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Estamos decididos a realizar una conversión a eléctrico, entonces tenemos que cumplir varias etapas. * El vehiculo: Hay varias posibilidades, y la mas recomendable pasa por utilizar un vehiculo compacto, si tomamos en cuenta razones de medio ambiente es lógico pensar en autos que no superen los 700 Kg, por ejemplo Suzuki Maruti, Daihatsu Cuore o Charade, o cualquiera de este estilo. Estos modelos requieren, sistemas eléctricos más económicos de 48 V a 96 V y menor volumen de baterías. En realidad casi cualquier auto se puede convertir, pero a mayor peso, mayor costo de los elementos.
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Muchas veces nos proponen convertir a eléctricos puros, Camionetas 4x4 de 1800 Kg. de peso, si bien se puede, siempre explicamos que estos vehiculo son mas adecuados en realidad para funcionamiento Hibrido. Cada usuario puede en definitiva, decidir que y como va a convertir su vehiculo grande o pequeño. Si se va a comprar un auto, lógicamente la mejor opción es encontrar uno con el motor fundido o desarmado. La caja de cambios es un elemento que vamos a utilizar en la conversión. Lo más importante es el estado exterior de la carrocería y la documentación. Si es muy poco el capital disponible, se puede construir un triciclo de carga muy practico y funcional (tipo vespa o Bajag). Estos funcionan muy bien con tecnologías de 24 o 36 V. y mas adelante mostraremos como con dos baterías de 12 V y un motor de 24 V mas un controlador de dos velocidades casero, obtenemos un vehiculo de uso diario. La elección de un coche Ahora que usted tiene una idea básica de lo que es necesario para realizar una conversión, el siguiente paso es elegir el estilo de la carrocería y el chasis. También es posible que ya cuenten con un coche elegido para este fin. ¿Quieres que tu Vehiculo Eléctrico (V.E.) sea un modelo familiar, un vehículo de carga, uno de alto rendimiento? , o una combinación de usos ?. •
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Para el uso familiar con un rango de 60 Km o más considerar un sedán compacto que tiene suficiente espacio para acomodar 8 a 20 baterías de 6 voltios. Escort, Honda, Suzuki, Volkswagen, etc. las baterías de 6 voltios se prefieren más que de 12 voltios, porque tienen más densidad de energía que es necesaria para la gama. Para añadir vel. final, pero sacrificar algunos Km. de gama se puede considerar baterías de 8 voltios. Las camionetas pik up son de gran utilidad. Ellas tienen la capacidad de transportar carga útil adicional y además las baterías se pueden instalar bajo la caja. Utilizar 20 baterías de 6 voltios puede ser una configuración común. V. E. de alto rendimiento son una delicia para conducir. Permitiendo formas de carrocería aerodinámica con una buena integridad estructural para manejar el peso de las baterías. Configuraciones típicas son 2 +2 o dos plazas, como MR2 Toyota, Honda , Porshe 911 y 914 y Mazda RX-7 con 144 voltios o más, sistemas para usar baterías de 12 voltios de ciclo profundo. Usted puede esperar una gama de cualquier lugar del 50 a 120 Km. Usted puede aumentar su alcance y capacidad de A. hora instalando dos grupos de baterías en paralelo. Puede ser creativo mezclando y combinando su propia configuración.
Page 3 Sugerencias sobre la elección del chasis Transmisión Manual de 4 o 5 Velocidades. Use una transmisión manual en lugar de una automática. Las automáticas se evitan porque no son tan eficientes al conducir un V. E. Los motores eléctricos también son 98 % eficientes por lo que no tendrá que cambiar mucho, muchos V.E. de ciudad se manejan en 2* o 3* velocidad. Frenos con servo. Se recomienda mantener el servofreno por el peso extra de las baterías. El vacío puede ser generado con una bomba de vacío eléctrica de 12 V. Dirección asistida La dirección asistida puede ser utilizada, pero para una simple conversión no es necesario debido a que un motor adicional sería necesario para impulsar la bomba de dirección asistida. Si su vehículo tiene dirección asistida sólo coloque un tapón en la entrada de las mangueras. Si la asistencia de dirección es necesaria hay maneras de acoplar el motor para impulsar la bomba. Aire Acondicionado La mayoría de las conversiones no utilizan sistemas de Aire Acondicionado por temas de espacio y añadir un mayor consumo a las baterías. Sin embargo, todavía puede mantener el A.A. mediante la adición de un motor de imán permanente de CC de 1 HP. para impulsar el compresor. Peso Normalmente un V.E. agregará 100 a 300 Kg. al peso del coche. Compruebe el peso de calificación de su coche para asegurarse de que el peso de su conversión estará dentro de lo razonable. Ejemplo de una conversión completa A los efectos de esta conversión se va a utilizar un Ford Escort 1986. El coche se utilizará como un coche familiar. Tendrá un sistema de 96 voltios con 16 baterías de 6 voltios. Costos Ahora que hemos decidido en nuestro estilo de la carrocería y sistema eléctrico es el momento de discutir el presupuesto para el proyecto. Se incluyen todas las piezas que usted necesita, excepto las baterías. Hay varios proveedores de estas piezas en EEUU. Organización Autolibre distribuye en su Web: http://www.autolibreelectrico.com/archives/category/productos Para los que tienen un presupuesto mas reducido, piezas usadas se pueden encontrar dentro de la comunidad de innovadores de V.E. Dato Importante. Los desarmaderos o lugares de reciclaje de maquinas o metales son a menudo fuente de componentes de auto elevadores eléctricos de Corriente Continua. Motores de 36 V y 48 V , contactares, variadores de velocidad se pueden adquirir a un precio muy bajo (20 a 150 dólares) solo hay que hacerse un tiempo para recorrer y consultar. Estos componentes eléctricos normalmente pueden estar un poco despintados pero seguramente con limpieza y un simple recambio de escobillas quedan pronto para funcionar.
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PRECIOS DE COMPONENTES NUEVOS de marcas genéricas Motor Avanzada DC 8 " (pulg) Adaptador de placa y centro Motor Soportes Curtis-PMC1221B controlador de motor Caja del acelerador Contactor principal Disyuntor Principal DC / DC convertidor Voltímetro Amperímetro Cargador de batería a bordo. Rele de cargador cable de soldadura de 35 mm Terminales de cable Tubos de termo contraíble. Ventilador de caja de baterías. Bomba 12 V para vacío de freno. Sistema de calefacción cable y conectores de 2 mm. Caja de madera contrachapada para baterías Herramientas y suministros Pintura y suministros Ángulo de hierro Soldadura servicios Volante alivianado Total precio en dólares.
$1320.00 650,00 137,50 750,00 60,00 130,00 110,00 420,00 48,00 48,00 550,00 15,00 180,00 144,00 19,00 20,00 205,00 395,00 170,00 30,00 200,00 120,00 40,00 350,00 55,00 $6166,00
Componentes Aquí está una lista de los principales componentes que se van a instalar en el automóvil: El motor es un 8 "Avanzada serie DC-herida de motor. Pesa 45 Kg. y está valorada en 68 caballos de fuerza pico. Estos motores están disponibles en varios tamaños. La placa adaptadora permite el anclaje del motor a la transmisión. Su construcción es de 1 / 2 pulgadas de aluminio o hierro y tiene las perforaciones para atornillar el motor y la transmisión Un espaciador de aluminio también se utiliza para el espaciamiento adecuado entre los ejes de la transmisión y motor.
Page 5 Controlador de motor DC El controlador regula la frecuencia de la electricidad que llega al motor. Se trata de un dispositivo de estado sólido que utiliza un modulador de ancho de pulso (PWM) que envía ráfagas de corta duración al motor a una velocidad de 15 kHz. . Los controladores disponibles son Curtis y Altrax Potbox (Potenciómetro) El potbox es un potenciómetro 5 K ohmios conectado al controlador y accionado por el acelerador de pie. El potbox tiene una palanca conectada al actual acelerador por cable. Contactor principal Un relé eléctrico que sirve al mismo fin que el interruptor de contacto en un coche. Cuando la llave está a la posición de encendido, el contactor cierra el circuito para permitir el paso de corriente al controlador y el motor. Llave general. Un dispositivo de seguridad que desconecta a las baterías del circuito durante una emergencia. Esta llave puede estar instalada bajo el capo y se puede apagar desde adentro con un cable tirador. Fusible principal El fusible general protege el sistema de picos de alta intensidad eléctrica. Un fusible debe ser instalado en cada un grupo de baterías. Shunt Una derivación se coloca en serie dentro de la instalación eléctrica para permitir la instalación de amperímetros y medidores de potencia consumida. DC / DC convertidor El DC / DC convertidor tiene la función de bajar el voltaje del banco de baterías y cargar la batería de servicio para luces y accesorios. También se puede utilizar un alternador en el eje del motor, pero es menos eficaz.
Herramientas y Suministros La mayoría de los innovadores ya tienen las herramientas necesarias para convertir un V.E. Equipos como el motor de elevación se pueden alquilar y la soldadura encargar a un experto. Es una buena idea llevar un bloc de notas con usted mientras trabaja en su conversión. Es necesario que usted anote las mediciones, crear dibujos y la lista suministros para los diferentes aspectos del proyecto. Mantener estas notas en un solo lugar hará el trabajo más fácil. Usted también las puede necesitar para mantener detalles después de que haya completado su proyecto.
Page 6 Herramientas • • • • • • • • • • • • •
Alicates Pinza Gato de carro grúa Soporte 3 pies Cinta aisladora abrazaderas Estaño Soldador pelacables Alicate para cable de soldadura Terminales de ojo cable de soldadura Pistola térmica para la reducción de los tubos por calor
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Martillo Ductos Cinceles Destornilladores llaves Críquet Llaves Taladro de mesa Sierra circular Caladora Amoladora Cinta para medir Escuadra Nivel Voltímetros Soldadura Eléctrica.
