¿Por qué los motores de tracción de CA (como los que se usan en los automóviles y trenes eléctricos) se quejan cuando se alejan inicialmente?

Answer 1

Básicamente, hay tres fuentes de “ruidos quejumbrosos” en la transmisión de un vehículo eléctrico: ruido de engranaje, ruido de “chopper” y la corriente de fase del inversor.

Los dos últimos son en realidad señales eléctricas que pueden estar en el rango audible de frecuencias que los componentes magnéticos del motor convierten en ruido mecánico (no intencional).

Cualquiera de estos podría parecer desaparecer a velocidades más altas por uno de los tres efectos: en realidad desaparecen, o están abrumados por el ruido de la carretera, o se desplazan fuera del rango de frecuencia audible.

En un Tesla creo que estás escuchando ruido de equipo. El tren de transmisión tiene docenas de dientes de engranajes que se acoplan para cada revolución de las ruedas, por lo que el rango de frecuencia es justo donde se esperaría una especie de silbido tipo turbina al comenzar a baja velocidad. El pico de torque del motor también se encuentra a baja velocidad (generalmente opera a velocidad constante hasta su pico de potencia, y luego opera a la potencia máxima hasta que se alcanza su límite de revoluciones).

El ruido Chopper es otra posibilidad, pero en los inversores modernos es mucho más común usar una frecuencia fija y, en segundo lugar, una que apenas es audible para los humanos adultos (a menudo alrededor de 15 kHz). En los trenes y trolebuses, este no suele ser el caso, y el tono constante o el ruido de “cambio de marcha” es causado por una frecuencia de conmutación más baja y, a veces, debido al uso de semiconductores que tienen tiempos mínimos de encendido y apagado.

Las corrientes de fase reales son de una frecuencia demasiado baja para causar un gemido de turbina, al menos si está escuchando la frecuencia fundamental. El motor de un Modelo S a la velocidad máxima funciona a aproximadamente 16000 RPM. Si suponemos una velocidad máxima de 160 mph (para facilitar las matemáticas), eso es aproximadamente 100 RPM por mph. Entonces, a velocidades de autopista, las corrientes de fase son un zumbido de baja intensidad.

Como dijo otro respondedor, también podría ser una interacción de la corriente de fase y las frecuencias de conmutación. En cualquier caso, depende mucho de exactamente qué tipo de inversor se usa, pero generalmente se reduce al ruido eléctrico que se transfiere al aire a través de los componentes magnéticos del motor, o un componente mecánico en la transmisión

Answer 2

Es muy probable que el motor de tracción esté controlado por el variador de velocidad (VSD). La salida de este VSD es de frecuencia variable dependiendo de la velocidad del motor (no entremos en detalles del por qué), por lo tanto, se escucha el ruido ‘quejumbroso’ de menor a mayor frecuencia. Una vez que el tren está en velocidad, este ruido de “quejido” sigue ahí, pero como la velocidad es más o menos la misma, la frecuencia de “quejido” también es la misma.

Lo que hace que el ruido ‘lloriqueante’ durante la aceleración sea más audible, esto se debe a que se consume mucha más energía durante la etapa de aceleración (por lo tanto, se desperdicia más energía como ruido audible). Una vez que el tren está en velocidad, se consume menos energía.

Lo que también notará, dependiendo de la marca del tren, escuchará diferentes etapas de ‘lloriqueo’. Por ejemplo, en este video de YouTube del tren de Tokio (salte al segundo 36), puedo escuchar al menos 2 etapas de lloriqueo (de menor a mayor y luego de menor a mayor):

Según mi propia experiencia, cuando estuve en Hannover (Alemania), puedo escuchar que su tren Intercity hace al menos 8 etapas de ruido de ‘lloriqueo’ (bajo a alto, bajo a alto, bajo a alto, etc.). Esto se debe a que el VSD no solo varía la frecuencia, sino también en los pasos de voltaje. Pero bueno, no entremos en detalles, ¿de acuerdo?

Entonces, si está buscando más información técnica sobre la fuente de ruido, tal vez pueda citar esta (Página en nhp.com.au):

“El ruido es causado por la vibración de las laminaciones en el núcleo y el rotor del estator de acero bajo las fuerzas magnéticas generadas por el voltaje aplicado. Este problema fue más prominente en los primeros VSD ya que fueron diseñados usando circuitos de salida de transistor de baja frecuencia portadora de conmutación lenta en lugar de las configuraciones IGBT mucho más rápidas (frecuencias de hasta 20 kHz)
utilizado en los VSD de hoy. Los VSD modernos permiten al usuario configurar una frecuencia de conmutación más alta para reducir el ruido, pero esto reduce la eficiencia general del motor / VSD “.

