Características de la construcción de convertidores de potencia para vehículos eléctricos. Motor eléctrico para coche eléctrico: ¿cómo funciona? Suministro eléctrico de una casa particular con paneles solares.
En un futuro próximo, los coches eléctricos podrán sustituir por completo a los coches con motores de combustión interna. Muchas empresas de todo el mundo están concentrando sus esfuerzos en desarrollar un coche eléctrico, y esto se ve facilitado por el aumento de los precios de los productos derivados del petróleo. Además, la relevancia de los vehículos eléctricos también radica en que la atmósfera está cada vez más contaminada, por lo que es necesario combatir las emisiones nocivas de los motores de combustión interna.
Actualmente, los mercados más importantes para los vehículos eléctricos son países líderes como Estados Unidos, Japón y varios países europeos. Si hablamos de empresas manufactureras, los lugares líderes los ocupan tiburones automotrices como Nissan, Toyota, Ford, etc. Desafortunadamente, nuestra patria aún no puede presumir de la producción de vehículos eléctricos, si no se tiene en cuenta el modelo Lada Ellada. , que fue creado por entusiastas y en detalles importados.
Si hablamos de qué es un coche eléctrico, estas palabras se refieren a un vehículo impulsado por motores eléctricos especiales. El motor eléctrico funciona con un panel solar, pilas de combustible especializadas o una batería.
La batería requiere recargarse después de un cierto tiempo de funcionamiento, que se realiza tanto desde diversas fuentes externas como desde un generador instalado a bordo del automóvil. Este último método tiene una peculiaridad: el generador es impulsado por un motor simple, por lo que dicho automóvil no debe considerarse un automóvil eléctrico, sino un tipo de automóvil híbrido.
Algunas empresas están trabajando en las áreas de desarrollo de nuevos modelos y adaptación de automóviles de producción. Si hablamos de preferencia, se le da a este último, porque requiere menos costos.
Los coches eléctricos se dividen en 3 grupos condicionales:
— urbano, con una velocidad máxima de hasta 100 km/h;
— autopistas cuya velocidad máxima sea superior a 100 km/h;
- Deportes. Su velocidad máxima es de más de 200 km/h.
El diseño de un coche eléctrico, a diferencia de un coche con motor de combustión interna, es un poco más sencillo, pero más fiable, porque tiene un número mínimo de piezas y componentes móviles. En un coche eléctrico, los principales componentes estructurales son: transmisión, batería de alta calidad, cargador de a bordo especial, sistema de control electrónico, etc. Para proporcionar energía al motor eléctrico de tracción principal, se instala una potente batería de tracción en el auto. Los vehículos eléctricos están equipados con una batería de iones de litio, que consta de varios módulos conectados entre sí. La corriente de salida de dicha batería es de aproximadamente 300 W CC y su capacidad corresponde completamente a la potencia del motor eléctrico.
Un motor de tracción son varias máquinas eléctricas trifásicas asíncronas o síncronas que funcionan con corriente alterna. Su potencia comienza a partir de 15 kW. La potencia máxima puede ser de más de 200 kW. Si comparamos un motor eléctrico con un motor de combustión interna (ICE), entonces la eficiencia del primero en relación al segundo es del 90%:25%. Además, el motor eléctrico tiene otras ventajas, que también son muy importantes y demandadas, a saber:
— el par máximo se puede alcanzar a cualquier velocidad;
— el diseño es bastante simple y no requiere refrigeración adicional;
- También puede funcionar en modo generador.
Existe un determinado número de modelos de coches eléctricos que se ensamblan mediante dos o más motores eléctricos. Esto es necesario para poner en movimiento cada rueda individual o varias a la vez, logrando una mayor potencia de tracción. Para acortar la transmisión, los fabricantes suelen incorporar motores eléctricos directamente en las ruedas. Este enfoque tiene un inconveniente importante: el coche resulta difícil de conducir. Esto se debe al hecho de que las masas no suspendidas aumentan.
El coche tiene una transmisión simple, por lo que en la gran mayoría de modelos está representada por una simple caja de cambios de una sola etapa. Hay algo muy útil: un cargador de a bordo. Te da la oportunidad de cargar tu coche eléctrico desde una toma de corriente normal. Para convertir el alto voltaje directo suministrado por la batería en voltaje alterno trifásico, los fabricantes utilizan un inversor especializado. Además, dicho convertidor también está diseñado para cargar una batería adicional de 12 W. Es necesario para alimentar otros componentes y dispositivos. Estos incluyen aire acondicionado, dirección asistida eléctrica, sistema de audio, etc.