Suministros • • • • • • • • • • • • •
1 "x 1" x 3 / 16 "ángulo de hierro para caja de baterías 1 1 / 2 "x 1 1 / 2" x 3 / 16 "ángulo de hierro, 20 'de longitud para la caja de baterías. 3 / 4 "x 3 / 4" x 1 / 8 "ángulo de hierro, 20 'de longitud 1 "x 1" x 1 / 8 "de metal, 10 ' para diferentes soportes 4 'x 8' x 3 / 4 " de madera contrachapada para caja de batería 4 'x 8' x 1 / 2 " de espuma de poliuretano para el aislamiento de Batería 1 1 / 2 "x 20 ' de la cañería de PVC para conductos 5 "x 10" manguera de salida de humos para la batería, el cuadro de ventilación 1 / 4 " cartón para modelos y plantillas pegamento de maderas 4 latas de pintura en aerosol negro para el compartimiento motor y soportes 2 cuartos de pintura blanca impermeable para la batería caja Pernos de acero inoxidable, tuercas, arandelas y bloqueo de los soportes y el hardware
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RESULTADO DE UNA CONVERSION – INSTALACION
DE COMPONENTES
Este vehículo eléctrico comenzó su vida como un coche normal de gasolina, es un Geo Prism del año 1994. Aquí están las modificaciones que lo convirtieron en un coche eléctrico: • • • •
El motor de gasolina, junto con el silenciador, catalizador, tubo de escape y el depósito, fueron eliminados. El montaje del embrague se ha retirado. La actual transmisión manual se dejó en su lugar, y fue puesta en segunda velocidad. Un nuevo motor eléctrico de CA se acopló a la transmisión con una placa adaptadora. Un controlador eléctrico fue agregado para el control del motor.
El controlador de 50 kW recibe 300 voltios de corriente continua y produce 240 voltios de Alterna trifásica. La caja que dice "U.S Electricar " es el controlador. • • •
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Una bandeja de baterías se instaló en el coche. Cincuenta baterías de plomo de 12 voltios fueron colocadas en la bandeja de baterías (dos series de 25 para crear 300 voltios CC). Se han añadido motores eléctricos para alimentar a las cosas que antes obtenían su energía del motor: la bomba de agua, la bomba de la dirección asistida, el aire acondicionado. Una bomba de vacío se ha añadido para los frenos (Lo que usaba el vacío del motor cuando el coche tenía un motor de gasolina).
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La bomba de vacío es la del centro izquierda. •
El cambio de la transmisión manual fue sustituido por un interruptor, disfrazado como una transmisión automática, solamente hace de control de avance y retroceso.
Un cambio automático se utiliza para seleccionar adelante y atrás
* Contiene un pequeño interruptor, que envía una señal al controlador. *Un pequeño calentador de agua eléctrico se añadió para proporcionar calor.
El calentador de agua
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Un cargador fue agregado a fin de que las baterías puedan ser recargadas. Este coche realmente tiene dos sistemas de carga- una toma de corriente normal de 120 voltios o 240 voltios, y el otro de carga magna.
El sistema de carga de 120/240-voltios
Sistema de cargado inductivo Magna •
El indicador de combustible fue sustituido por un voltímetro.
La "aguja de combustible" en un coche eléctrico puede ser algo tan simple simple como un voltímetro o algo más sofisticado, como un ordenador computadora que monitoriza el flujo de amperios y de las baterías.
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Todas las demás partes del automóvil son originales. Cuando te pones a conducir el coche, metes la llave y giras a la posición "ON". Pones el cambio en "Drive", pulsas sobre el pedal del acelerador y te vas. Funciona como un coche normal de gasolina. He aquí algunas estadísticas interesantes: • • • • •
La autonomía de este coche es de unos 80 km. El 0-a-100 kph es de aproximadamente 15 segundos. Necesita unos 12 kilovatios-hora de electricidad para cargar el coche después de 80 km de viaje. Las baterías pesan aproximadamente 500 kg. Las baterías duran de tres a cuatro años.
Para comparar el costo por kilómetro de la gasolina de los automóviles con este coche eléctrico, aquí hay un ejemplo. La electricidad en Carolina del Norte es de aproximadamente 8 centavos por kilovatio-hora en este momento (4 centavos si se recarga por la noche). Esto significa que una recarga completa, cuesta 1 dólar (o 50 centavos, si se recarga por la noche). El coste por kilómetro es, por tanto, 2 centavos por kilómetro, o 1 centavo si se recarga por la noche. Si la gasolina cuesta 4 dólares por galón y un coche hace 30 millas por galón, entonces el costo por milla es de 13 centavos para la gasolina. Es evidente que el "combustible" para los vehículos eléctricos cuesta mucho menos por kilómetro que para los vehículos de gasolina. Y para muchos, el alcance de 80 kilómetros por carga no es una limitación - el promedio de las personas que viven en una ciudad rara vez supera más de 50 o 60 kilómetros por día. Para ser totalmente justos, sin embargo, también hay que incluir el costo del reemplazo de las baterías. Las baterías son el eslabón más débil de los coches eléctricos en este momento. Un cambio de baterías para este coche cuesta alrededor de 1.300 euros. Las baterías de plomo durarán aproximadamente 30.000 kilómetros. Existe mucha expectación en torno a la tecnología de las pilas de combustible ahora mismo las pilas de combustible resolverán el problema de las baterías (más detalles de las pilas de combustible más adelante).
3. Dentro de un coche eléctrico El corazón de un coche eléctrico es la combinación de: • • •
El motor eléctrico El controlador del motor. Las baterías.
Page 11 Un simple controlador de corriente continúa conectado a las baterías y al motor de CC. Si el conductor pisa el pedal del acelerador, el controlador entrega los 96 voltios de las baterías al motor. Si el conductor quita su pie del acelerador, el controlador entrega cero voltios al motor. Para cualquier punto intermedio, el controlador hace entregas intermitentes de los 96 voltios miles de veces por segundo para crear una media tensión en algún punto entre 0 y 96 voltios.
El controlador toma la energía de las baterías y la envía al motor. El acelerador se engancha a un par de potenciómetros "Pot-Box" (resistencias variables), y estos potenciómetros proporcionan la señal que le indica al controlador cuánta energía se supone que debe entregar. El controlador puede entregar la energía a cero (cuando el coche está parado), toda la energía (cuando el conductor pisa el pedal del acelerador), o cualquier nivel de potencia intermedio. El controlador en este caso ocupa gran parte de lo que ves cuando abres el capó, como se puede ver aquí:
El controlador de 300 voltios y 50 kilovatios para este coche eléctrico es la caja marcada "U.S. Electricar ".
En este coche, el controlador obtiene 300 voltios de corriente continua (DC) de las baterías. Los convierte en un máximo de 240 voltios de corriente alterna (AC), de tres fases, para enviar al motor. Esto se hace utilizando grandes transistores que rápidamente cambian el voltaje de las baterías de On a OFF para crear una onda sinusoidal.
Los potenciómetros se enganchan al acelerador y envían una señal al controlador.
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La señal de los potenciómetros le dice al controlador cuanta energía debe entregar a los motores de los vehículos eléctricos. En este ejemplo hay dos potenciómetros para una mayor seguridad. El controlador lee ambos potenciómetros y se asegura de que sus señales sean iguales. Si no es así, el controlador no funciona. Este método nos protege contra una situación en la que un potenciómetro falle y se quede en plena aceleración, o apretado a tope, etc.
Los cables gruesos (a la izquierda) conectan las baterías al controlador. En el centro hay un gran interruptor de encendido / apagado. El conjunto de pequeños cables de la derecha lleva las señales de varios termómetros situados entre las baterías, así como la energía para los ventiladores que mantienen las baterías frescas y ventiladas.
Page 13 Aquí vemos los cables gruesos que entran y salen del controlador
El trabajo de un controlador en un coche eléctrico (DC) es fácil de entender. Vamos a suponer que el paquete de baterías contiene 12 de 12 voltios, conectadas en serie para crear 144 voltios. El controlador obtiene 144 voltios DC, y los envía al motor de una manera controlada. Un controlador DC muy simple sería un gran interruptor de encendido / apagado conectado con un cable al pedal del acelerador. Cuando pisas el pedal, a su vez el interruptor se enciende, y cuando sueltas el pedal, lo apagas. Como conductor, tendrías que presionar y soltar el acelerador para que el motor se encienda y se apague y así mantener una determinada velocidad. El controlador hace las pulsaciones por ti. El controlador lee la situación del pedal del acelerador desde los potenciómetros y en consecuencia regula la potencia. Digamos que tienes el acelerador pisado hasta la mitad. El controlador lee los potenciómetros y hace que el motor esté la mitad del tiempo apagado y la mitad de tiempo encendido con unas interrupciones de corriente de miles de veces por segundo. Si tienes el pedal del acelerador pisado un 25 por ciento, el controlador manda impulsos de energía que mantienen el motor encendido el 25 por ciento del tiempo y apagado el otro 75 por ciento del tiempo (siempre con miles de pulsaciones por segundo). La mayoría de los controladores impulsan energía más de 15.000 veces por segundo con el fin de mantener las pulsaciones fuera del alcance del oído humano. Los pulsos de corriente hacen que la carcasa del motor vibre a esa frecuencia, de modo que a una pulsación de más de 15.000 ciclos por segundo, el controlador y el motor son prácticamente inaudibles a los oídos humanos.
