Como las ondas reflejadas dañan el motor de los vehículos eléctricos.

 

Como las ondas reflejadas dañan el motor de los vehículos eléctricos.

 Para comprender qué son las ondas reflejadas, por qué se producen y cómo prevenirlas, es importante comprender el funcionamiento del convertidor de frecuencia (inverter) y los sistemas de aislamiento del motor. Vdc-link (VLL o Vbus)  es la tensión de corriente continua que proporciona la batería y con la cual se alimenta la electrónica de conmutación del controlador del motor. Consideramos aquí un esquema  eléctrico/electrónico de un vehículo, constituido por la batería, el controlador (electrónica de potencia) y motor.

 Este fenómeno que se manifiesta en una sobretensión se conoce como "Efecto de línea de transmisión", "Onda reflejada" u "Onda estacionaria". La onda reflejada en los terminales del motor se puede explicar utilizando la teoría de líneas de transmisión por cable. 

 

      La impedancia característica o impedancia transitoria (generalmente escrita Z0) de una línea de transmisión uniforme es la relación de las amplitudes de voltaje y corriente de una sola onda que se propaga a lo largo de la línea; es decir, una onda que viaja en una dirección en ausencia de reflejos en la otra dirección (dirección opuesta). Alternativamente, y de manera equivalente, se puede definir como la impedancia de entrada de una línea de transmisión cuando su longitud es infinita.

Una impedancia que convierte la línea en una línea infinita se conoce como impedancia de sobretensión. Tiene un valor de unos 400 ohmios y un ángulo de fase que varía de 0 a -15 grados para líneas aéreas y alrededor de 40 ohmios para cables subterráneos.La impedancia característica está determinada por la geometría y los materiales de la línea de transmisión y, para una línea uniforme, no depende de su longitud.

 

Producción de ondas reflejadas.

La sección llamada inversora (inverter) de un variador PWM no produce  una onda sinusoidal como voltaje de salida sino que se forma un tren continuo de pulsos como se observa en la figura 1 superior. Estos pulsos de tensión se "transmiten" a los terminales del motor a través del cable que lo conecta al mismo.

 

 El voltaje de pulso pico en la salida del variador es igual a la magnitud del bus de CC del variador (Vdc-link) y contiene tiempos de subida y bajada abruptos (trise, tfall) controlados por los semiconductores IGBT,  dispositivo semiconductor de conmutación utilizado en el accionamiento.

La tensión de pulso máxima en los terminales del motor no es necesariamente Vdc-link, sino que depende de la dinámica (configuración) del circuito variador-cable-motor definido por el tiempo de aumento del voltaje de salida del variador, las características de la línea de transmisión, la longitud del cable y la impedancia del motor al voltaje de pulso.

La figura 1 inferior muestra el tren de pulsos en los terminales del motor ha sobretensiones transitorias momentáneas en cada punto de conmutación, hasta el doble de la tensión de pulso Vdc-links del variador. Estas sobretensiones pueden producir valores  potencialmente destructivos en el aislamiento del motor.

 

Descargas parciales

Siempre que la impedancia de sobrevoltaje del cable no coincida con la impedancia de sobrevoltaje del devanado del motor, se produce una onda de voltaje reflectante que dará como resultado picos de voltaje, vistos anteriormente. Aunque esto sucede independientemente de la tecnología de semiconductores de potencia PWM (IGBT, BJT, GTO, etc.) es más grave con las unidades basadas en IGBT de conmutación rápida. Estos picos de voltaje ocurren en cada pulso generado y causarán potencialmente descargas parciales en el devanado del motor.

 El voltaje requerido para que ocurra la corona (descarga) se conoce como el voltaje de inicio de corona (CIV). Si el pico de voltaje de la onda reflectante es más alto que el CIV del devanado del motor, es muy probable que se produzca una descarga parcial en el mismo.

 

  Los estándares respectivos definen tanto el límite de la magnitud del voltaje máximo como la rapidez con la que puede variar. El gradiente aceptable es un aumento de 0,1 ms del 10 al 90 % del voltaje desde el  estado estable con un pico máximo de 1600 V. Para un motor/ inverter de 460 V, el CIV debe ser de 1600 V o mayor. Según NEMA (MG1 Parte 31). Los cables de motor más cortos  contraen los pulsos por encima del nivel CIV.

Las descargas parciales pueden causar daños tanto físicos como químicos. Crea puntos calientes de alta temperatura en el motor y erosiona el aislamiento entre fases, espiras y bobinas dentro del motor. Cuando este aislamiento falla, la corriente puede fluir  entre fases provocando el colapso del sistema. En los casos en que los devanados están recubiertos con barnices aislantes, pequeñas burbujas, conocidas como oclusiones, proporcionan el aire necesario para comenzar el proceso de descarga.