Ese artículo también le brinda los ‘armónicos’ causados ​​por el VSD (por lo tanto, el ruido quejumbroso):

Answer 3

Aquí hay algunas razones, muchas funcionan a través de la magnetostricción mencionada por Dennis, pero algunas son puramente mecánicas.

Los de magnetostricción son cualquier cosa que provoque cambios repentinos repetidos en la intensidad del campo magnético a una frecuencia audible alta, principalmente debido al ancho del pulso o la modulación de densidad (PWM o PDM), este es el sonido que se escucha de un taladro inalámbrico a menos de la potencia máxima.

En los motores con escobillas, se produce a altas velocidades por una combinación de la acción de cambio de escobillas y por el ruido mecánico directo de las escobillas. Este es el gemido de una aspiradora.

También hay ruido en el tren de engranajes y en los cojinetes que de lo contrario quedaría enmascarado por el sonido del motor.

Answer 4

Creo que vendrá de dos fuentes. Una es la magnetostricción (expansión y contracción de las laminaciones del núcleo magnético utilizadas en el motor). El otro son los armónicos resultantes de la electrónica que convierte la CC en una CA de baja frecuencia para que el motor acelere desde el reposo hasta la velocidad del punto de ajuste. La corriente alterna proveniente de estos inversores no es completamente lisa y, por lo tanto, contiene muchos armónicos (ruido de alta frecuencia).

Es probable que las corrientes motoras más altas durante la aceleración también hagan que estos efectos magnéticos normales sean más pronunciados.

Answer 5

Depende.
Si usted es un espectador estacionario, las fuentes de los sonidos son la tracción sobre las pistas y la columna de aire que se corta a alta velocidad.
Sin embargo, cuando está dentro del tren, los sonidos provienen de los cojinetes que sujetan el eje del rotor y lo unen al cuerpo del tren de manera que puedan mover las ruedas libremente. Si revisa en línea, hay industrias dedicadas separadas que trabajan constantemente y realizan actividades de I + D en el campo de los rodamientos de bolas para mejorar estos aspectos, como minimizar la fricción, reducir el ruido generado, la tecnología de lubricación (composición de aceite, que incluye ingeniería química), etc.

Answer 6

Creo que la mayoría de las respuestas aquí están bailando en torno a la verdadera causa. Los sistemas eléctricos ponen energía en las bobinas del motor y, si no me equivoco, son las vibraciones de esta bobina las que provocan el zumbido del motor eléctrico. A medida que la corriente en la bobina cambia (de ahí el nombre de corriente alterna o CA en el nombre de inducción de CA) la bobina se magnetiza con cada interruptor en el poder. Es esta constante magnetización y desmagnetización de la bobina lo que hace que los muchos devanados de cobre vibren. Los motores más viejos y más baratos tienden a hacer esto más debido a los devanados y no tan apretados.

Answer 7

Magnetostricción

Explicación
Internamente, los materiales ferromagnéticos tienen una estructura que se divide en dominios , cada uno de los cuales es una región de polarización magnética uniforme. Cuando se aplica un campo magnético, los límites entre los dominios cambian y los dominios rotan; ambos efectos causan un cambio en las dimensiones del material.
En la magnetización, un material magnético sufre cambios en el volumen que son pequeños: del orden 10−6.

Answer 8

Los trenes que significan locomotoras eléctricas diesel utilizan motores de corriente continua.

El diesel gira un alternador que produce CA que luego se convierte en CC y se envía a los motores de tracción.

¿Por qué DC a los motores de tracción? Porque los motores de CC producen un par máximo a 0.0 RPM. Se necesita mucho esfuerzo de torsión para mover un millón de libras de carga.

Curiosamente, las máquinas de vapor también desarrollan un par máximo a 0.0 RPM.

Lo único que escucho de un diesel es del turbocompresor.

Answer 9

Los viejos trenes eléctricos y los tranvías emitían un gemido muy distinto que podía escucharse a una cuadra de distancia, causado por los crudos engranajes de dientes rectos. Los tranvías posteriores y todas las transmisiones automotrices usan engranajes helicoidales, que son mucho más silenciosos.