Un controlador de AC se conecta a un motor de AC. Usando seis conjuntos de transistores de potencia, el controlador recibe 300 voltios DC y produce 240 voltios AC en 3 fases. Este controlador, además, incluye un sistema de carga para las baterías, y un convertidor DC-DC para recargar los 12 voltios de la batería de accesorios, por eso ocupa tanto espacio bajo el capó.
En un controlador AC, el funcionamiento es un poco más complicado, pero es la misma idea. El controlador crea tres ondas pseudo-senoidales. Lo hace tomando la corriente de las baterías y emitiendo impulsos de encendido y apagado. En un controlador de CA, existe la necesidad adicional de invertir la polaridad del voltaje unas 60 veces por segundo. Por lo tanto, se necesitan seis conjuntos de transistores en un controlador de CA, mientras que sólo necesita un conjunto en un controlador de DC.
Page 14 En el controlador de CA, para cada fase necesitas un conjunto de transistores que impulsen el voltaje y otro conjunto para invertir la polaridad. Hay que repetir esto tres veces para las tres fases - lo que hace un total de seis conjuntos de transistores. La mayoría de los controladores DC utilizados en los coches eléctricos provienen de la industria de los montacargas eléctricos. El controlador AC Hughes que se ve en la foto de arriba es el mismo tipo de controlador de CA utilizado en el vehículo eléctrico EV-1 de la General Motors (el famoso vehículo eléctrico protagonista del documental "¿Quien mató al coche eléctrico?"). Puede entregar un máximo de 50.000 vatios al motor.
4. Motores eléctricos y baterías Los coches eléctricos pueden utilizar motores AC o DC: •
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Si el motor es un motor de CC, entonces puede funcionar desde 96 a 192 voltios. Muchos de los motores utilizados en coches eléctricos provienen de la industria de los montacargas eléctricos. Si se trata de un motor de CA, entonces probablemente será de tres fases motor funcionando a 240 voltios AC con un paquete de baterías de 300 voltios.
Las instalaciones DC tienden a ser más sencillas y menos costosas. Un típico motor estará en la gama de los 20.000 a 30.000 vatios. Un típico controlador estará la gama de los 40.000 a 60.000 vatios (por ejemplo, un controlador de 96 voltios entregará un máximo de 400 o 600 amperios). Los motores DC tienen la característica de que pueden extralimitarse (hasta un factor de 10 a 1) durante cortos períodos de tiempo. Es decir, un motor de 20.000 vatios aceptará 100.000 watios por un corto período de tiempo y entregará 5 veces los caballos de su fuerza nominal. Esto es excelente para cortas aceleraciones. La única limitación es acumulación del calor en el motor. El exceso sobrecargará al motor y se calentará hasta el punto en que auto-destruya. Las instalaciones de AC permiten el uso de casi cualquier motor industrial de tres fases, con lo que se puede hacer la búsqueda de un motor con un determinado tamaño, forma o potencia nominal de forma mucho más fácil. Los motores de corriente alterna y los controladores tienen a menudo una característica de regeneración. Durante el frenado, el motor se convierte en un generador de energía y devuelve energía a las baterías. Hasta el momento, el eslabón más débil en cualquier coche eléctrico son las baterías. Recuerda esto: "Tu coche eléctrico será tan bueno como lo sean tus baterías" Existen al menos seis problemas importantes con la tecnología actual de baterías de plomo: • • •
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Son pesadas (un pack típico de baterías de plomo-ácido pesa 450 kilos o más). Son voluminosas (el coche que estamos examinando aquí cuenta con 50 baterías de plomo, cada una mide aproximadamente 15 cm x 20 cm x 15 cm). Tienen una capacidad limitada (un paquete de baterías de plomo-ácido típico podría albergar de 12 a 15 kilovatios-hora de electricidad, lo que da a un coche una autonomía de 80 kilómetros o algo así). Son lentas de cargar (una típica recarga de un pack oscila entre cuatro a ocho horas para completar la carga, dependiendo de la tecnología de las baterías y el cargador). Tienen una vida corta (de tres a cinco años, tal vez unos 300 ciclos de carga / descarga). Cuestan de 2000 a 3500 dólares.
En la siguiente sección vamos a ver más problemas con la tecnología de las baterías.
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5. Problemas de las baterías Puedes sustituir las baterías de plomo por baterías Ni-MH. La autonomía del automóvil se duplicará y las baterías durarán 10 años (miles de ciclos de carga/descarga), pero el coste de las baterías hoy es más de 10 veces superior. En otras palabras, un paquete de baterías NiMH costará más de 12.000 euros en lugar de menos de 2.000 que cuestan las otras. Los precios de las baterías avanzadas caerá a medida que se vayan incorporando al mercado, por lo que en los próximos años es probable que los paquetes de baterías de NiMH y de litio-ion sean competitivas en comparación con las de plomo en lo que a precios se refiere. Los automóviles eléctricos tendrán una autonomía sensiblemente superior en ese momento. Los problemas con la tecnología de las baterías explican por qué hay tanta emoción en torno a las pilas de combustible. En comparación con las baterías, las pilas de combustible son más pequeñas, mucho más ligeras y recargables al instante. Alimentadas por hidrógeno puro, las pilas de combustible no tienen ninguno de los problemas ambientales asociados con la gasolina. Es muy probable que el coche del futuro será un coche eléctrico que obtiene su electricidad a partir de una pila de combustible. Casi cualquier coche eléctrico tiene otra batería aparte a bordo. Esta es la normal de 12 voltios de plomo que tienen todos los coches. Los 12 voltios de esta batería proporcionan energía para los accesorios, cosas como luces, radio, ventiladores, ordenador, airbags, limpiaparabrisas, elevalunas eléctrico y los instrumentos del interior del coche. Dado que todos estos dispositivos están hechos para los 12 voltios, tiene sentido desde el punto de vista económico para un coche eléctrico que se utilicen. Por lo tanto, un coche eléctrico tiene una batería normal de plomo de 12 voltios para alimentar todos los accesorios. Para mantener esta batería cargada, un coche eléctrico necesita un convertidor DC-DC. Este convertidor obtiene la alimentación de CC del pack principal de baterías (a, por ejemplo, 300 voltios DC) y la convierte a 12 voltios para la recarga de la batería de accesorios. Cuando el coche está encendido, los accesorios obtienen su energía del convertidor. Cuando el coche está apagado, obtienen la electricidad de los 12 voltios de la batería de accesorios, como en cualquier coche de gasolina. El convertidor DC-DC es normalmente una caja que va debajo del capó, pero a veces viene incorporado en el controlador del motor.
6.- Carga de un coche eléctrico Cualquier coche eléctrico que utiliza baterías necesita un sistema de carga para recargar las baterías. El sistema de carga tiene dos objetivos: • •
Bombear electricidad a las baterías tan rápido como las baterías lo permitan. Monitorizar las baterías y evitar daños durante el proceso de carga.
Cuando las baterías de plomo se encuentran en un bajo estado de carga, casi la totalidad de la corriente de carga es absorbida por la reacción química. Una vez que el estado de carga alcanza un cierto punto, alrededor del 80 por ciento de capacidad, más y más energía entra en calor y se hace la electrólisis del agua. Las electrolitos burbujean y esto es informalmente llamado "ebullición". Para que el sistema de carga pueda reducir al mínimo la ebullición, la corriente de carga debe acortarse en el último 20 por ciento del proceso de carga.
Los más sofisticados sistemas de carga controlan el voltaje de la batería, la corriente y la temperatura
Page 16 en la batería para reducir al mínimo tiempo de carga. El cargador envía tanta corriente como pueda sin aumentar mucho la temperatura de la batería. Los cargadores menos sofisticados sólo pueden supervisar el voltaje o el amperaje y hacer algunas suposiciones acerca de las características de la batería. Un cargador de este tipo podría aplicar la máxima corriente a las baterías por encima del 80 por ciento de su capacidad y, a continuación, cortar la corriente y volver a unos niveles preestablecidos para cargar el 20 por ciento final, para evitar así un sobrecalentamiento de las baterías. El coche eléctrico del ejemplo en realidad tiene dos sistemas de carga diferentes: Un sistema que acepta de 120 voltios o 240 voltios de potencia de una toma normal de corriente eléctrica. El otro es el sistema inductivo de carga Magna popularizado por el vehículo GM / Saturn EV-1. Echemos un vistazo a cada uno de estos sistemas por separado. El sistema de carga normal en hogar tiene la ventaja de la conveniencia - en cualquier lugar donde puedas encontrar un enchufe, puedes recargar. La desventaja es el tiempo de carga. Un hogar normal de 120 voltios normalmente tiene un disyuntor de 15 amperios, lo que significa que la máxima cantidad de energía que el coche puede consumir es de aproximadamente 1500 vatios, o 1,5 kilovatios-hora por hora. Como las baterías de este coche necesitan normalmente de 12 a 15 kilovatios-hora para una recarga completa, pueden tardarse unas 10 a 12 horas para cargar el vehículo utilizando esta técnica. Mediante el uso de una toma eléctrica de 240 voltios (como las que existen en todas las casas de España), el coche podría ser capaz de recibir 240 voltios a 30 amperios, o 6,6 kilovatios-hora por hora. Esto permite que la carga sea significativamente más rápida, y pueden recargarse por completo las baterías en unas cuatro a cinco horas. En el coche del ejemplo, El tapón de llenado de la gasolina se ha eliminado y ha sido reemplazado por un enchufe. Basta con enchufarlo a la pared con un cable largo para que se inicie el proceso de carga.
Al abrir la puerta del tapón de llenado de gasolina se ve claramente el enchufe de carga.
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Primer plano del enchufe
Enchufa el coche en cualquier lugar para recargar.
En este coche, el cargador está incluido dentro del controlador. En la mayoría de los coches caseros, el cargador suele ser un aparato aparte que va ubicado debajo del capó, o incluso podría ser una unidad independiente y encontrarse fuera del coche.