 

Cobertura aislante de los arrollamientos

La rigidez no es proporcional al espesor.

La humedad reduce fuertemente el valor de rigidez dieléctrica y los aislantes son tanto más eficaces cuanto menos higroscópicos son.

La temperatura actúa de manera diversa según se trate de aislantes sólidos o líquidos.

En los aislantes sólidos la rigidez decrece con el aumento de la temperatura.

 

 Algunas soluciones propuestas

.- Los motores deben tener una clasificación CIV mínima, la tensión nominal de funcionamiento debe ser cuatro veces mayor  a la temperatura nominal.

.-  Seguir las recomendaciones de longitud y tipo de cable proporcionadas por el fabricante. La mayoría de ellos ha realizado pruebas exhaustivas para mitigar las amplitudes de voltaje de onda reflejada y dv/dt creadas por sus productos. Cuando sea posible, ubique el variador y el motor lo más próximos posible.

.- Use reactores y filtros cuando la distancia entre el variador y el motor exceda la longitud de cable recomendada por los fabricantes. Coloque un reactor de salida en el variador o un filtro en el motor para reducir los voltajes pico.

.- Utilizar barnices aislantes con la rigidez dieléctrica apropiada.

 Sabemos que para lograr la mayor eficiencia del conjunto motor-controlador, y por ende mayor autonomía, los mismos deben ser diseñados el uno para el otro. De acuerdo a las recomendaciones la menor longitud del cableado entre motor y controlador minimiza la aparición, he aquí dos ejemplos de diseño.

 

 En ambas fotos se observa que el inverter está ubicado a la menor distancia posible, físicamente del  motor, de manera que  el conexionado sea de mínima longitud.

 

 Ricardo Berizzo

Ingeniero Electricista                                                                                    2024.-

 

 

 

 

 

Tractores eléctricos: la revolución agrícola - Beneficios

 

Tractores eléctricos: la revolución agrícola - Beneficios

 

El sector agrícola es uno de los que mayor potencial de ahorro puede lograr gracias a la electrificación. Un nicho de mercado que apenas ha comenzado su transformación, principalmente por la falta de conocimiento, y la poca oferta. 

 Los tractores eléctricos ofrecen varias ventajas sobre los tractores diésel. Un motor eléctrico necesita menos mantenimiento que un motor diésel, que tiene cientos de piezas móviles. Se alimenta con electricidad doméstica o cualquier electricidad que pueda ofrecer ahorros de costes con respecto al combustible diésel. Las emisiones de gases de efecto invernadero, estimadas en 53 toneladas por año para un tractor diésel típico, se reducen drásticamente.

Ahora, varias empresas  están desarrollando  tractores eléctricos los cuales quieren ser una alternativa real a los modelos diésel. He aquí alguno de los muchos ejemplos en el mundo.

 -La empresa francesa Seederal, que ha contado con el apoyo del gobierno galo y el el banco Credit Agricole, que han inyectado capital para terminar el diseño y desarrollo de un tractor 100% eléctrico. Se trata de un modelo de 7 toneladas, algo más ligero que su equivalente con motor de combustión, que cuenta con un motor eléctrico de 160 CV, y que partiendo de una plataforma de un modelo de JCB, ha sido rediseñado para poder albergar un pack de baterías. Esta adaptación ha permitido aumentar de forma importante la densidad energética del pack, para lograr la mayor autonomía posible ocupando el menor espacio, y con un peso contenido respecto a las conversiones actuales. Gracias a esto, este tractor eléctrico puede funcionar a pleno ritmo durante una jornada de entre 8 y 12 horas, y necesita solamente 2 horas para recuperar su autonomía usando una toma de carga rápida.

- El nuevo concepto de tractor autónomo de John Deere es una unidad de propulsión eléctrica muy compacta con accesorios integrados. El tractor tiene una potencia total de 500 kW y puede equiparse con ruedas u orugas. Es posible un lastre flexible de 5 a 15 toneladas, según la aplicación, para ayudar a reducir la compactación del suelo. Gracias al accionamiento eléctrico, no se producen emisiones durante el funcionamiento y los niveles de ruido son extremadamente bajos. Otras ventajas son los bajos costes de desgaste y mantenimiento.

 

-                     New Holland: La energía potente y limpia se combina con tecnología autónoma de vanguardia, lo que convierte al tractor T4 Electric Power en una primicia en la industria. Obtenga una potencia impresionante con menos mantenimiento y mayores ahorros sin necesidad de combustible, líquido de escape diésel (DEF) o filtros y aceite del motor.

