Foros de SóloIngeniería

- 19 Oct 2009, 12:26 #189564

Hola, estoy un poco perdido con las máquinas eléctricas, así que necesito de vuestra ayuda. Ya sé que me vais a mandar a leer el Fraile Mora, pero no me veo con fuerzas y lo que necesito es una explicación sencilla.

Necesito saber qué relación hay entre las características geométricas de un motor eléctrico y sus prestaciones. Estoy mayormente interesado en motores brushless de CC (que no creo que cambie respecto a uno normal con escobillas), pero nunca viene de más saber sobre otro tipo de motores.
En un motor de combustión sé hacerme una idea de las posibilidades de un motor en función de la presión de admisión y la geometría de los cilindros, pero en un motor eléctrico no tengo ni idea.

La curva de par ideal de un motor eléctrico tiene una primera parte de par constante y luego de potencia constante. Centrándonos en un motor DC, ¿qué fenómeno limita la potencia? ¿El par es lineal con la tensión de alimentación? ¿En qué influye el número de polos? ¿Por qué tienen una velocidad máxima de giro? ¿Se debe a problemas mecánicos (cojinetes) o a fenómenos eléctricos?

Es fácil suponer que si un motor de 200Nm mide 20cm, uno de 30cm dará 300Nm, pero ¿qué ocurre con el diámetro? ¿Es también lineal la relación?

Y ahora, pregunta práctica:
¿Sería posible conseguir un motor que de 250Nm y 240kW de potencia máxima con un giro máximo de 15.000rpm? ¿cuánto estimais que pesaría? ¿Y uno de 800Nm y misma potencia máxima?

Espero que podáis echarme una mano, gracias por adelantado.

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- 20 Oct 2009, 12:37 #189755

Hola, estoy un poco perdido con las máquinas eléctricas, así que necesito de vuestra ayuda. Ya sé que me vais a mandar a leer el Fraile Mora, pero no me veo con fuerzas y lo que necesito es una explicación sencilla. Explicación sencilla en motores. ¿Es un chiste no?

Necesito saber qué relación hay entre las características geométricas de un motor eléctrico y sus prestaciones. Estoy mayormente interesado en motores brushless de CC (que no creo que cambie respecto a uno normal con escobillas), pero nunca viene de más saber sobre otro tipo de motores.
En un motor de combustión sé hacerme una idea de las posibilidades de un motor en función de la presión de admisión y la geometría de los cilindros, pero en un motor eléctrico no tengo ni idea.

La curva de par ideal de un motor eléctrico tiene una primera parte de par constante y luego de potencia constante. Centrándonos en un motor DC, ¿qué fenómeno limita la potencia? ¿El par es lineal con la tensión de alimentación? ¿En qué influye el número de polos? ¿Por qué tienen una velocidad máxima de giro? ¿Se debe a problemas mecánicos (cojinetes) o a fenómenos eléctricos?

Es fácil suponer que si un motor de 200Nm mide 20cm, uno de 30cm dará 300Nm, pero ¿qué ocurre con el diámetro? ¿Es también lineal la relación?
De motores Brushless poco te puedo contar. No los conozco a fondo, aunque en general, en cualquier tipo de motor, digamos que es el volumen lo que cuenta. Lo que pasa es que ciertas relaciones geométricas funcionan mejor que otras, ciertas geometrías son más fáciles de encontrar en el mercado,... Además, el comportamiento mecánico influye también. Piensa que aumentar un motor en longitud supone un eje más largo, tanto que puede dar muchos problemas, y menor incremento de potencia que si lo hacemos en diámetro. Sin embargo, aumentarlo en diámetro conlleva también problemas mecánicos (equilibrados). Para los motores de CC no hay unas medidas estándar rígidas, pero sí están normalmente dentro de unas medidas habituales, es decir, un motor de potencia tal tiene aproximadamente tanto de diámetro por tanto de longitud.

Como idea a grosso modo. Lo que te importa es el bobinado. Cuanto más sección envuelve más prestaciones dará, por lo que lo que te hace falta es espacio para que quepa. Idea a grosso modo, no es para nada teórica ni nada parecido. En el caso de un rotor bobinado, tendrás varias bobinas que rodean al eje. Cuanto más grandes sean más potencia tendrás. En cualquier caso, la relación no es lineal, y el diseño electromagnético influye mucho en las prestaciones finales del motor.

Y ahora, pregunta práctica:
¿Sería posible conseguir un motor que de 250Nm y 240kW de potencia máxima con un giro máximo de 15.000rpm? ¿cuánto estimais que pesaría? ¿Y uno de 800Nm y misma potencia máxima?
¿250Nm y 15000 rpm?, digamos que lo más difícil es conseguir las 15000 rpm. En un motor de alterna sabes que queda descartado. En uno de continua se puede conseguir, aunque según qué tipo de motor sea. Desde luego, puede haber limitaciones mecánicas, pero siempre son salvables. Los principales problemas serán electricos. Ahora, para el par que dices y la potencia que dices el bicho en cuestión tendría que ser muy grande, y mover cualquier cosa a esa velocidad con un gran tamaño no es fácil. Además, corriente continua para ese tamaño de motores,... No sé, no lo veo. Mucha chicha para continua. ¿Cuánto pesa? Ni la más remota idea. Mucho. Los motores que yo utilizo son mucho más pequeños. Lo que tú buscas es un motor de coche y, sinceramente, no sé lo que hay por ahí.