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DETALLES DE OTRA CONVERSION (REALIZADA EN EUROPA DEL ESTE) REITERAMOS LISTA DE COMPONENTES: - Motor elétrico:
Advanced DC FB1-4001ª FB1-4001A dual-shaft 72 a 144 voltios, 100 HP pico, diâmetro de 9.1", Motor de corriente continua. 80 Kilos de peso. - Baterías:
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Las baterías más comunes utilizadas hoy en las conversiones son las de ciclo profundo de plomo. Las de ciclo profundo se dividen en dos grupos: las baterías de células húmedas, y las baterías selladas, también conocida como válvula regulada de plomo ácido (VRLA). Las húmedas están disponibles en versiones de 6 y 8 voltios. Son baratas, se puede abusar un poco de ellas, y tienen una alta densidad de energía que hace que sean una buena elección para ganar autonomía. Pueden durar de tres a cinco años. En el aspecto negativo: son pesadas, hasta 70 libras cada una, y tienen una gran resistencia interna. Por la distancia que se puede recorrer con ellas y su coste son una buena apuesta. Las baterías selladas mas populares son de 12 voltios. Son más ligeras, tienen una baja resistencia interna y se puede instalar en varias posiciones. Por otro lado son caras, tienen una vida útil más corta y de alcance limitado (menor autonomía). Para aumentar autonomía se pueden poner cadenas en paralelo, lo que aumenta la capacidad de amperios/hora. 12 baterías de 12 Voltios de clico profundo conectadas en serie nos ofrecen 144 voltios. Ciclo profundo para que puedan soportar su descarga mucho mejor que una batería normal. Las baterías de 6 voltios son mejores para obtener una autonomía mayor, ya que tienen una mayor densidad de energía. Llegados al tema de las baterías, hay que centrar esfuerzos en las de iones de litio, ya que son las que mayor duración ofrecen y pesan mucho menos que las demás. Lo malo su precio, pero estoy seguro que muy pronto irán bajando de costo.
Page 20 -Cargador para las bater铆as: - Cargador: Zivan NG3 16 Amperios
Un ejemplo Zivan NG3 16 Amp onboard charger. Va dentro del coche para que solo se necesite enchufarlo a la corriente con un enchufe normal y corriente. - potenci贸metro
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Potenciómetro - Potbox (Potentiometer) también llamado Throttle Box El potenciómetro es un dispositivo que se conecta entre el controlador de motor y el acelerador, va unido con un cable al pedal del acelerador. Es el acelerador del coche, funciona como un mando de escalabilidad. - Adaptador: Acople del motor a la caja de cambios:
Adaptador El adaptador acopla el motor con la transmisión. Suele construirse con una placa de aluminio macizo de media pulgada de grosor y está agujereado con los hoyos donde irán los tornillos para acoplar motor y transmisión. En teoría habría que llevar el motor eléctrico y la caja de cambios a algún lugar donde puedan hacer la pieza que los acople. - Sujeciones para el motor. Habrá que hacerlas a la medida. - Sujeciones para las baterías. Hacerlas a medida. - Controlador del motor:
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Controlador del motor - DC Motor Controller El controlador regula la corriente que va al motor. A él se conectan el motor y el potenciómetro.
Conversor de Corriente continua DC/DC El conversor funciona de forma similar a un alternador de coche normal. Carga la batería de 12 voltios que se usa para las luces, y demás sistemas eléctricos del coche. El resto de baterías se usan solamente para alimentar el motor eléctrico. El conversor pasa corriente del sistema de baterías del motor para cargar la batería accesoria.
- Cables para las baterías:
- Caja de control (Control Box):
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Donde irán alguna partes eléctricas como el cortacorrientes. Dentro de la caja tendremos: - Main Contactor: Contactor Principal
Interruptor principal Es un relé eléctrico que sirve para el mismo propósito que la llave de contacto de un coche normal, cuando la llave se pone en posición de arranque el interruptor cierra el circuito para dejar que la corriente pase al controlador del motor.
Interruptor de emergencia Es un dispositivo de seguridad que apaga todo el sistema durante una emergencia. se instala bajo el capó y puede ser encendido y apagado desde la posición del conductor por medio de un cable. Mucha gente usa la palanca del "aire" de los coches viejos para conectarlo.
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Fusible principal El fusible principal protege a todo el sistema de picos de tensión, se suele instalar uno por cada grupo de baterías.
ShuntUna regleta se coloca en serie como medio para conectar Amperímetros de consumo. Están disponibles en diferentes tamaños para configuraciones de alta y baja potencia.
Bloqueador de cargaEs un relé que mantiene el circuito abierto (abierto = apagado, Cerrado= encendido) para que nadie pueda conducir el coche mientras este se encuentre enchufado para recargarse.
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Bueno empezamos a trabajar con lo más básico. Este es un circuito de conexiones elemental y funcional de un Motor eléctrico de conexión en serie y un sistema de 6 baterías de 6 V en serie.
La batería auxiliar aparece sin conexiones, se conecta al limpia parabrisas, luces, radio, etc.
Page 26 Estudio teórico de las aplicaciones que tienen los principales motores eléctricos, y algunas fallas que pueden presentar.
INTRODUCCION si encuentras este estudio, muy complejo, no te desanimes. La idea es que quien prefiera entienda a fondo la teoría y quien no, puede saltear el capitulo hacia los trabajos prácticos de mas adelante. Y en un futuro momento de tranquilidad retome este estudio. En este informe les transmitiremos los conceptos acerca de los diferentes tipos de motores, sus diferencias y sus usos originales. Hablaremos de las propiedades de cada uno y la clase de servicio que pueden ofrecernos. Para finalizar clasificando los tipos de averías que pueden presentar y la forma como debemos identificarlas. En ocasiones, la rutina no aleja del rigor técnico. Por eso, es necesario volver, de vez en cuando, al concepto teórico; fuente segura de conocimientos básicos para la manipulación de los equipos, cuyo mejor aprovechamiento debemos garantizar. Hablemos pues de motores, desde el ABC. El motor mismo es el fundamento de toda industria y sus principios básicos nos acercan al origen de todo movimiento, fuerza y velocidad. ¿Desde cuando no repasa usted sus conocimientos básicos de motores? Es sorprendente, a veces encontramos en los textos más sencillos, las respuestas a nuestros más complicados problemas. OBJETIVO GENERAL
Estudiar teóricamente las aplicaciones que tienen los principales motores eléctricos y algunas de las fallas que en ellos se presentan. OBJETIVOS ESPECIFICOS
-. Conocer los principales tipos de motores, así como los principios básicos de funcionamiento. -. Analizar las aplicaciones que tienen los motores eléctricos. -. Definir algunas de las fallas que se presentan en los motores eléctricos. PRINCIPIOS BASICOS 1.1-. CAMPO MAGNÉTICO Si a una red trifásica R-S-T, le conectamos un bobinado estatórico en triángulo (triangulo y estrella son los dos tipos de conexión básica de motores Trifásicos) y bobinamos todos los polos siguientes en el mismo sentido las polaridades serán distintas en cada par de polos diametralmente opuestos.
los
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Esto es igualmente válido para una conexión en estrella. La intensidad del campo de cada una de las bobinas depende de la corriente que circula por ella y en consecuencia por la fase que le corresponde. El campo de cada bobina aumenta o disminuye siguiendo la fluctuación de la curva (Perfectamente senoidal) de la corriente que circula por su fase. Como sea que las corrientes de una red trifásica están desfasadas 120° entre sí, es natural que las bobinas actúen también con un desfasaje de 120°. La acción simultánea de las corrientes de cada fase al actuar sobre las bobinas produce un campo magnético giratorio y allí tenemos el principio de un motor de C. A. La velocidad de giro del campo depende de la frecuencia de la C. A. la frecuencia empleada es de 50 o 60 Hz. De este detalle surge que la velocidad puede controlarse variando la frecuencia de alimentación entre otros parámetros (ancho de pulso). 1.2-. MOTORES ELECTRICOS Un electromotor transforma la energía eléctrica en energía mecánica, este es el concepto básico de los equipos que en este estudio trataremos de desarrollar. La primera gran división de motores obedece al tipo de corriente que los energiza. o o
Motores de corriente continúa C.C. Motores de corriente alterna C.A.
1.2.1-. MOTORES DE CORRIENTE CONTINUA En el desarrollo de este curso trabajaremos mayormente con estos motores y ahondaremos en sus principios, por ahora solo diremos que basa su funcionamiento en la reversibilidad de un generador de C.C. (Dinamo). El movimiento de un conductor o espira dentro de un campo magnético genera en él una corriente inducida, cuyo sentido depende del que rija el movimiento de la espira. Esto se consigue haciendo girar mecánicamente un campo magnético. Si por el contrario aportamos una corriente continua a un conductor o espira inmersa en un campo magnético, nace en él un movimiento cuyo sentido depende también del sentido del campo y del sentido de la corriente que atraviesa el conductor. De este principio básico se deduce que si a un generador de C.C, le aplicamos una fuerza mecánica (Rotatoria), obtendremos energía eléctrica. Si por el contrario la aplicamos al mismo generador una C.C, obtendremos energía mecánica. 1.2.2-. MOTORES DE CORRIENTE ALTERNA Por el fácil manejo de transmisión, distribución y transformación de la C.A, se ha constituido en la corriente con más uso en la sociedad moderna. Es por ello que los motores de C.A, son los más normales y con el desarrollo tecnológico se ha conseguido un rendimiento altísimo que hace que más del 90 % de los motores instalados sea de C.A. Los motores de C.A, se dividen por sus características en: 1.2.2.1-. Sincrónicos • • •
Trifásico con Colector. Trifásico con Anillos. Y Rotor Bobinado.