El sistema de control electrónico realiza funciones interesantes y útiles. Es responsable de la seguridad, el ahorro energético y el confort de los pasajeros. Si profundizamos, el sistema de control también es necesario para:
— controlar el alto voltaje;
- regular la tracción;
— garantizar un movimiento óptimo;
— evaluar cuánta carga de batería durará;
— controlar el sistema de frenado y controlar el consumo de energía de la batería.
Este sistema combina ciertos sensores de entrada, una unidad de control y otros dispositivos que se encuentran en un vehículo eléctrico.
Aunque los vehículos ICE y eléctricos son similares, su funcionamiento difiere significativamente. Esto es lo que impide la producción a gran escala de este tipo de coches. Lo principal que repelerá a los compradores potenciales es el precio. Otro inconveniente es el largo tiempo de carga de la batería y su mala duración. Su elevado precio se explica por el hecho de que la producción de baterías de iones de litio es cara y su vida útil no supera los 7 años. La ventaja de un coche eléctrico es el menor coste de su mantenimiento. Si hablamos de funcionamiento, resulta más rentable en países donde el proceso de producción de electricidad depende poco del combustible.
Actualmente los coches eléctricos se caracterizan como transporte para la ciudad. ¿Por qué? El caso es que la autonomía del coche es baja y el kilometraje antes de la necesidad de cargarlo depende de muchos factores. La naturaleza de la conducción, la superficie de la carretera y mucho más afectan el indicador de autonomía. Ahora los fabricantes han conseguido una autonomía de 150 km sin necesidad de cargar, pero esto a una velocidad de 70 km/h. Si su velocidad es de unos 130 km/h, entonces no recorrerá más de 70 km. Ahora existen tecnologías especiales que pueden aumentar la autonomía hasta unos 300 km. Una de esas tecnologías es el frenado regenerativo, que puede devolver hasta el 30% de la energía gastada. Estos coches también están equipados con baterías de alta capacidad y sistemas electrónicos responsables de optimizar todos los procesos en curso.
Convertidor de tracción TP80-200
Parámetros del convertidor de tracción:
Tipo................................................. ......Inversor de tensión trifásico de dos niveles basado en transistores IGBT
Potencia nominal................................................ ........................................................ ................ ....30 kilovatios
Poder maximo*............................................... .... ................................................. .......... ..80 kilovatios
Tensión de alimentación nominal (de la batería).................................... ........................................192 V
Corriente máxima................................................ ........................................................ ................ .................365 A
Comportamiento climático................................................ ....................................................“U ”, categoría 2
Temperatura de funcionamiento................................................ ........................................................ ................ .de menos 40 a más 40 °C
Frecuencia de salida nominal Voltaje................................................. ....... ................................50Hz
Frecuencia máxima de salida Voltaje................................................. ........................166Hz
Peso................................................. ................................................. ...................................................15 kilos
Dimensiones................................................. ....................................................... .................................................413x262x207
Ejecución................................................. ....................................................... ............. ........................ IP54
Método de enfriamiento................................................ .................................................... ......... .......... Líquido
Flujo de refrigerante................................................ ................... ................................. ............ no más de 11 l/min
Caída de presión del refrigerante.................................. ..... ........................0,2 bares
Método de control de la presión arterial................................................ ............................................................ ............ ........Control de vectores
Motor de tracción AFMT 30/80.
Parámetros del motor de tracción:
Tipo de motor................................................ .......................... Asíncrono con rotor de jaula de ardilla
Potencia nominal................................................ ........................30 kilovatios
Poder maximo *............................................... ......... .......80
Voltaje de entrada................................................ ............3 fases 140 V
Par nominal................................................. ... .................288 Nm
Tuerca maxima................................................ ... .............600 Nm
Velocidad nominal................................................ ....................1000 RPM
Velocidad máxima................................................ ... ............5000 RPM
Sistema de refrigeración................................................ .............Líquido
Flujo de refrigerante................................................ ................... .no más de 15 l/min
Caída de presión del refrigerante...................0,2 bar
Peso................................................. ........................................214 kilos
Cargador embarcado + inversor auxiliar PZ 16/200.