-          Volter: Características: Diseñado específicamente para tareas y condiciones particulares en operaciones agrícolas. Rango de potencia: 80 HP y más

Aplicaciones: Ideal para regiones montañosas, humedales, bosques y otras operaciones agrícolas especializadas, como gestión forestal y trabajos en terrenos desafiantes.

 

 

Knegt: Silencioso y sin emisiones contaminantes. Plena potencia disponible de inmediato Tracción a las cuatro ruedas, dirección asistida y sistema hidráulico de doble efecto. Tiempo de trabajo de 3 a 9 horas

 

 

Beneficios de su implementación

1. Cero Emisiones

Las emisiones de diésel liberan partículas finas al aire, lo que aumenta la contaminación por ozono a nivel del suelo en detrimento de cultivos, árboles y otra vegetación. También crea lluvia ácida, que impacta negativamente la salud de suelos, lagos y arroyos. En cuanto a las emisiones, cabe señalar que si un tractor eléctrico se carga con electricidad de la red, las emisiones asociadas en la cadena de suministro de energía del tractor pasan a asociarse con el proveedor de energía. Esto puede variar drásticamente dependiendo de dónde obtiene su energía el proveedor. El paquete de energía de un proveedor puede variar desde energías renovables principalmente limpias hasta depender aún del carbón, el petróleo o el gas natural.

 2. Menor contaminación acústica

Los tractores eléctricos facilitan un entorno agrícola más tranquilo. Al igual que los coches eléctricos, los tractores eléctricos funcionan con un nivel de ruido significativamente menor. También hay implicaciones de seguridad. Las granjas que realizan operaciones de cosecha nocturna, como los viñedos, informan que el uso de un tractor eléctrico significa que los trabajadores pueden escucharse entre sí y comunicarse de forma rápida y eficaz.

 3. Disminución de la dependencia de los combustibles fósiles

En el centro de la revolución de los tractores eléctricos se encuentra un objetivo más profundo: reducir nuestra dependencia de los combustibles fósiles. Al cambiar a tractores eléctricos, las granjas reducen (o incluso eliminan) su necesidad de diésel para lograr una granja más resiliente y un futuro más limpio.

 4. Potencial de integración de energías renovables

Los tractores eléctricos no funcionan de forma aislada; son parte del ecosistema de equipos más amplio de una granja. A medida que las granjas incorporan cada vez más soluciones de energía renovable, como paneles solares o turbinas eólicas, estos tractores se pueden cargar utilizando la energía extraída directamente de la granja. Esto no sólo amplifica la eficiencia energética sino que también se vincula con la convincente narrativa de una granja auto sostenible.

 5. Ahorro de costos en combustible

La ventaja económica inmediata de los tractores eléctricos es el ahorro de combustible. Si bien hay una inversión inicial en el tractor y potencialmente en la infraestructura de carga en el sitio, los ahorros continuos al no comprar combustible diesel se acumulan rápidamente, especialmente con los costos del diesel en aumento. Con la energía eléctrica, especialmente cuando proviene de fuentes renovables, las granjas pueden lograr una reducción significativa en sus gastos operativos.

 6. Menores costos operativos y de mantenimiento

Uno de los beneficios de los tractores eléctricos que más se pasa por alto es su reducción de los costes de mantenimiento. A diferencia de sus homólogos diésel, los tractores eléctricos tienen menos piezas móviles, lo que se traduce en menos piezas de repuesto y menos desgaste. La ausencia de cambios de aceite, reemplazos de filtros de combustible y mantenimiento del sistema de escape significa que los agricultores pueden esperar una caída notable en sus costos de mantenimiento durante la vida útil de sus tractores eléctricos.

 7. Rentabilidad a largo plazo

 Invertir en un tractor eléctrico no se trata sólo de ahorros inmediatos o de gestión medioambiental; es un movimiento estratégico para la rentabilidad a largo plazo. A medida que el mundo se inclina hacia las energías renovables y las regulaciones sobre emisiones se vuelven más estrictas en respuesta a los crecientes costos de atención médica asociados con la mala calidad del aire, los costos asociados con la maquinaria impulsada por combustibles fósiles, tanto monetarios como regulatorios, aumentarán.