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1.2.2.2-. Asincrónicos o de Inducción • • • • • •
Trifásico Jaula de Ardilla. Monofásico: Condensador, Resistencia. Asincrónicos Sincronizados: Serie o Universal. Espira en corto circuito. Hiposincrónico. Repulsión.
1.3-. MOTOR SINCRÓNICO Esta fundamentado en la reversibilidad de un alternador. El campo interior de una aguja se orienta de acuerdo a la polaridad que adopta en cada momento el campo giratorio en que se haya inmersa y siempre el polo S de la aguja se enfrenta al polo N cambiable de posición del campo giratorio, la aguja sigue cambiando con la misma velocidad con que lo hace el campo giratorio. Se produce un perfecto sincronismo entre la velocidad de giro del campo y la de la aguja. Si tomamos un estator de doce ranuras y lo alimentamos con corriente trifásica, se creará un campo giratorio. Si al mismo tiempo a las bobinas del rotor le aplicamos una C.C, girará hasta llegar a sincronizarse con la velocidad del campo giratorio, de tal manera que se enfrentan simultáneamente polos de signos diferentes, este motor no puede girar a velocidades superiores a las de sincronismo, de tal forma que será un motor de velocidad constante. La velocidad del campo y la del rotor, dependerán del número de pares de polos magnéticos que tenga la corriente. Un motor de doce ranuras producirá un solo par de polos y a una frecuencia de 60 Hz, girará a 3600 R.P.M. Como se verá el principal inconveniente que presenta los motores sincrónicos, es que necesitan una C.C. para la excitación de las bobinas del rotor, pero en grandes instalaciones (Siderúrgicas), el avance de corriente que produce el motor sincrónico compensa parcialmente el retraso que determinan los motores asincrónicos, mejorando con ello el factor de potencia general de la instalación, es decir, el motor produce sobre la red el mismo efecto que un banco de condensadores, el mismo aprovechamiento de esta propiedad, es la mayor ventaja del motor sincrónico. 1.4-. MOTORES ASINCRÓNICOS O DE INDUCCIÓN Son los de mayor uso en la industria, por lo tanto son los que mayor análisis merecen. Cuando aplicamos una corriente alterna a un estator, se produce un campo magnético giratorio, este campo de acuerdo a las leyes de inducción electromagnéticas, induce corriente en las bobinas del rotor y estas producen otro campo magnético opuesto según la ley de Lenz y que por lo mismo tiende a seguirlo en su rotación de tal forma que el rotor empieza a girar con tendencia a igualar la velocidad del campo magnético giratorio, sin que ello llegue a producirse. Si sucediera, dejaría de producirse la variación de flujo indispensable para la inducción de corriente en la bobina del inducido. A medida que se vaya haciéndose mayor la diferencia entre la velocidad de giro del campo y la del rotor, las corrientes inducidas en él y por lo tanto su propio campo, irán en aumento gracias a la composición de ambos campos se consigue una velocidad estacionaria. En los motores asincrónicos nunca se alcanza la velocidad del sincronismo, los bobinados del rotor cortan siempre el flujo giratorio del campo inductor. 1.4.1-. MOTORES ASINCRÓNICOS, JAULA DE ARDILLA Es sin duda el más común de todos los motores eléctricos, por su sencillez y forma constructiva. Elimina el devanado en el rotor o inducido. Las planchas magnéticas forman el núcleo del rotor, una vez ensambladas dejan unos espacios cilíndricos que sustituyen a las ranuras de los rotores bobinados, por estas ranuras pasan unas barras de cobre (o aluminio) que sobresalen ligeramente del
Page 29 núcleo, estas barras o conductores están unidos en ambos lados por unos anillos de cobre. Se denomina Jaula de Ardilla por la similitud que tiene con una jaula.
En los motores de jaula de pequeña potencia, las barras son reemplazadas por aluminio inyectado igual que los anillos de cierre, a los que se les agregan unas aletas que actúan a su vez en forma de ventilador. Las ranuras o barras pueden tener diferentes formas y lo que se pretende con ello es mejorar el rendimiento del motor, especialmente reducir las corrientes elevadas que producen los motores de jaula en el momento de arranque. Cuando el inducido está parado y conectamos el estator tienen la misma frecuencia que la que podemos medir en la línea, por lo tanto, la autoinducción en el rotor será muy elevada, lo que motiva una reactancia inductiva que es mayor donde mayor es el campo. De la manipulación de las ranuras y en consecuencia las barras dependerán que las corrientes sean más o menos elevadas, lo que en definitiva es el mayor problema de los motores de jaula. Si analizamos el siguiente cuadro, se podría pensar en un motor que abarca las dos alternativas. Este motor existe, es el motor asincrónico sincronizado, su construcción es muy parecida a la del motor asincrónico con el rotor bobinado con anillos rozantes, con la diferencia de que una de la tres fase está dividida en dos partes conectadas en paralelo. ¿Cuál es el inconveniente que presenta este motor por lo que sólo es utilizado en grandes instalaciones?, Que para pasar de asíncrono a síncrono, necesita una serie de equipos tales como: Resistencia para el arranque como motor asíncrono, conmutador que desconecta esta resistencia y conecta la C.C. a los anillos rozantes cuando trabaja como síncrono. POSITIVAS SINCRONICOS
• •
ASINCRONICOS
Elevado factor de potencia. Funcionamiento económico.
•
Fuerte arranque.
NEGATIVAS • No arranca con carga.
• Falta de potencia mediana.
1.5-. COMO ESCOGER UN MOTOR Como hemos visto, no todos los motores pueden ser utilizados para toda clase de trabajo y cada actividad requiere un tipo de motor. Para elegir un motor hay que tener en cuenta: • La carga de trabajo (Potencia). • La clase de servicio. • El ciclo de trabajo. • Los procesos de arranque, frenado e inversión. • La regulación de velocidad. • Las condiciones de la red de alimentación. • La temperatura ambiente. 1.6-. LA POTENCIA DE ACCIONAMIENTO
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Potencia en KW = 0,736 * Potencia en HP Potencia en HP = 1,36 * Potencia en KW La potencia esta definida en dos factores: La fuerza en Kg y la velocidad en metros por segundo. Potencia = F * V = Kgm/Seg. El par del motor es una magnitud decisiva hasta el punto de determinar las dimensiones de un motor. Motores de igual par tienen aproximadamente las mismas dimensiones aunque tengan diferentes velocidades. En el arranque de un motor, es decir, en el intervalo de tiempo que pasa de la velocidad 0 a la nominal, el par toma distintos valores independientemente de la carga. La potencia nominal debe ser lo más parecida posible a la potencia requerida por la máquina a accionar. Un motor de potencia excesiva da lugar a una mayor intensidad de corriente durante el arranque. CAPITULO II APLICACIONES Y FALLAS DE LOS MOTORES ELECTRICOS 2.1-. APLICACIONES INDUSTRIALES DE LOS MOTORES El motor de inducción, en particular el de tipo de jaula de ardilla, es preferible al motor de corriente continua para trabajo con velocidad constante, porque el costo inicial es menor y la ausencia de conmutador reduce el mantenimiento. También hay menos peligro de incendio en muchas industrias, como aserraderos, molinos de granos, fabricas textiles y fabricas de pólvoras. El uso del motor de inducción en lugares como fabricas de cementos es ventajoso, pues, debido al polvo fino, es difícil el mantenimiento de los motores de corriente continua. Para trabajo de velocidad variable, como es grúas, malacates, elevadores y para velocidades ajustables, las características del motor de corriente continua son superiores a las del motor de inducción. Incluso en este caso, puede convenir y ser deseable utilizar motores de inducción ya que sus características menos deseables quedan más que compensadas por su sencillez y por el hecho de que la corriente alterna es más accesible y para obtener corriente continua, suelen ser necesarios los convertidores. Cuando haya que alimentar alumbrados y motores con el mismo sistema de corriente alterna, se utiliza el sistema trifásico, de cuatro conductores de 208/120 V. Esto permite tener 208 V trifásico para los motores y 120 V de fase a neutro para las lámparas. La velocidad a plena carga, el aumento de temperatura, la eficiencia y el factor de potencia, así como el aumento máximo de torsión y la torsión al arranque, han sido desde hace mucho tiempo los parámetros de interés en la aplicación y compra de motores. Otras consideraciones es el factor de servicio. El factor de servicio de un motor de corriente alterna es un multiplicador aplicable a la potencia nominal en caballos. Cuando se aplica en esa forma, el resultado es una carga permisible en caballos en las condiciones especificadas para el factor de servicio. Cuando se opera a la carga del factor de servicio, con un factor de servicio de 1,15 o mayor, el aumento permisible en la temperatura ocasionado por resistencia es el siguiente: aislamiento clase A, 70 °C; clase B, 90 °C; clase F, 115 °C. Se requieren alojamientos, conexiones, sellos, sistemas de ventilación, diseño electromagnético, etc., especiales cuando el motor va a funcionar en condiciones inusitadas de servicio, como la exposición a: • Polvos combustibles, explosivos, abrasivos o conductores. • Condiciones de pelusa o mugre excesivas, en donde la acumulación de mugre y polvo podría entorpecer la ventilación. • Vapores químicos o vapores y gases inflamables o explosivos. • Radiación nuclear. • Vapor, aire cargado de sal o vapores de aceite. • Lugares húmedos o muy secos, calor radiante, infestación de plagas o atmósferas que favorezca el crecimiento de hongos. • Choques, vibraciones o carga mecánica externa, anormales.