El cargador PZ 16/200 (en adelante, el "producto") permite cargar la batería de tracción desde una red de 220/380 V, formar una red de 220/380 V para alimentar a los consumidores a través de la toma de corriente PZ 16/200 debajo de la carrocería y También proporciona potencia al accionamiento auxiliar de las bombas de dirección asistida y frenos de vacío cuando se mueve el vehículo.
Parámetros del cargador a bordo:
Tipo de cargador................................................ ........ .....en transistores IGBT sin aislamiento galvánico de la red
Tensión de alimentación nominal.................................. .................... ........................~3ph, 380 V/ ~1f, 220 V
Potencia nominal del cargador de red ~3ph, 380V........................12 kW
Potencia nominal del cargador de red ~1ph, 220V........................3,5 kW
Tensión de salida de la batería................................................ .................... ....................=160-240 V
Corriente de salida de carga de la batería.................................... ........................................40 A
Tensión de salida para alimentación CC/CC.................................... ......... ....................400-600 V
Corriente de salida de potencia CC/CC................................... ........................................................3 A
Método de enfriamiento................................................ .................................................... ......... ...Líquido
Flujo de refrigerante................................................ ................... ................................. ....no más de 3 l/min
Caída de presión del refrigerante.................................. ..... ................0,2 bares
Durante la conducción, el cargador proporciona energía al motor eléctrico auxiliar con los siguientes parámetros:
Potencia nominal................................................ ........................................................ .2,4 kilovatios
Tensión de alimentación nominal.................................. .................... ........................=160-240 V
Tensión de salida................................................ ........................................~ trifásico, 220/380 V
Durante el estacionamiento, el cargador proporciona energía desde la batería a los consumidores con los siguientes parámetros
(sin carga de batería):
Tensión nominal de salida................................................. .................... ...........................~3ph, 380 V/~ monofásico, 220 V
Potencia nominal de salida ~3ph, 380V................................. ......... ............10 kilovatios
Potencia nominal de salida ~1ph, 220V................................. .... .................3 kilovatios
Capacidad de sobrecarga................................................ ... ........................................120% en un minuto
Modo de funcionamiento neutro................................................. ......................................... ....IT (aislado)
Convertidor CC/CC PPN 1.0/200/12
DC/DC PPN 1.0/200/12 suministra energía a consumidores de 12 V y también carga la batería del coche.
El producto se alimenta desde una red de distribución de suministro con un voltaje constante de 600 V, así como un voltaje constante de 12 V desde una batería de plomo-ácido para alimentar los circuitos internos.
Parámetros del convertidor CC/CC:
Tipo de cargador......................con aislamiento galvánico de la batería de tracción y cargador
Voltaje de entrada................................................ ............=500-600V
Tensión de salida................................................ ............14V
Fuerza................................................. ...................................1 kilovatio
Método de enfriamiento................................................ ... ...................Líquido
Grado de protección............................................... ....................................IP54
Rango de temperatura de funcionamiento.................................de menos 40 a +50 ˚С
Humedad relativa del aire................................95%
Dimensiones................................................. .................500×217×135 mm
Peso................................................. ................................................8 kilos
Un motor eléctrico es un dispositivo que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. Funciona según el principio de inducción electromagnética y últimamente se ha popularizado cada vez más en el mercado de la automoción como una dirección prometedora para el desarrollo de la industria automovilística. Por tanto, tiene sentido examinar más de cerca el diseño de un vehículo eléctrico y su motor, que puede ser el futuro de la industria.
Principio de funcionamiento y dispositivo.
Un motor eléctrico incluye un estator y un rotor. El campo magnético giratorio del estator actúa sobre el devanado del rotor e induce una corriente de inducción en él, creando un par que pone el rotor en movimiento. La energía eléctrica suministrada a los devanados del motor se convierte en energía rotacional mecánica.
Gracias al desarrollo de la tecnología, los motores eléctricos han encontrado aplicación en diversas industrias, como la industria automotriz. Además, se pueden utilizar por separado o junto con un motor de combustión interna. La última opción son los coches híbridos.
