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Brushless o inducción

Apr 19, 2017

En la década de 1990, todos los vehículos eléctricos excepto uno fueron accionados por accionamientos sin escobillas DC. Hoy en día, todos los híbridos están alimentados por unidades sin escobillas DC, sin excepciones. Los únicos usos notables de accionamientos de inducción han sido los General Motors EV-1; Los vehículos de la propulsión de la CA, incluyendo el tzero; Y el Tesla Roadster.

Ambos DC sin escobillas y accionamientos por inducción usan motores que tienen estatores similares. Ambos accionamientos utilizan inversores de modulación de 3 fases. Las únicas diferencias son los rotores y los controles del inversor. Y con controladores digitales, las únicas diferencias de control son con el código de control. (Las unidades sin escobillas de CC requieren un sensor de posición absoluta, mientras que las unidades de inducción sólo requieren un sensor de velocidad, estas diferencias son relativamente pequeñas).

Una de las principales diferencias es que se genera mucho menos calor de rotor con la unidad sin escobillas de corriente continua. El enfriamiento del rotor es más fácil y la eficiencia del punto máximo es generalmente más alta para esta unidad. El accionamiento sin cepillo DC también puede funcionar con un factor de potencia unitario, mientras que el mejor factor de potencia para el accionamiento por inducción es aproximadamente el 85%. Esto significa que la eficiencia energética del punto de pico para una unidad sin escobillas de corriente continua típicamente será unos pocos puntos porcentuales más alta que para un accionamiento de inducción.

En una conducción sin cepillo ideal, la fuerza del campo magnético producido por los imanes permanentes sería ajustable. Cuando se requiere un par máximo, especialmente a bajas velocidades, la intensidad del campo magnético (B) debe ser máxima - de manera que las corrientes del inversor y del motor se mantengan en sus valores más bajos posibles. Esto minimiza las pérdidas I ² R (corriente ² de resistencia) y, por lo tanto, optimiza la eficiencia. Igualmente, cuando los niveles de par son bajos, el campo B debe reducirse de tal modo que se reducen también las pérdidas turbulentas e histéresis debidas a B. Idealmente, B debe ser ajustado de manera que la suma de las pérdidas de turbulencias, histéresis e I $ ² $ sea minimizada. Desafortunadamente, no hay manera fácil de cambiar B con imanes permanentes.

Por el contrario, las máquinas de inducción no tienen imanes y los campos B son "ajustables", ya que B es proporcional a V / f (voltaje a frecuencia). Esto significa que a cargas ligeras el inversor puede reducir el voltaje de manera que las pérdidas magnéticas se reduzcan y la eficiencia se maximice. Por lo tanto, la máquina de inducción cuando se opera con un inversor inteligente tiene una ventaja sobre una máquina sin escobillas de corriente continua - las pérdidas magnéticas y de conducción se pueden comercializar de tal manera que se optimiza la eficiencia. Esta ventaja se vuelve cada vez más importante a medida que se incrementa el rendimiento. Con DC sin escobillas, a medida que crece el tamaño de la máquina, las pérdidas magnéticas aumentan proporcionalmente y la eficiencia de la carga parcial disminuye. Con la inducción, a medida que crece el tamaño de la máquina, las pérdidas no crecen necesariamente. Por lo tanto, los accionamientos de inducción pueden ser el enfoque preferido cuando se desea un alto rendimiento; La eficiencia máxima será un poco menor que con DC sin escobillas, pero la eficiencia media puede ser mejor.

Imanes permanentes son caros - algo así como $ 50 por kilogramo. Los rotores de imán permanente (PM) también son difíciles de manejar debido a las fuerzas muy grandes que entran en juego cuando algo ferromagnético se acerca a ellos. Esto significa que los motores de inducción probablemente conservarán una ventaja de coste sobre las máquinas PM. Además, debido a las capacidades de debilitamiento de campo de las máquinas de inducción, las clasificaciones de inversores y los costos parecen ser menores, especialmente para las unidades de alto rendimiento. Dado que las máquinas de inducción por hilado producen poca o ninguna tensión cuando se desexcitan, son más fáciles de proteger.
Casi lo olvidé: las máquinas de inducción son más difíciles de controlar. Las leyes de control son más complejas y difíciles de entender. Alcanzar la estabilidad en toda la gama de velocidad de torsión y sobre temperatura es más difícil con la inducción que con DC sin escobillas. Esto significa mayores costos de desarrollo, pero es probable que haya poco o ningún costo recurrente.