Comparativa de motores AC implementados sobre un vehículo eléctrico de batería

Abstract

[ES] En este trabajo se ha realizado una comparativa entre un motor asíncrono de inducción y uno síncrono de imanes permanentes implementados sobre un coche eléctrico utilitario tipo. Para ello se ha utilizado el software Simulink Matlab en el que se han generado dos modelos en los que el motor debe seguir una velocidad de referencia que viene dada por el ciclo de homologación WLTP Clase 3 y a su vez vencer el par de carga que supone el vehículo eléctrico. Dichos modelos incorporan el ciclo de velocidad WLTP, un subconjunto de potencia compuesto por el motor eléctrico, el inversor trifásico y una batería de ion-litio. También se añade un control vectorial FOC o uno escalar en bucle cerrado según el motor eléctrico del modelo. Por último, se ha generado un subconjunto mecánico que representa la transmisión del par electromagnético del motor a las ruedas de coche y la dinámica propia de un vehículo de cuatro ruedas. Los elementos críticos de las simulaciones han sido la batería y el tipo de control empleado para generar las señales de disparo de los IGBTs del inversor trifásico. El fin último de este proyecto de investigación ha sido justificar la implementación de uno u otro motor según el consumo energético obtenido y la calidad del seguimiento de la velocidad de referencia. Se ha obtenido que el motor de imanes permanentes tiene un menor consumo energético y un seguimiento de velocidad correcto, mientras que el motor de inducción presenta un error de "offset" en el seguimiento de la velocidad. Este resultado refleja fielmente el estado del arte sobre los motores eléctricos de tracción los cuales tienden a ser síncronos de imanes permanentes junto a los emergentes de reluctancia variable

[EN] In this work, a comparison between an asynchronous induction motor and a permanent magnet synchronous motor implemented on a typical electric utility car has been carried out. For this purpose, Simulink Matlab software has been used to generate two models in which the motor must follow a reference speed given by the WLTP Class 3 standard cycle and, at the same time, overcome the load torque of the electric vehicle. These models incorporate the WLTP speed cycle, a power subassembly consisting of the electric motor, the three-phase inverter, and a lithium-ion battery. A FOC vector control or a closed-loop scalar one is also added depending on the electric motor of the model. Finally, a mechanical subset has been generated to represent the transmission of the electromagnetic torque from the motor to the wheels and the dynamics of a four-wheeled vehicle. The critical elements of the simulations have been the battery and the type of control used to generate the trigger signals of the IGBTs of the three-phase inverter. The goal of this research project has been to justify the implementation of one or the other motor according to the energy consumption obtained and the quality of the reference speed tracking. It has been obtained that the permanent magnet motor has a lower energy consumption and a correct speed tracking, while the induction motor presents an "offset" error in the speed tracking. This result accurately reflects the state of the art on traction electric motors which tend to be permanent magnet synchronous together with the emerging switching reluctance ones

[CA] En aquest treball s'ha realitzat una comparativa entre un motor asíncron d'inducció i un síncron d'imants permanents implementats sobre un cotxe elèctric utilitari tipus. Per a això s'ha utilitzat el programari Simulink Matlab en el qual s'han generat dos models en els quals el motor ha de seguir una velocitat de referència que ve donada pel cicle d'homologació WLTP Classe 3 i al seu torn véncer el parell de càrrega que suposa el vehicle elèctric. Aquests models incorporen el cicle de velocitat WLTP, un subconjunt de potència compost pel motor elèctric, l'inversor trifàsic i una bateria d'ió-liti. També s'afig un control vectorial FOC o un escalar en bucle tancat segons el motor elèctric del model. Finalment, s'ha generat un subconjunt mecànic que representa la transmissió del parell electromagnètic del motor a les rodes de cotxe i la dinàmica pròpia d'un vehicle de quatre rodes. Els elements crítics de les simulacions han sigut la bateria i el tipus de control emprat per a generar els senyals de tret dels IGBTs de l'inversor trifàsic. La fi última d'aquest projecte d'investigació ha sigut justificar la implementació de l'un o l'altre motor segons el consum energètic obtingut i la qualitat del seguiment de la velocitat de referència. S'ha obtingut que el motor d'imants permanents té un menor consum energètic i un seguiment de velocitat correcte, mentre que el motor d'inducció presenta un error de "offset" en el seguiment de la velocitat. Aquest resultat reflecteix fidelment l'estat de l'art sobre els motors elèctrics de tracció els quals tendeixen a ser síncrons d'imants permanents al costat dels emergents de reluctancia variable