Page 31 • • • • • • • • • •
Empuje axial o fuerzas laterales anormales sobre el eje del motor. Desviación excesiva de la intensidad de voltaje. Factores de desviación del voltaje de línea que excedan de 10 %. Desequilibrio mayor que el 1 % en el voltaje de línea. Situaciones en donde se requiere bajo nivel de ruido. Velocidades mayores que la velocidad máxima especificada. Funcionamiento en un cuarto mal ventilado, en fosas o con el motor inclinado. Cargas torsionales de impacto, sobrecarga anormal repetida, funcionamiento en reserva o frenado eléctrico. Funcionamiento con la máquina impulsada parada con cualquier devanado excitado en forma constante. Operación con ruido muy bajo transportado por la estructura o en aire.
2.2-. PROPULSIONES ELECTRICAS Grúas y malacates: El motor de corriente continua con excitador en serie es el que mejor se adapta a grúas y malacates. Cuando la carga es pesada, el motor reduce su velocidad en forma automática y desarrolla un momento de torsión creciente, con el cual se reducen las cargas picos en el sistema eléctrico. Con cargas ligeras, la velocidad aumenta con rapidez, con el cual se logra una grúa que trabaja con más rapidez. El motor en serie también está bien adaptado para impulsar el puente de las grúas viajeras y también al carro que se mueva a lo largo del puente. Cuando solo se dispone de corriente alterna y no resulta económico convertirla, el motor de inducción del tipo de anillo deslizante, con control de resistencia externa, es el mejor tipo de motor de corriente alterna. También se utilizan motores de jaula de ardilla con anillos extremos de alta resistencia, para producir un elevado momento de torsión al arranque (Motores clase D). Aplicaciones de los momentos de torsión constante. Las bombas de pistón, molinos, extrusores y batidoras pueden requerir un momento de torsión constante en toda su variedad de velocidad. Estas requieren un motor de inducción jaula de ardilla, diseño clase C o D que tienen un alto momento de torsión de arranque, para alcanzar su velocidad nominal. Cuando debe variarse la velocidad estando ya en movimiento el motor, puede usarse un motor de C.C de voltaje de armadura variable o un motor de inducción jaula de ardilla de frecuencia variable. Bombas centrífugas. El bajo WK2 y el bajo momento de torsión de arranque hacen que los motores jaula de ardilla diseño B de propósito general sean los preferidos para esta aplicación. Cuando se requieren un flujo variable, el uso de una fuente de potencia de frecuencia variable para variar la velocidad del motor, será favorable desde el punto de vista de la energía respecto al cambio de flujo por cierre de la válvula de control con el fin de incrementar la carga. Ventiladores centrífugos. Un WK2 alto requiere un motor de caja de ardilla diseño C o D de alto momento de torsión de arranque para que el ventilador adquiera su velocidad de trabajo en un periodo razonable de tiempo. 2.3-. MOTORES CONECTADOS A LA RED Variaciones de la tensión V y de la frecuencia de la tensión f, en Hz, en la red de un motor trifásico de devanado normal: a) Variaciones de la tensión a frecuencia constante, el par de arranque y el par motor máximo varía con el cuadrado de la tensión. La intensidad de arranque varía proporcionalmente con la tensión, con variaciones de ± 5 % se obtiene la potencia nominal. b) Variaciones de la frecuencia con tensión constante, los valores absolutos de los pares de arranque y motor máximo varían en forma inversamente proporcional con el cuadrado de la frecuencia. La intensidad de arranque varia inversamente proporcional con la frecuencia, con variaciones de ± 5 %, se puede entregar la potencia nominal.
Page 32 c) Variaciones de la tensión y la frecuencia, si varía la tensión y la frecuencia en el mismo sentido y proporción, varían las revoluciones y la potencia proporcionalmente con la frecuencia. Pueden conectarse por lo tanto motores con arrollamiento normal, aun en redes cuyas características se apartan en ± 5 % de la placa de características. 2.4-. FALLAS DE LOS MOTORES ELECTRICOS -. Servicio de corta duración El motor alcanza el calentamiento límite durante el tiempo de funcionamiento prescrito (10-30-60 minutos), la pausa tras el tiempo de funcionamiento debe ser lo suficientemente larga para que el motor pueda enfriarse. -. Servicio intermitente Se caracteriza por periodos alternos de pausa y trabajo. -. Protección contra averías Si se daña un motor, deben tomarse en cuentas los siguientes factores: • Clase de máquina accionada. • Potencia efectiva que debe desarrollar, HP. • Velocidad de la máquina movida, RPM. • Clase de transmisión (Acoplamiento elástico o rígido), sobre bancada común o separada, correa plana o trapezoidal, engranajes, tornillos sin fin, etc. • Tensión entre fase de la red. • Frecuencia de la red y velocidad del motor. • Rotor anillos rozantes o jaula de ardilla. • Clase de arranques, directo, estrella triángulo, resistencias estatóricas, resistencias retóricas, auto transformador, etc. • Forma constructiva. • Protección mecánica. • Regulación de velocidad. • Tiempo de duración a velocidad mínima. • Par resistente de la máquina accionada (MKG). • Sentido de giro de la máquina accionada mirando desde el lado de acoplamiento derecha, izquierda o reversible. • Frecuencia de arranque en intervalos menores de dos horas. • Temperatura ambiente si sobrepasa los 40 °C. • Indicar si el motor estará instalado en áreas peligrosas: Gas, Humedad, etc. -. El motor funciona en forma irregular • • •
Avería en los rodamientos. La caja del motor está sometida a tensiones mecánicas. Acoplamiento mal equilibrado.
-. No arranca • • • •
Tensión muy baja. Contacto del arrollamiento con la masa. Rodamiento totalmente dañado. Defecto en los dispositivos de arranques.
-. Arranca a golpes •
Espiras en contacto.
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-. Motor trifásico arranca con dificultad y disminución de velocidad al ser cargado • • • •
Tensión demasiado baja. Caída de tensión en la línea de alimentación. Estator mal conectado, cuando el arranque es estrella triángulo. Contacto entre espiras del estator.
-. Trifásico produce zumbido internamente y fluctuaciones de corriente en el estator •
Interrupción en el inducido.
-. Trifásico no arranca o lo hace con dificultad en la conexión estrella • • •
Demasiada carga. Tensión de la red. Dañado el dispositivo de arranque estrella.
-. Trifásico se calienta rápidamente • • •
Cortocircuito entre fases. Contacto entre muchas espiras. Contacto entre arrollamiento y masa.
-. Estator se calienta y aumenta la corriente • • •
Estator mal conectado. Cortocircuito entre fases. Contacto entre arrollamientos y masa.
-. Se calienta excesivamente pero en proceso lento Exceso de carga. Frecuencia de conexión y desconexión muy rápida. Tensión demasiado elevada. Tensión demasiado baja. Falla una fase. Interrupción en el devanado. Conexión equivocada. Contacto entre espiras. Cortocircuito entre fases. Poca ventilación. Inducido roza el estator. Cuerpos extraños en el entrehierro. La marcha no corresponde al régimen señalado por la placa.
• • • • • • • • • • • • •
2.5-. EFICIENCIA DE LOS MOTORES ELECTRICOS Los métodos para determinar la eficiencia son: Por medición directa o por pérdidas segregadas. Estos métodos están expuestos en el Standard Test Procedure for Polyphase Induction Motors and Generators, Std 112-1978, ANSI/IEEE; en el Standard Test Code for DC Machines, Std 113-1973, IEEE; en el Test Procedure for Single-Phase Induction Motors, Std 114-1982, ANSI/IEEE y en el Test Procedure for Synchronous Machines, Std 115-1965, IEEE.
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Las mediciones directas pueden hacerse usando motores, generadores o dinamómetros calibrados para la entrada a generadores y salida de motores y, motores eléctricos de precisión para la entrada a motores y salida de generadores.
Las pérdidas segregadas en los motores se clasifican como sigue: • • • • • • • •
Pérdidas I2*R en el estator (Campo en derivación y en serie I2*R para corriente continua). Pérdidas I2*R en el rotor (I2*R en la armadura, para corriente continua). Pérdidas en el núcleo. Pérdidas por cargas parásitas. Pérdidas por fricción y acción del viento. Pérdidas en el contacto de las escobillas (Rotor devanado y corriente continua). Pérdidas en el excitador (Sincrónico y corriente directa). Pérdidas por ventilación (Corriente directa).
Las pérdidas se calculan en forma separadas y luego se totalizan.
Donde, Pe: Potencia entregada. P: Potencia absorbida. R: Rendimiento. θ : Angulo del factor de potencia.
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CONEXIÓN DE MOTORES DE ARROLLAMIENTO NORMAL DE REDES
80 % 84 %
90 %
100 % 110 % 120 %
De la Tensión Nominal Potencia en (%) de la Nominal 40
76
50
80
55
84
90
100
84
90
100
110
90
100
110
120
95
100
110
120
60 65
87
CONCLUSION Los motores eléctricos son de suma importancia en la actualidad, debido a las diferentes aplicaciones industriales a los que son sometidos, es por ellos, que se deben tomar en cuenta todas las fallas que se presentan para el correcto funcionamiento de los mismos. Para el funcionamiento de V. E. se están comenzando a utilizar motores trifásicos de corriente alterna, controlados por sofisticados controladores electrónicos. Un motor cuando comienza a sobre trabajar, es decir, que trabaja por encima de sus valores nominales, va disminuyendo su periodo de vida; esto nos lleva a concluir que si no se realiza un buen plan de mantenimiento el motor no durará mucho. Un plan de mantenimiento debe realizarse tomando en cuentas las fallas que están ocurriendo en los motores. El resultado de este informe es presentar las aplicaciones de los motores eléctricos y las fallas que en ellos existen, pero debemos tener en cuenta que son conceptos que están íntimamente relacionados; Si no se conocen las fallas que se presentan en los motores eléctricos no se puede aplicar ningún plan de mantenimiento, lo que implica el mal funcionamientos de los mismo y no tendrían ninguna aplicación útil.
