automóvil se selecciona en función de la potencia del motor eléctrico.
El motor de tracción crea par sobre las ruedas del automóvil y es un motor de CA trifásico síncrono o asíncrono (asincrónico), que produce, en promedio, de 20 a 150 kW o más. Tenga en cuenta que un motor eléctrico cuesta mucho más que un motor de combustión interna, especialmente uno de gasolina. Es decir, la pérdida de energía útil en un motor de combustión interna puede llegar hasta el 70%, mientras que en un motor eléctrico sólo se pierde el 10%.
Como ya se mencionó, un automóvil eléctrico es impulsado por motores eléctricos, de los cuales puede haber varios. El motor eléctrico suele funcionar con una batería, pero también es posible utilizar paneles solares, etc. Sin embargo, en la práctica, los coches eléctricos de serie suelen estar equipados únicamente con una batería.
Una batería de este tipo necesita cargarse, lo que puede realizarse desde una fuente externa o mientras el coche eléctrico está en movimiento. En el segundo caso, hablamos de la recuperación de la energía de frenada.
Así, las principales ventajas de un motor eléctrico pueden considerarse el par máximo disponible a cualquier velocidad; dicho motor puede hacer girar las ruedas hacia adelante y hacia atrás sin necesidad de instalar soluciones adicionales. También destacan la ausencia de la necesidad de enfriar dicho motor, el motor eléctrico es capaz de realizar las funciones de un generador, etc.
Por regla general, en los coches eléctricos de hoy en día se instalan varios motores eléctricos a la vez (para cada rueda). Como resultado, la tracción mejora significativamente en comparación con un esquema que implica equiparlo con un motor eléctrico.
También existen soluciones en las que el motor eléctrico está realmente instalado en la rueda. Por un lado, en este caso la transmisión se simplifica al máximo, pero la cantidad de masa no suspendida aumenta y la capacidad de control general del vehículo se ve afectada.
Por cierto, la transmisión de los coches eléctricos es inicialmente sencilla y suele consistir en una caja de cambios de una sola etapa. En cuanto al cargador, la solución está situada en el propio coche y permite cargar la batería desde una toma de corriente normal. También hay una "salida" separada para la carga rápida de la batería en estaciones especiales.
El inversor se utiliza para convertir la corriente continua de la batería en tensión alterna trifásica. Esta es la corriente necesaria para alimentar el motor eléctrico.
También observamos que el diseño de los vehículos eléctricos también incluye una similitud con la fuente de alimentación de 12 voltios que es bien conocida por los automovilistas. En este caso, el convertidor de CC es responsable de cargar dicha batería adicional, y la propia batería es necesaria para alimentar varios dispositivos y sistemas a bordo (dirección asistida eléctrica, dimensiones y faros, aire acondicionado, ventanas y asientos con calefacción, sistema de audio con acústica, etc.) .
El sistema electrónico que desempeña un papel en un coche eléctrico tiene toda una gama de funciones. El sistema se encarga de la seguridad activa, controla el funcionamiento de los motores eléctricos, monitoriza el estado de la batería de tracción y el nivel de carga, determina el consumo de energía y activa los modos de ahorro de energía durante la conducción, etc.
Si hablamos del dispositivo, aquí hay una unidad de control (de manera similar) y una gran cantidad de sensores, así como varios actuadores. Los sensores registran la velocidad del vehículo, el grado de carga de los motores eléctricos, así como la posición del pedal del acelerador y otros parámetros.
Las señales de los sensores ingresan al controlador, después de lo cual la unidad se esfuerza por crear las mejores condiciones para un modo particular mientras el vehículo eléctrico está en movimiento. También en el panel de instrumentos el conductor puede ver información sobre la velocidad de conducción, el consumo de carga, la carga residual, cuántos kilómetros aún pueden recorrerse, etc.
Tipos de vehículos eléctricos y funcionamiento práctico: pros y contras de los coches eléctricos
Los fabricantes de automóviles globales en esta área hoy están siguiendo dos caminos:
- se están creando modelos completamente nuevos de coches eléctricos;
- hay una transformación de los coches que ya están en la línea del fabricante en coches eléctricos;
Los vehículos eléctricos también se pueden dividir en varios tipos. Como en el caso de los motores de combustión interna, los coches se han dividido desde hace mucho tiempo en coches pequeños urbanos, deportivos, etc. La situación es similar con los coches eléctricos.
- Hay coches eléctricos que se posicionan como soluciones exclusivas para la ciudad. La velocidad máxima de estos vehículos es relativamente baja (poco más de 100 km/h), así como una autonomía relativamente pequeña (70-80 km) en modos de carga media y alta.
- También cabe destacar la opción “universal”. Estos coches eléctricos son capaces de acelerar a 140-160 km/h y su autonomía también aumenta. Esto le permite viajar por la autopista.
- En cuanto a las versiones deportivas, estos coches eléctricos tienen una “velocidad máxima” de unos 200 km/h o más. La dinámica de aceleración también es impresionante. Por ejemplo, hoy en día los coches eléctricos Tesla son capaces de alcanzar "cien" en menos de 3 segundos, y la velocidad máxima del coche eléctrico más rápido del mundo, construido sobre la base del Chevrolet Corvette por la empresa estadounidense Genovation, durante Las pruebas de 2017 superaron los 300 km/h.