La unidad del automóvil se diferencia de los motores eléctricos utilizados en producción por sus pequeñas dimensiones pero su mayor potencia. Además, los avances modernos están alejando cada vez más los motores de los automóviles de otros dispositivos similares. Las características de los vehículos eléctricos incluyen no sólo la potencia y el par, sino también la velocidad, la corriente y el voltaje. Ya que de estos datos depende el movimiento y mantenimiento del coche.
tipos
Para comprender mejor la diversidad que nos brinda el mercado del automóvil, vale la pena considerar los tipos de motores eléctricos existentes para vehículos eléctricos.
Se pueden clasificar a grandes rasgos según el tipo de corriente:
- dispositivos de CA;
- diseños de CC;
- Soluciones universales (capaces de funcionar con corriente continua y alterna).
Muy a menudo surge una situación en la que el lugar para construir una casa privada es simplemente ideal en todos los aspectos, pero al mismo tiempo no hay posibilidad de conectarse a casas centralizadas. Se está volviendo especialmente grave la cuestión del suministro de electricidad, sin la cual el funcionamiento normal de las instalaciones modernas es imposible. Por tanto, la mejor salida a esta situación serían los sistemas de suministro de energía autónomos, que garanticen una total independencia de las redes eléctricas centrales, sin ningún daño al medio ambiente.
El uso de sistemas autónomos será mucho más económico que tender una nueva línea eléctrica, lo que requiere importantes costes de material. La fuente de energía autónoma es propiedad exclusiva del propietario de la casa. Con un mantenimiento regular, se puede utilizar durante mucho tiempo.
Sistemas autónomos de suministro de energía para una vivienda particular.
Las redes de servicios públicos autónomas se utilizan ampliamente en hogares privados. El sistema propio de suministro de agua, alcantarillado y calefacción proporciona total independencia de los servicios públicos locales. La cuestión del suministro de electricidad es mucho más difícil de resolver, pero con el enfoque correcto utilizando fuentes de energía alternativas, este problema se puede superar con relativa facilidad. Existen varias opciones para el suministro de energía autónomo, cada una de las cuales es la más adecuada para condiciones operativas específicas, incluidos los sistemas de suministro de energía solar.
Todos los sistemas autónomos tienen el mismo principio de funcionamiento, pero difieren en sus fuentes iniciales de electricidad. A la hora de elegirlos se tienen en cuenta varios factores, incluidos los costes operativos. Por ejemplo, los generadores de gasolina o diésel necesitan combustible constantemente. Otros, relacionados condicionalmente con las llamadas máquinas de movimiento perpetuo, no necesitan portadores de energía, sino que, por el contrario, son capaces de generar electricidad mediante la conversión de la energía del sol y del viento.
Todas las fuentes de suministro de energía autónomas son, en general, similares entre sí en su estructura general y principio de funcionamiento. Cada uno de ellos incluye tres unidades principales:
- Convertidor de energía. Representado por paneles solares o, donde la energía del sol y el viento se convierte en corriente eléctrica. Su eficacia depende en gran medida de las condiciones naturales y meteorológicas de una zona determinada: actividad solar, fuerza y dirección del viento.
- Baterías. Son contenedores eléctricos que almacenan electricidad generada activamente en condiciones climáticas óptimas. Cuantas más baterías haya, más tiempo se podrá utilizar la energía almacenada. Para los cálculos se utiliza el consumo medio diario de electricidad.
- Controlador. Realiza una función de control de la distribución de los flujos de energía generados. Básicamente, estos dispositivos controlan el estado de las baterías. Cuando están completamente cargados, toda la energía va directamente a los consumidores. Si el controlador detecta una batería baja, la energía se redistribuye: una parte va al consumidor y la otra parte se gasta en cargar la batería.
- Inversor. Un dispositivo para convertir corriente continua de 12 o 24 voltios en un voltaje estándar de 220 V. Los inversores tienen diferentes potencias, para lo cual se toma la potencia total de los consumidores que funcionan simultáneamente. Al realizar los cálculos, es necesario dejar un cierto margen, ya que operar el equipo al límite de sus capacidades conduce a su rápida falla.
Existen varias fuentes de alimentación autónomas para una casa de campo, cuyas soluciones preparadas se complementan con varios elementos en forma de cables de conexión, balastos para descargar el exceso de electricidad y otros componentes. Para seleccionar la unidad adecuada, debe familiarizarse más con cada tipo de fuente de energía alternativa.