 8. Precisión y control

La era de la electrificación abre la puerta a un conjunto de beneficios de la tecnología agrícola. Uno de ellos es la precisión mejorada. Los tractores eléctricos modernos, especialmente aquellos con elementos de automatización, están redefiniendo la maniobrabilidad y el control. En general tienen  una característica semiautónoma que mantiene un tractor centrado en una fila para que el operador del tractor pueda concentrarse completamente en el implemento mientras mantiene la atención entre el implemento y el tractor. Las tecnologías de tractores autónomos permiten a los agricultores realizar tareas con una precisión y eficiencia sin precedentes.

 9. Duración de la batería

Una preocupación común entre los agricultores es la duración de los tractores eléctricos. Sin embargo, los avances en las baterías de iones de litio en los últimos años han impulsado a los tractores impulsados ​​por baterías a lograr tiempos operativos que pueden durar un turno de trabajo completo. En general ofrecen una duración de batería  de hasta 14 horas, que varía según la granja, el implemento y la operación. El uso inteligente y la gestión eficiente de la energía de la batería pueden generar importantes ahorros de energía.

 

El interruptor magneto térmico rearmable cumple 100 años

 

El interruptor magneto térmico rearmable cumple 100 años

 Desde hace 100 años, el primer interruptor magnetotérmico rearmable ha jugado un papel fundamental en la seguridad eléctrica, marcando un hito en la historia de la tecnología. Este innovador interruptor del circuito ha sido esencial en la protección contra incendios en edificios residenciales, donde aproximadamente una cuarta parte de todos los incendios ocurren y en la protección eléctrica en general. La capacidad de estos interruptores para detectar defectos eléctricos como cortocircuitos y sobrecargas y desconectar el circuito en solo 10 milisegundos—diez veces más rápido que un parpadeo—es crucial. A continuación se cuenta quien fue su ideólogo y cómo fue su historia de desarrollo y concreción práctica.

 Hugo Stotz nació en Stuttgart el 14 de julio de 1869. Realizó sus estudios de ingeniero eléctrico en Maschinenfabrik Esslingen (fue una empresa de ingeniería alemana que fabricaba locomotoras, tranvías, vagones de ferrocarril, puentes, estructuras de acero, bombas y calderas). En esta empresa, se familiariza con un sistema de iluminación eléctrica. En 1887, Stotz, que sólo tenía 18 años, recibió de su empresa el encargo, en Venecia, de suministrar electricidad a una manzana entera de casas mediante una pequeña central eléctrica.

En 1889 murió su padre Emil Stotz y Hugo se mudó con su madre Auguste en 1891 a Mannheim. Allí fundó junto con un socio la empresa "Moyé und Stotz, Gürtlerei und Posamente, Vertretung der Maschinenfabrik Esslingen". La joven empresa convierte lámparas de gas y queroseno para funcionamiento con electricidad y construye estaciones para suministrar electricidad a casas individuales y empresas comerciales, ya que en Mannheim todavía no existe ninguna central eléctrica. Stotz utilizó máquinas de vapor de Heinrich Lanz para impulsar los dinamos.

Tras la marcha de su socio Moyé en 1896, Hugo Stotz cambió el nombre de su empresa a "Stotz & Cie. Elektrizitätsgesellschaft m.b.H." Gracias a la creciente electrificación de hogares y empresas, el negocio tiene tanto éxito que en 1901 Stotz traslada su empresa a su propio edificio residencial y comercial, donde no sólo instala una tienda, sino también una herrería, un taller mecánico y un laboratorio.

 Stotz desarrolla su propio equipamiento técnico y fabrica materiales de instalación, como interruptores y enchufes. Su empresa crece rápidamente, especialmente gracias a la instalación de sistemas de iluminación. La empresa abre cada vez más sucursales y, finalmente, emplea a 300 instaladores. Stotz electrifica pueblos enteros, pero su intereses es concentrarse nuevamente en el desarrollo de electrodomésticos. Por ello, en 1912 vendió el departamento de instalación a la BBC (Brown, Boveri & Cie era un grupo suizo de compañías de ingeniería eléctrica. Baden, Suiza). Stotz construyó una gran fábrica en Mannheim Neckarau para la producción de sus electrodomésticos. La empresa pasó a llamarse "Stotz & Cie., Fabrik elektrischer Spezialartikel". La nueva planta apenas habia entrado en funcionamiento cuando comienza la Primera Guerra Mundial y lleva a la empresa a dificultades económicas cada vez mayores. Tras el final de la guerra, Stotz no ve otra opción que vender su empresa a la BBC. Sin embargo, sigue siendo director general hasta 1929 y el nombre de la empresa también se conserva, pero como filial de la BBC.