Parecería que estos coches están muy cerca de los coches con motor de combustión interna en una serie de indicadores importantes. A primera vista, los vehículos eléctricos tienen una autonomía suficiente y una dinámica de aceleración aceptable. También se puede destacar la facilidad de uso y los bajos costes de mantenimiento y servicio, que sin duda deberían convencer a los consumidores razonables a elegir un coche eléctrico. Sin embargo, en la práctica todo parece un poco diferente.
Observemos de inmediato que son precisamente las características operativas y una serie de otros factores los que aún no permiten que los vehículos eléctricos se conviertan en una solución masiva. En primer lugar, el coste de estos vehículos sigue siendo bastante elevado en comparación con los competidores con motores de combustión interna de gasolina o diésel.
Además, la eficiencia de los motores diésel modernos permite que estas unidades compitan seriamente no sólo con los coches de gasolina, sino también con los eléctricos. También hay que destacar que la batería de un coche eléctrico tarda mucho en cargarse en un tomacorriente doméstico, y no es frecuente encontrar estaciones de carga rápida debido al deficiente desarrollo de la infraestructura. Esto es especialmente cierto en el caso de los países de la CEI.
En cuanto a la autonomía, los datos declarados por el fabricante muchas veces no se corresponden del todo con la realidad. En primer lugar, en la práctica, especialmente en la estación fría, la batería se descarga más rápido.
En segundo lugar, si el conductor practica una conducción dinámica, es posible que una carga completa de la batería no dure entre 70 y 80 km. alrededor de la ciudad, pero solo 40-50. Para confirmar esta información, basta con leer reseñas reales de los propietarios de Nissan Leaf, ya que esta versión económica del automóvil eléctrico es una de las más asequibles y comunes en la actualidad.
En pocas palabras, la autonomía de un vehículo eléctrico sin recarga no es constante, sino que depende de numerosos factores, que van desde el estado y la capacidad de la batería hasta el estilo de conducción. Si a esto le sumamos el uso de aire acondicionado, dimensiones, calefacción y otras soluciones, con una sola carga, incluso en condiciones ideales de la carretera, el kilometraje inevitablemente se reducirá entre un 20 y un 30% o más.
Si su estilo de conducción es activo (supera constantemente la velocidad media de 60 km/h), entonces podrá contar con el 50%. Resulta que si el fabricante promete 140-160 km con una sola carga, entonces esta cifra supone conducir a una velocidad de no más de 70 km/h, y solo con la condición de que la batería esté en pleno funcionamiento (sin pérdidas). de capacidad de la batería).
Sin embargo, si acelera un coche eléctrico, por ejemplo, a 130 km/h en la carretera, la autonomía sin recarga será de sólo 70 km. Como puede ver, si bien esto sigue siendo aceptable para la ciudad, utilizar un coche eléctrico para viajes al campo es muy difícil.
Ahora unas palabras sobre la batería. La batería que se utiliza habitualmente en la actualidad es la de iones de litio. Su producción requiere grandes gastos, lo que incide en gran medida en el coste global de los coches eléctricos. Sin embargo, la vida útil de dichas baterías se limita a una media de unos 5 años.
Esto significa que, aunque el coste básico de mantenimiento de un coche eléctrico es varias veces menor que el de sus homólogos con motor de combustión interna, el mayor coste inicial y la necesidad de sustituir una costosa batería (en promedio después de 5 años) reducen las ventajas económicas y la viabilidad. la posibilidad de comprar un coche de estas características es muy dudosa. A esto hay que sumarle también la constante subida de los precios de la electricidad, que también repercute en el coste de poseer un coche eléctrico.
¿Cuál es el resultado?
Teniendo en cuenta lo anterior, queda claro que la implementación activa de tecnologías innovadoras ha permitido aumentar significativamente la autonomía de un vehículo eléctrico moderno. Sin embargo, el uso de este tipo de tecnologías afecta en gran medida al coste final del vehículo, impidiendo que se convierta en una solución de masas.
En cuanto a las versiones más asequibles, las baterías, el tiempo de carga en la red doméstica de unas 7-8 horas y una pequeña reserva de marcha siguen siendo los puntos débiles de este tipo de vehículos eléctricos.
También cabe señalar que no todos los países están desarrollando activamente infraestructura mediante la creación de estaciones especiales para la carga rápida o el reemplazo de baterías. Lo mismo ocurre con los servicios especializados en reparación y mantenimiento de vehículos eléctricos. Mientras que en Europa y Estados Unidos se presta mucha atención a esta cuestión, en la CEI, lamentablemente, todavía no se puede hablar de la creación de condiciones aceptables para el funcionamiento normal de los coches eléctricos.
Es muy posible que la situación cambie pronto, pero hoy en día, un coche eléctrico en las carreteras nacionales sigue siendo una rareza. Por lo general, un coche de este tipo se puede encontrar en las grandes ciudades. Al mismo tiempo, los propietarios adinerados suelen comprar coches eléctricos más para entretenerse que con fines prácticos.
En otras palabras, para la gran mayoría de los conductores no vale la pena considerar el coche eléctrico como su medio de transporte principal y permanente, especialmente cuando se trata de países de la CEI.
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