Generadores y minicentrales eléctricas.
Los grupos electrógenos y las minicentrales eléctricas se utilizan ampliamente y proporcionan suministro de energía autónomo a los hogares, especialmente donde no existe ninguna red eléctrica centralizada. Siempre que la unidad se seleccione correctamente, el voltaje de salida es capaz de proporcionar electricidad a la instalación por completo. El factor principal en el funcionamiento normal del equipo es el cumplimiento de los parámetros eléctricos de los consumidores conectados.
Como regla general, las centrales eléctricas autónomas realizan dos funciones principales. Sirven como fuente de energía de respaldo durante un corte de energía o suministran electricidad a la instalación de forma continua. En muchos casos, estos dispositivos proporcionan un suministro de tensión de mayor calidad que la red central. Esto es muy importante cuando se utilizan equipos altamente sensibles, como calderas de calefacción de gas, equipos médicos y otros equipos.
De gran importancia son la potencia de los generadores, su productividad y la capacidad de funcionar durante mucho tiempo sin apagarse. Los equipos de baja potencia pertenecen a la categoría de generadores eléctricos, mientras que los diseños más complejos y potentes se consideran minicentrales eléctricas. Los dispositivos de baja potencia incluyen generadores capaces de soportar una carga que no exceda los 10 kW.
Existen diferentes tipos de generadores, dependiendo del combustible utilizado.
- Gasolina. Se utiliza con mayor frecuencia como fuente de energía de respaldo debido al alto costo del combustible y al mantenimiento relativamente costoso. El costo de las unidades de gasolina es significativamente menor que el de otros análogos, lo que las hace económicamente viables precisamente como fuente de respaldo durante un corte de energía.
- Diesel. Tienen una vida útil importante, mucho mayor que la de sus homólogos de gasolina. Estos equipos pueden funcionar durante más tiempo, incluso bajo cargas pesadas. A pesar de su alto costo, los generadores diésel tienen una gran demanda debido al bajo costo del combustible y al bajo mantenimiento.
- Gas. La confiabilidad y eficiencia de estas unidades se pueden comparar fácilmente con los generadores de gasolina y diésel. La principal ventaja es su bajo precio y su respeto al medio ambiente durante el funcionamiento.
Cada unidad consta de un motor y un generador. Para un funcionamiento más cómodo, todos los dispositivos están equipados con un interruptor de encendido, un motor de arranque y una batería, enchufes para conectar consumidores, instrumentos de medición, un tanque de combustible, un filtro de aire y otros elementos.
Baterías y sistemas de alimentación ininterrumpida.
Una de las opciones durante un corte de energía en una casa de campo es el sistema de alimentación ininterrumpida. Su uso permite solucionar muchos problemas, especialmente durante cortes de energía de corta duración. La regulación de potencia se realiza mediante inversor y estabilizador. El uso de sistemas de alimentación ininterrumpida le permite guardar información importante en su computadora, que puede destruirse si se produce un corte de energía inesperado.
La estructura incluye un circuito de control y un inversor, que es esencialmente un cargador. El tiempo de conmutación y la garantía del suministro ininterrumpido de electricidad al consumidor dependen de su potencia. De este modo se garantiza un suministro eléctrico autónomo a la casa de campo.
Se le da un papel especial al estabilizador, cuya función principal es aumentar o disminuir el suministro de corriente proveniente de la red principal. Por tanto, a la hora de elegir un sistema de alimentación ininterrumpida, es necesario tener en cuenta las características técnicas del inversor y estabilizador. Los dispositivos estándar están equipados con un estabilizador que solo puede reducir el voltaje.
Las cualidades positivas de UPS incluyen su costo relativamente bajo. Funcionan en silencio y no están sujetos a calentamiento debido a su alta eficiencia del 99%. La principal desventaja es el largo cambio a la propia fuente de alimentación. No existe la posibilidad de ajustar manualmente el voltaje y la frecuencia del suministro de energía. Durante el funcionamiento con batería, la salida de voltaje tendrá una forma no sinusoidal.
Las fuentes de alimentación ininterrumpida han demostrado su eficacia junto con computadoras y redes locales, manteniendo eficazmente su funcionalidad. Resultó ser la opción más óptima para su uso en esta área.