 En el período posterior a la Primera Guerra Mundial, llegan a los hogares cada vez más electrodomésticos como planchas, aspiradoras, frigoríficos, tostadoras de pan, cafeteras, cocinas a presión, calentadores de inmersión y placas eléctricas. Como resultado, las sobrecargas y los cortocircuitos son cada vez más comunes en los hogares, llegando a menudo incluso a provocar incendios. Los fusibles instalados para proteger el cableado están resultando poco prácticos. Cuando la corriente es demasiado alta, un alambre delgado se funde en los fusibles, interrumpiendo la corriente. Para permitir que la corriente vuelva a fluir, se debe reemplazar el fusible. Para Hugo Stotz, esta es una situación intolerable, muy poco práctica. Junto con su diseñador jefe, Heinrich Schachtner, comienza a juguetear con la idea de un fusible “rearmable” que proteja el circuito eléctrico sin destruirse.

Stotz y Schachtner reemplazan el alambre delgado del fusible por una combinación de bobina solenoide y termobimetal. Esta ingeniosa idea combina dos sistemas de disparo en uno. La corriente fluye a través de la bobina y genera un campo magnético. Si la corriente es demasiado alta, como en el caso de un cortocircuito, el alto campo magnético activa un interruptor que corta automáticamente el circuito de inmediato.

 

  En caso de una sobrecarga de corriente prolongada causada por demasiados dispositivos conectados, la tira bimetálica se dobla debido al calentamiento e interrumpe la corriente.   Una vez que se ha solucionado el fallo, basta con pulsar un botón y la corriente vuelve a fluir. Ya no es necesaria la instalación de un fusible nuevo. De este modo, el disyuntor automático protege contra cortocircuitos y sobrecargas al mismo tiempo.

Hugo Stotz, que siempre concede gran importancia a la aplicabilidad práctica de sus dispositivos, dota al interruptor automático de un casquillo roscado que encaja exactamente en el casquillo ya previsto para los fusibles. El dispositivo fue patentado en noviembre de 1924. Stotz se jubila en 1929, pero sigue aportando a la empresa su conocimiento y experiencia en cuestiones técnicas o nuevos desarrollos. Stotz murió el 3 de septiembre de 1935.

 

Fuente: https://www.meile-der-innovationen.de

 

Ricardo Berizzo                                            

Ingeniero Electricista                                                                        2024.-

Así es el “mejor centro de carga de vehículos eléctricos del mundo”

 

Así es el “mejor centro de carga de vehículos eléctricos del mundo”

 

Por: Joshua S. Hill para https://thedriven.io/

 

El mejor centro de carga de vehículos eléctricos del mundo se encuentra en Noruega, según los resultados de un concurso internacional anunciado el fin de semana. Y, dado que los vehículos eléctricos representan el 90 por ciento de las ventas de automóviles nuevos en el país, eso tiene sentido.

 El centro ganador fue nombrado centro de carga Able EV ubicado en Mandal, ubicado en el extremo sur de Noruega, que se encuentra en la nueva autopista E-39 y ofrece 16 puntos de carga de alta potencia de hasta 200 kW, cuatro puntos de carga equipados con enchufes tanto CCS como CHAdeMO, y una zona separada para carga de alta velocidad para camiones eléctricos.

 El centro está construido y operado por Certas y Recharge actúa como operador del punto de recarga. También se ofrecen biocombustibles en las estaciones de servicio tanto para vehículos pesados como para vehículos de pasajeros, mientras que en el interior hay un McDonald's, un McCafé y un área de baños, asientos espaciosos y áreas recreativas al aire libre para familias.

 

"Los equipos de DCC y Certas están encantados de que Able Mandal haya sido nombrado 'Mejor centro de vehículos eléctricos del mundo', en una dura competencia de tantos formatos de movilidad excelentes en todo el mundo", dijo Lars Østbye, director general de Certas Energy Noruega AS.

 “También felicitamos mucho a nuestros socios, incluidos Recharge, McDonald's Norge, Deli de Luca Norge y Esso Norge.

 Cabe señalar que el concurso fue patrocinado como parte de un enfoque global en tiendas de conveniencia, por lo que obviamente se dio alta prioridad a los puntos de venta de alimentos. La iniciativa contó con el respaldo de Visa y Coca-Cola.

 Los votantes eran ejecutivos minoristas en la industria minorista global de conveniencia, combustibles y movilidad, y encontraron 24 centros de carga de vehículos eléctricos en tres categorías (urbano, autopista y flota) y los redujeron a un top 10 con participantes de Europa, China y el resto del mundo.

El segundo premio fue para Circle K, Gotemburgo, Suecia, y el tercer premio para Seed & Greet en Hilden, Alemania;