¿Por qué los motores eléctricos tienen un rango de par más amplio?

Answer 1

A continuación se muestra una curva típica de par / velocidad (T / S) para un motor de combustión con una caja de cambios de 4 velocidades.

Como se ve, la caja de cambios modifica la curva T / S para permitir el par de aceleración necesario a bajas velocidades y los requisitos de bajo par (potencia constante) a alta velocidad. Como se ve, el par motor siempre debe exceder el esfuerzo de tracción requerido.

Las máquinas eléctricas, por otro lado, aunque tienen características muy similares al motor de combustión como se muestra a continuación, pueden diseñarse para satisfacer todo el rango de velocidad de torque.

La mayoría de las máquinas de CA convencionales tienen una relación de par pico a nominal de aproximadamente 4: 1, por lo que pueden desarrollar un par muy alto que solo está limitado por las clasificaciones térmicas del motor y la potencia y el tamaño de la electrónica de potencia. Esto permite que los motores con un tamaño de bastidor muy pequeño (digamos 11 kW) puedan desarrollar 150 kW ya que los automóviles solo aceleran por períodos muy cortos (7-10 segundos).

Con un diseño cuidadoso, se puede lograr una relación de pico a par nominal de 6–8 que permitirá que los motores eléctricos funcionen lejos en la región de potencia constante y muy por encima de la velocidad base. En general, una relación de 6: 1 permitirá que el motor funcione hasta 6 * velocidad base. Esto significa que un motor de 4 polos que funciona a 1500 rpm puede funcionar hasta 9000 rpm; sin embargo, esto requerirá el uso de engranajes. Alternativamente, se puede aumentar el número de polos, que es en efecto una caja de cambios eléctrica, de modo que se puede lograr un accionamiento directo sin necesidad de engranajes.

Tenga en cuenta que el par para cualquier motor es proporcional a [matemática] V ^ 2, por lo que [/ matemática] cae rápidamente con la velocidad, pero debido al “diseño excesivo” esto solo se hace evidente a velocidades muy altas como se muestra en la sección de alta velocidad en diagrama de arriba.

Todo esto se debe realmente al proceso de inducción que ofrece la laminación con núcleo de hierro que permite densidades de flujo interno de unos 10000 más fuertes que en el aire. La diferencia básica se muestra a continuación y muestra que un motor de combustión tendría que estar sustancialmente sobre diseñado para tener la misma capacidad general de un motor eléctrico.

Answer 2

Para obtener una comprensión completa, divague un poco y explique primero un par de otras cosas.

Los motores de pistón de vapor, como los que se encuentran en barcos de vapor o locomotoras de vapor de ferrocarril, tienen presión aplicada en la parte superior del pistón. Esa presión sigue siendo la misma durante todo el accidente cerebrovascular. Es la presión encontrada en la caldera. A muy baja velocidad o a máxima velocidad, esta presión es la misma. El par se calcula a partir de la presión y el área del pistón en cuestión. Esto significa que el par será casi igual a lo largo de la carrera de potencia del ciclo y a rpm bajas o altas.

Los motores de combustión interna tendrán una presión muy alta a medida que los gases se enciendan y se quemen. Esto hace que la presión sea variable a medida que el combustible comienza a quemarse primero cerca de la bujía y se extiende y quema en un área más grande en el frente de la quemadura. A medida que los gases se queman, la presión aumenta, pero a medida que el pistón baja, esta presión comienza a descender. La velocidad de combustión de esos gases es esencialmente constante. La velocidad del pistón será muy diferente cuando compare bajas rpm a altas rpm. Este resultado de estas dos interacciones es que el par puede ser mayor en algún punto particular donde las rpm y las velocidades de combustión son óptimas. Las rpm más bajas o más altas resultan en un par más bajo. Incluso los motores diésel sin chispa para el encendido tendrán un área variable de combustión de combustible a medida que se inyecta diesel en el cilindro, pero la tasa de combustión sigue siendo constante.

Los motores eléctricos a cero rpm tendrán cierta cantidad de atracción entre los campos magnéticos en cada posición angular del eje giratorio. Esta atracción será la misma en cada punto a altas rpm o bajas rpm. Al igual que la máquina de vapor, mantendrá un par relativamente constante de cero a máximo porque la fuerza no cambia debido a la velocidad. Esto es esencialmente lo mismo si los motores son imán permanente, inducción, tracción, CA o CC.

Es por eso que los vehículos eléctricos no necesitan transmisiones para moverse. El motor eléctrico puede alejarse de un punto muerto con el mismo par que se muestra a la velocidad máxima de conducción. La velocidad está limitada por la potencia eléctrica disponible y la potencia requerida para forzar al automóvil a pasar por el aire y la resistencia a la rodadura de los neumáticos. Cuando estos dos se vuelven iguales, has alcanzado la velocidad máxima.