Suministro eléctrico de una casa particular con paneles solares.
En casas privadas y de campo, los paneles solares se utilizan cada vez más como fuente de energía principal o de respaldo. La función principal de estos dispositivos es convertir la energía solar en energía eléctrica.
Hay varias formas de utilizar la corriente continua generada por los paneles solares. Puede usarse directamente, inmediatamente después de la producción, o acumularse en baterías y consumirse según sea necesario en la oscuridad. Además, la corriente continua mediante un inversor se puede convertir en corriente alterna con un voltaje de 110, 220 y 380 voltios y se puede utilizar para varios grupos y tipos de consumidores.
Todo el sistema autónomo de suministro de energía solar funciona según un esquema específico. Durante las horas del día producen electricidad, que luego se suministra al controlador de carga. La función principal del controlador es controlar la carga de la batería. Si su capacidad está llena al 100%, se detiene el suministro de carga de los paneles solares. El inversor convierte corriente continua en corriente alterna con parámetros específicos. Cuando los consumidores están encendidos, este dispositivo toma energía de las baterías, la convierte y la envía a la red a los consumidores.
La energía solar, según las estaciones, no es constante y no siempre se considera la fuente principal. Además, la cantidad de electricidad consumida diariamente también varía en diferentes direcciones. Por lo tanto, cuando las baterías están completamente descargadas, el sistema de suministro de energía del hogar cambia automáticamente de paneles solares a otras fuentes de energía de respaldo o a la red eléctrica central.
Los paneles solares hacen que los propietarios de viviendas sean completamente independientes del suministro eléctrico central. En este caso, no se requieren redes eléctricas y se eliminan los costos adicionales por la obtención de permisos y el pago de la electricidad. Este sistema no depende de interrupciones en el suministro centralizado de electricidad, no se ve afectado por el aumento de tarifas y no existen restricciones para conectar capacidades adicionales.
Los paneles solares se pueden utilizar durante un largo período de tiempo, que oscila entre 20 y 50 años. Las inversiones financieras importantes se realizan sólo una vez, después de lo cual el sistema funcionará y se amortizará gradualmente. Todo el funcionamiento con batería se realiza de forma totalmente automática. Una ventaja significativa es la total seguridad de la energía solar para los seres humanos y el medio ambiente. Para obtener el resultado económico deseado se debe seleccionar correctamente el equipo, instalarlo y ponerlo en funcionamiento.
Turbinas de viento
La energía eólica se utiliza desde hace mucho tiempo. Un claro ejemplo son los veleros y los molinos de viento, que son cosa del pasado. Actualmente, la energía eólica ha vuelto a utilizarse para realizar trabajos útiles.
Un representante típico de estos dispositivos se considera un generador eólico. El principio de funcionamiento de la unidad se basa en la rotación de las palas del rotor montadas en el eje del generador mediante el flujo de aire. Como resultado de la rotación, se crea corriente alterna en los devanados del generador. Puede consumirse directamente o acumularse en baterías y utilizarse en el futuro según sea necesario. De esta forma se garantiza un suministro eléctrico autónomo de la instalación.
Además del generador, el circuito operativo contiene un controlador que realiza la función de convertir corriente alterna trifásica en corriente continua. La corriente convertida se envía para cargar las baterías. Los electrodomésticos no pueden funcionar con corriente continua, por lo que se utiliza un inversor para convertirlos aún más. Con su ayuda, la corriente continua se convierte nuevamente en corriente alterna doméstica de 220 voltios. Como resultado de todas las transformaciones, se consume aproximadamente entre el 15 y el 20% de la electricidad generada inicialmente.
Las baterías solares, así como los generadores de gasolina o diésel, se pueden utilizar junto con las turbinas eólicas. En estos casos, el circuito incluye adicionalmente un interruptor de transferencia automática (ATS), que activa la fuente de corriente de respaldo si la principal está apagada.
Para obtener la máxima potencia, la ubicación del generador eólico debe estar en la dirección del flujo del viento. Los sistemas más simples están equipados con veletas especiales unidas al extremo opuesto del generador. La veleta es una pala vertical que gira todo el dispositivo hacia el viento. En instalaciones más complejas y potentes, esta función la realiza un motor eléctrico rotativo, controlado por un sensor de dirección.