Espero que podáis echarme una mano, gracias por adelantado.

Siento no poder ayudarte más. Quitando pequeños motores de alterna, yo no diseño motores y me confieso muy pez en ello. Espero que esto te sirva algo y, además, suba un pco la pregunta y así alguno que de verdad sepa del tema te conteste mejor que yo.

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"Arte sin ingeniería es soñar, ingeniería sin arte es calcular"
"Yo te lo explico, porque no me cuesta nada y además es mi obligación" Reivindicador Dixit
"Esto es teóricamente posible pero prácticamente improbable" Mecagüenlá dixit
"En teoría no hay diferencia entre teoría y práctica. En la práctica, sí"

- 20 Oct 2009, 16:33 #189806

Pues sí JCas, tu respuesta me sirve. Sigo perdido, pero algo menos. Has acertado, lo que quiero es un motor de coche. Tengo que hacer un proyecto de un coche eléctrico y la verdad es que no tengo tiempo de aprender sobre máquinas eléctricas.

El motor del Tesla Roadster da 215kW, 375Nm de par y estira hasta las 14.000rpm. Es un motor de inducción trifásico con 4 polos. Funciona a 375V y pesa sólo 30 kg. Puede parecer una sílfide, pero el motor del KERS de un F1 da 60kW y pesa sólo 4kg (15kW/kg frente a 7kW/kg del Tesla). Tiene pinta de dar poco par, eso sí.

Para girar a 14.000 rpm con 4 polos tiene que ser alimentado a 500Hz. Se lo han currado con el regulador.

Gracias por la respuesta.

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- 20 Oct 2009, 20:36 #189877

Pues sí JCas, tu respuesta me sirve. Sigo perdido, pero algo menos. Has acertado, lo que quiero es un motor de coche. Tengo que hacer un proyecto de un coche eléctrico y la verdad es que no tengo tiempo de aprender sobre máquinas eléctricas.

El motor del Tesla Roadster da 215kW, 375Nm de par y estira hasta las 14.000rpm. Es un motor de inducción trifásico con 4 polos. Funciona a 375V y pesa sólo 30 kg. Puede parecer una sílfide, pero el motor del KERS de un F1 da 60kW y pesa sólo 4kg (15kW/kg frente a 7kW/kg del Tesla). Tiene pinta de dar poco par, eso sí.

Para girar a 14.000 rpm con 4 polos tiene que ser alimentado a 500Hz. Se lo han currado con el regulador.

Gracias por la respuesta.

Bueno, los motores de los aviones van en continua a 400V, cosa que me parece igual de sorprendente (más que nada por el aislamiento, que debe ser de cuidado).

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- 22 Oct 2009, 08:34 #190152

Hola.

Creo que en motores de continua, desde el descubrimiento del noedimio frente a los convencionales de cobalto, revolucionaron la relación Tamaño/peso - Par motor.

Creo que la respuesta a tu pregunta es esa... el neodimio (Imán superpotente) en la construcción de motores BRUSHED, con escobillas.

Para los motores sin escobillas, los BRUSLESS, te pongo aqui un ejemplo, sacado de la red (Estos motores suelen ser trifasicos)

motor brushless outrunner AXI 2826-10 pesa solo 180 grs, y con 4 Li-Po en serie (14 volts), o 14 celdas Ni-Cd, lleva una hélice APC 12x6 a 9.900 RPM consumiendo 45 Amps (Watts de entrada = 14 V x 45 A = 630 Watts; Watts de Salida = Watts de entrada x eficiencia = 630 x 0.79 = 498 Watts, generando casi la misma potencia que un motor 46. El peso del conjunto es 480 grs el pack y 180 grs el motor = 660 grs.

Estos motores, se construyen de dos maneras:
1- "Inrunner" o de rotor interno: fueron los primeros en aplicarse al aeromodelismo, en ellos el bobinado está en la carcasa exterior, mientras que el rotor se encuentra en el interior. Tienen menor diámetro y menor par pero mayor velocidad de giro. Su uso principal, actualmente, está en las turbinas EDF (Electric Ducted Fan eléctricos) y la propulsión por hélice con reductoras de engranajes, especialmente los planetarios.

2- "Outrunner" o de carcasa giratoria: toman como modelo los motores utilizados en informática, en los que los imanes permanentes están dispuestos en un anilla alrededor de un grupo de bobinas dispuestas de forma radial. Estos motores son de mayor diámetro, el par es muy superior y trabajan a unos regímenes que permiten la utilización directa de las hélices, incluso con diámetros bastante grandes en relación al peso del conjunto para aplicarlos a cualquier especialidad del aeromodelismo. Para dosificar la potencia de estos motores eléctricos se usan variadores específicos, que generan una corriente trifásica que varía en frecuencia. Estos motores son alimentados por baterías que deberían ser independientes a la alimentación eléctrica del resto del aeromodelo como pueden ser receptor y servos .

Con estos datos, tienes suficiente para ir empapándote de todo lo referente a motores en la red.

Saludos.

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