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta.
BYD F3DM Turismo Vehículo Híbrido Enchufable (PHEV) 125,00/170,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-06-2012 Precio: USD 65.000 BYD e6 (200kW) Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 200,00/272,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-10-2012 Precio: USD 56.000
Micro-Vett (Fiat) Fiat 500 Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-06-2011
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Precio: USD 49.000 Smart Smart electric drive Coupé Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-04-2011 Precio: USD 46.000 Tata Indica Vista EV Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 55,00/74,80 kW/CV Fecha Disponibilidad: 15-08-2012 Precio: USD 39.000
Zytel Gorila Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Fecha Disponibilidad: 09-09-2011
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Precio: USD 46.000 REVA NXR Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 25,00/34,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-12-2011 Precio: USD 38.000 Micro-Vett Fiorino M1-Fi(HC-Eg)-Li(S) Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Fecha Disponibilidad: 21-05-2011 Precio: USD 54.000
Micro-Vett Fiorino Qubo M1-Qu(HC-Eg)-Li(L) Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 60,00/81,60 kW/CV Fecha Disponibilidad: 21-05-2011 Precio: USD 52.000
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Think City 2010 Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 30,00/40,80 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-10-2010 Precio: USD 40.000
Tesla Roadster Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 40,00/54,40 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-01-2011 Precio: USD 105.000
TWIZY RENAULT electric drive 100% Cuatriciclo Vehículo Eléctrico (BEV) 25,00/40,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-04-2012
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Precio: USD 8.000 + alquiler mensual de batería. BYD e6 (75kw) Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 75,00/102,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-10-2012 Precio: USD 47.000 NISSAN LEAF 100% Eléctrico Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 80,00/130 kW/CV Fecha Disponibilidad: 16-04-2011 Precio: USD 59.000 CHANA BENNI Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 20,00/27,20 kW/CV Fecha Disponibilidad: 04-09-2011 Precio: USD 29.000
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Mitsubishi i MiEV Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 47,00/63,92 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-08-2011 Precio: USD 50.000 Subaru Estella Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 47,00/63,92 kW/CV Fecha Disponibilidad: 02-09-2010 Precio: USD 55.000
SEAT LEON TWIN DRIVE ECOMOTIVE Turismo Vehículo Híbrido Enchufable (PHEV) 150,00/204,00 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-09-2011 Precio: USD 49.000
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta. Opel Ampera Turismo Vehículo Eléctrico de Autonomía Ampliada (REEV) 111,00/150,96 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-10-2012 Precio: USD 53.00
Peugeot ION Turismo Vehículo Eléctrico (BEV) 47,00/63,92 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-12-2011 Precio: USD 54.000
TOYOTA PRIUS PLUG-IN HYBRID Turismo Vehículo Híbrido Enchufable (PHEV) 136,00/184,96 kW/CV Fecha Disponibilidad: 01-06-2010 Precio: USD 48.000
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Listado de vehículos eléctricos o híbridos que están o estarán a la venta.
Renault Kangoo Modelo ZE 100% eléctrico Camioneta 70 Kw/90 Hp Kw/CV Fecha Disponibilidad: 01-04-2012 Precio: USD 35.000
Organización Autolibre 10/03/2011
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Organizaci贸n Autolibre Manual de conversi贸n de un Vehiculo Compacto Aplicable en cualquier vehiculo de hasta 850 K de peso. Ejemplo de una conversi贸n de Suzuki Maruti con caja.
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Primero retiramos el Capo y extraemos focos y careta delantera. La idea es despejar totalmente el compartimiento delantero para el trabajo.
Retiramos baterĂa, recipientes de lĂquidos, radiador y mangueras y cables del motor al vehiculo.
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Se desprende las patas del motor y caja de cambios (también los semiejes de esta). No olvidar desconectar, cable del cuentakilómetros, cables de sensores, temperatura y presión de aceite y movimientos de los cambios y embragué. También se debe haber desprendido la salida de escape. Cuidar que la posición de la cadena no dañe al distribuidor o al carburador, por si interesa vender después a este motor.
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Antes de descartar el motor debemos retirar el volante para su posterior uso en el proceso.
Este es el aspecto normal de la caja de cambios, se debe limpiar con solventes de aceite.
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Este es el momento ideal, para realizar mejoras a la carrocerĂa, retirar los vidrios y reponer gomas, alfombras. Es el momento ideal para reparar picaduras de oxido, abollones y comenzar un trabajo de repintado.
Retiramos tambiĂŠn el tanque de combustible, el sistema de recarga del mismo y lo que reste del silenciador y tubo de escape.
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Se debe limpiar, a fondo el compartimiento del motor. Los rastros del motor a combustión interna, combustible, aceite ya no volverán y nuestro sistema eléctrico, permitirá un mantenimiento excelente de la limpieza.
Si retiramos los cables, podemos dar un recuperación total a nuestro vehiculo, fondo y color.
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Preparación de bandejas, para baterías y caja. Si fuera un vehiculo con asientos traseros, este trabajo se realiza en el lugar del tanque de combustible u en el baúl.
Corte, con el formato de la caja de baterías
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. Tambi茅n realizamos el trabajo de restauraci贸n en el sector de carga.
Reparaci贸n de chapa y preparaci贸n para pintura final.
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Color nuevo por fuera y terminación de producto a la piedra por debajo, para prevenir oxido y que la carrocería dure muchos años mas.
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En este caso, los asientos estaban en muy mal estado. Se restauraron totalmente y el resultado fue excelente.
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Se revisan, sistema de frenos, direcci贸n y suspensi贸n.
Ya esta armada, y ahora podemos comenzar con el interior.
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Alfombra aislante y tablero (que tambi茅n fue pintado). Colocaci贸n de moquete final.
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Componentes para la conversión: El sistema que recomendamos para vehículos compactos, es de 72 V, lo que nos permitirá una marcha ágil y una velocidad máxima de 80 Km/h, sin problemas.
Motor:
Motor, Advanced DC #A00-4009 6.7"
Motor, Advanced DC #K91-4003, 6.7" Estos motores son para usos de 48 a 72 V y con potencias de hasta 30 Hp. También sirven los de la línea de motores A 203-06-401 de mayor tamaño. Estos motores tienen un precio en USA de 600 a 900 dólares y te los envían por encomienda a tu casa por Fedex o UPS. La ventaja es que en tu ciudad puede haber algún desarmadero o deposito de metales o maquinas, donde puedes buscar montacargas o auto elevadores, como este:
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Estos aparatos tienen un motor eléctrico de 48 V para mover sus ruedas, que resulta perfecto para nuestro vehiculo compacto y además funcionan muy bien con 72 V. Motor tomado de un montacargas:
Como dato, este motor de montacargas de 48 V y 5 Kw, costo 90 dólares en Uruguay.
Controlador de Velocidad:
Controlador de velocidad del motor eléctrico. Este es un Alltrax de 48 a 72 V y de 300 A de capacidad. Este controlador cuesta de 470 a 520 dólares en USA y el gasto de flete aproximado a países de América es de 120 dólares. El controlador de un auto elevador eléctrico, también sirve. Pero no es tan común que se encuentre en los mismos (por daño o si fue retirado anteriormente). Si vas a usar elementos usados y tienes la suerte de encontrar el controlador, comunícate con nosotros, para que te ayudemos con las conexiones y configuración eléctrica.
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Baterías: Las baterías, en conversiones de bajo costo son de Plomo y de Ciclo Profundo, para que duren mas años. Las comunes de arranque, no sirven. Las baterías que recomendamos son las de tecnología AGM o las de GEL. Estas, son utilizadas en sistemas de reserva para UPS o de energía de Aerogeneradores y paneles fotoeléctricos.
Las baterías para nuestro vehiculo de 72 V son 6 de 12 V y de 100 a 140 A/H c/u. Estas pueden costar de 160 a 290 dólares cada una dependiendo de la Marca y potencia. Antes de concretar la compra ( que se realiza en tu país, sin problemas) nos puedes consultar para comprar seguro, de que sirvan.
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Cargador: El cargador adecuado para nuestro vehiculo, debe tener corte automático, para poder dejarlo durante la noche y que el mismo deje de cargar, cuando las baterías estén completas. Además recomendamos Cargadores inteligentes de 3 o 4 etapas de carga, donde el mismo va evaluando el estado del banco de baterías y las recarga optimizando la duración en el tiempo de nuestro grupo de baterías, logrando en algunos casos mas de 650 ciclos (hasta 6 años).
Zivan NG 1 Cargador inteligente de 24 a 96 V.
Precio: 550 dólares
Cargador Delta Q, inteligente de 24 a 120 V. Precio: 750 dolares.
Cargador, Chino con carga en dos etapas y corte automático de 48 a 72 V Precio: 300 dólares.
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Circuito:
Circuito básico, donde vemos el contactor que actúa como llave principal. El contactor se estudia en una lección a parte donde explicamos los tipos y las formas de conexión.
Circuito completo de conexión del Alltrax, el motor, el Potex Curtis y el contactor. No se incluyen elementos de reversa eléctrica, por utilizarse la reversa de la caja de cambios.
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Placa de adaptación: En esta conversión, no utilizaremos embrague, solo conduciremos en 3* o 4* marcha, como si fuera automático, acelerador y freno. Comenzamos marcando los orificios de la caja y la posición del eje de la directa (si no llega al borde, se le coloca un tornillo como guía, afilado en la punta. El cartón para la plantilla, debe ser grueso y de cierta resistencia para, una medida más segura. Si se complica el marcado del eje de la directa, se comunican con nosotros, que hay otros sistemas de diseño de placa adaptadora.
