Componentes y Control de la Electrónica de Potencia en Sistemas de Tracción Eléctrica

Electrónica de Potencia y Control

Son necesarios una serie de circuitos electrónicos que controlan, adaptan y optimizan el funcionamiento de todo el sistema.

Inversores CC/CA

Invierten la corriente continua (CC) de una batería en corriente alterna (CA). Permiten controlar cualquier motor de corriente alterna y los motores de corriente continua brushless.

• Trabajan con un generador de impulsos PWM, un amplificador de impulsos, un conjunto de transistores IGBT alimentados por corriente continua positiva y negativa, y el motor de corriente alterna.
• Los transistores IGBT son transistores de muy alta potencia, soportando tensiones de hasta 300V.
• Controlando la frecuencia y la intensidad de los trenes de señales PWM se controla la velocidad, el par y la potencia del motor eléctrico.

Rectificadores CA/CC (Puente de Graetz)

Convierten la tensión alterna trifásica generada en los motores eléctricos cuando realizan la recuperación de energía (KERS) en corriente continua apta para cargar las baterías. También se utilizan cuando hay que mover un motor de CC con corriente alterna trifásica.

Convertidores CC/CC

Son necesarios cuando la tensión de los acumuladores no es la misma que la de los motores eléctricos, actuando como estabilizadores de tensión. Están formados por transistores IGBT y una inductancia.

• El circuito está conectado por un lado de la inductancia al elemento de menor tensión (400V) y por el otro a la zona de mayor tensión (600V).

Electrónica de Control y Red de Comunicación

Todos estos sistemas exigen un sistema electrónico que conecte entre sí todos los elementos y permita que el sistema se pueda controlar y sea fiable. Se necesita una red de comunicación.

Características que deben incluir

• Permitir el intercambio de datos entre todas las unidades del sistema.
• Que no existan errores en los datos que se intercambian.
• Ser capaces de autodiagnosis.

Requisitos exigidos

• Suficiente velocidad de transmisión de datos.
• Protegidos de interferencias.
• Realizar diagnosis con la mayor seguridad posible.

Unidades Genéricas que Componen un Sistema de Tracción

Unidad A: Interconexión

Unidad de interconexión con el resto de las redes de comunicación. Importa y exporta datos e informa al conductor del estado de los sistemas eléctricos de tracción.

Unidad B: Control de Acumuladores

Unidad de control de los acumuladores, para mantener el nivel de carga.

Unidad C: Gestión de Tensión

Controla los distintos niveles de tensión. Según el estado del sistema, garantiza que las tensiones en cada red se mantengan en los niveles correctos, permitiendo la carga y la descarga de los acumuladores cuando sea necesario.

Unidades D y E: Control de Motor de Tracción

Controlan cada motor eléctrico de tracción. Determinan en cada momento la frecuencia, el nivel de tensión e intensidad para su correcto funcionamiento.

Unidad F: Generador

Unidad del generador. La incorporan si llevan motor térmico o son híbridos con generador independiente.

Unidad G y Motor M3: Control de Motores de Servicio

Control de los motores eléctricos de servicio. Gestiona la conexión y desconexión de los motores eléctricos del servofreno, dirección asistida y compresor de aire acondicionado (AA).

Unidad H: Carga Exterior

Supervisa el estado de tensión e intensidad de la red exterior, las interferencias y el pago del coste de la carga.

Cableado e Interferencias Electromagnéticas

El Cableado

El cableado está constituido por redes ópticas o cables con malla de protección (coaxiales o STP) para protegerse de interferencias.

Interferencias

El funcionamiento del motor térmico genera gran número de interferencias que afectan a otros sistemas del vehículo. Estas generan picos y variaciones de tensión que deben ser eliminados o minimizados para un correcto funcionamiento del vehículo.

Modos de Transmisión del Ruido Electromagnético

Se identifican cuatro modos principales de transmisión de ruido electromagnético y sus soluciones:

Conductivas

Se producen por contacto eléctrico directo entre la fuente de oscilaciones del campo eléctrico y el receptor. Solución: Minimizar el número de cables comunes entre elementos.

Capacitivas

Se producen por proximidad de un cable a un objeto metálico. Solución: Aumentar la separación entre las canalizaciones del cableado y el chasis, o utilizar cable coaxial.

Inductivas

Se producen cuando los cables están suficientemente próximos entre sí. Solución: Utilizar cable coaxial, aumentar la distancia entre cables eléctricos o evitar que los cables circulen en paralelo.

Electromagnéticas

En determinadas conexiones geométricas, el cable, el material o la frecuencia, al someterse a fluctuaciones eléctricas, pueden actuar como una antena emitiendo ondas electromagnéticas. Solución: Utilizar filtros, utilizar cables coaxiales, colocar perpendicularmente entre sí los distintos cables eléctricos.