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La plantilla se recorta, y se aclaran los orificios para luego marcar con esta, a la placa definitiva que en este caso será de aluminio y de 17 mm de grosor.
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La placa ya esta pronta y la preparamos para perforar.
Retiramos horquilla y rulemรกn de empuje y brazo del tirador.
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AquĂ vemos la placa con las guĂas de la caja, instaladas. Y el centro de eje pronto para mecanizar.
Utilizamos el centro del disco de embrague, para la pieza de acople de los dos ejes (motor elĂŠctrico, directa de caja de cambios).
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AquĂ vemos, a la pieza soldada a un cilindro que contiene del lado contrario a el encastre que se acopla al motor ElĂŠctrico.
Esta es la pieza que se suelda al lado contrario, con el chavetero para el eje del motor. Este trabajo, en particular, se recomienda lo realice un tornero para lograr una pieza equilibrada y con el cuidado de las distancias (el largo) del motor a la caja de cambios.
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Mecanizado de la placa, que en este caso tambiĂŠn es realizado por un profesional, para asegurar un trabajo preciso. . El centro de la placa tiene un orificio, que se acopla en la rebaba delantera del motor elĂŠctrico, lo que asegura un calce perfecto y una mayor resistencia mecĂĄnica.
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Prueba de ajuste de los componentes, motor con directa y orificios para ajuste a la caja.
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Medici贸n de las distancias en la posici贸n definitiva, donde definiremos los anclajes del motor el茅ctrico.
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Este es el aspecto luego de un arenado de los componentes.
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Se coloco una placa interna de refuerzo. En muchos casos se obvia la misma, si el espacio no lo permite.
Realizamos una prueba de funcionamiento, con una baterĂa de 12 V. Si todo esta correcto, debe girar con suavidad y sin ruidos de desajuste.
Ya comenzamos con el diseĂąo del soporte de motor. Este es el formato, para esta conversiĂłn en otros casos, los soportes pueden corresponder a otras formas.
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Soporte terminado.
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Soporte, instalado en su posici贸n. Los tacos de goma no son imprescindibles, pues este sistema no tiene vibraci贸n.
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Antes de cualquier prueba en marcha, completamos la caja, con un lubricante adecuado.
Potex Curtis, es el acelerador electr贸nico que informa al controlador la posici贸n del pedal del acelerador. En su interior tiene un potenci贸metro de 5 K homs. Este componente en USA tiene un valor de 80 d贸lares.
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Convertidor DC-DC para cargar la batería auxiliar de 12 V a partir del banco de baterías de 72 V. La batería de 12 v, también puede recargarse con un cargador individual de 12 v, que se conecta al mismo tiempo que el cargador principal de 72 V. Lógicamente la ventaja del convertidor Dc-Dc es que funciona automáticamente y en forma permanente.
Instalación en la carrocería del Controlador Alltrax y mas arriba vemos al potex Curtis, con el cable del acelerador instalado.
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Detalle del potex. instalado.
Contactor Albrahigt y llave de corte de emergencia (de 250 A).
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Según la medida de nuestras 6 baterías, diseñamos la bandeja y le colocamos espuma de goma, para que apoyen parejo y evitar vibraciones.
Baterías instaladas prontas para conectar en serie y ajustar los sunchos.
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Vista desde debajo de los cables principales (72 V) dentro de ductos pl谩sticos de protecci贸n.
Llegada de los cables de potencia a la caja del contactor y llave de corte.
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Soldado de terminales, luego de prensados, los podemos estaĂąar con una pistola de calor (mediante una esponja, protegemos la aislamiento)o un soldador desde el lado del cable o como en este caso, a travĂŠs de un orificio.
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Conexión de terminales a las baterías, en este caso mediante tornillo y arandelas. La colocación de cobertores de goma en los terminales nos asegura un a buena protección de las conexiones.
A - Controlador de motor
B – control de alta tensión (72).
C - Sevcon convertidor DC a DC .
D - Panel de resistencia Shunt del amperímetro.
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Detalle de caja de control, con los relees de conexi贸n-desconexi贸n, para contactor y otros sistemas. Estos se utilizan para no tener consumos altos en los controles de tablero, logrando mayor duraci贸n de los interruptores.
Bater铆a auxiliar y convertidor DC-DC, instalado.
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A - Conector Anderson B – Fusible C - Cableado conectores para un medidor, individual de baterías.
A- Llave de seguridad. B- Tirador desde cabina, para corte en caso de emergencia. C- Brazo de comunicación a botón de reconexión. D- Llave de reconexión, hacia arriba conecta la corriente, hacia abajo desconecta.
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El controlador Alltrax permite que se lo conecte a una PC para modificar par谩metros de control, como velocidad final, velocidad de retroceso, recorrido del acelerador, etc. En el caso de querer realizarlo, se comunican con Organizaci贸n Autolibre y les enviamos el software
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Vista de los medidores del tablero y del motor y del botón de desconexión, en caso de emergencia. La velocidad que alcanza este vehiculo es de 85 Km/h. La autonomía de este modelo con 6 baterías AGM de 12 V y 110 A/H es de 45 Km por carga. Si queremos autonomías mayores, la proyección da que si utilizamos 6 baterías de 160 A/H la autonomía debe ser de 68 Km por carga y así, hasta baterías de hasta 240 A/H.
El cargador de baterías no se ve, porque esta detrás del asiento del chofer. Trabajo terminado. Se observa que se podrían colocar más baterías en este lugar.
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Dudas más comunes del transporte eléctrico ¿Cuál es el mejor vehículo para convertir? El vehículo de elección depende del uso que usted quiera darle y del dinero que quiera invertir. La primera recomendación será por el mas liviano posible que brindara menor precio y consumo. Un vehículo de estilo deportivo, tendremos que equiparlo con una configuración de alto rendimiento y puede llegar sin problemas a 150 Kmh todo con una inversión mayor. Un auto estilo Fiat 147 se podría utilizar para una configuración urbana de precio medio y de buena gama (distancia que puede recorrer) y capacidad de carga 250 a 400 kg. ¿Qué tipo de motor debo usar? El más utilizado en las conversiones son motores de corriente continua con conexiones interiores en serie o con excitación independiente. Muchas conversiones antiguas se realizaban con excedentes recuperados de otros usos (vehículos militares) y hay que revisarlos muy bien pues a veces son difíciles de montar y pueden ser incompatibles con los modernos controladores. Una conversión sobre la base de elementos inadecuados podría ser funcional, pero podría tener rendimientos bajos y no ser confiables. Ay algunos motores de segunda mano y buen rendimiento. Motores de ascensores y montacargas por lo general son mucho más pesados para utilizar. También hay motores de auto elevadores y carros de golf, que si están en buen estado son perfectamente utilizables. ¿Qué tipo de baterías debo usar? Baterías de Ciclo Profundo: En la actualidad, hay varias opciones en baterías de ciclo profundo (baterías que no sufren daños al ser descargadas un 80 %). La primera es la de electrolito liquido plomo acido, como las de carro de golf. Son las menos costosas de todas, pero requieren control periódico del nivel de electrolito y la reposición de agua destilada. Si se requiere autonomías de más de 100 Km estas pueden llegar a 350 o 450 Kg. Una segunda opción es VRLA (Valve Regulado Lead Acid), AGM (Absorbida Glass Mat). Estas se utilizan a menudo en el sistema de respaldo de energía para computadoras y en los sistemas de acumuladores de energía solar o eólica. Se consideran selladas, por lo que no hay que reponer el nivel de líquido, y se mantienen limpias, porque no hay salida de gases o perdidas de ácido, bajo condiciones normales de carga. Son capaces de ofrecer altas corrientes sin defecto. Tienden a ser un poco más caras, y requieren sistemas de control de carga o cargadores inteligentes. Otra opción son las baterías de gel. Se trata de baterías de plomo-ácido con el electrolito en un formato gel. Son de funcionamiento similar a las AGM, quedando por evaluar aun su duración para el uso en V. E. (vehículo eléctrico). Otra opción son las baterías de níquel-cadmio. Estas se han convertido en menos accesibles debido a cambios en la reglamentación en Europa. Ellas tienden a ser considerablemente más caras que las convencionales de plomo ácido, pero su larga vida de servicio redunda en un costo menor durante la vida útil del vehículo. Las baterías de litio están finalmente llegando a algunos usuarios, pero hasta ahora no en
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gran número. Su larga vida útil (hasta 3000 cargas) es muy promisoria. Es posible que haya oído hablar de otros tipos de pilas, como el níquel-metal, zinc-aire, y muchos otros.
Las de Clorato Sodio, Níquel (ZEBRA) de 17.5 Kw/h y un precio de 9000 euros. Para uso particular mi recomendación es utilizar BATERIAS DE CICLO PROFUNDO PLOMO ACIDO.
Batería Trojan de uso Marino de bajo mantenimiento.
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Batería Optima tapa Amarilla, batería de ciclo profundo con placas Tubulares y sellada. ¿Dónde puedo comprar las piezas? Hay una serie de proveedores de piezas de VE. Los motores: Desarmaderos de máquinas o depósitos de metales que tengan Auto elevadores eléctricos de desguace, nos venderán componentes a bajo costo. Organización Autolibre distribuye en Hispanoamérica componentes y Kit completos para conversión de todo tipo de vehículos. Aquí una vista de los mismos en la web de ventas: http://www.autolibreelectrico.com/archives/category/productos Solo vendemos equipos de excelente calidad, fabricados en USA con garantía internacional.
¿Hasta dónde se puede ir con una carga de batería? Esto depende de muchos factores, como el terreno, la velocidad de circulación, temperatura, el estilo de conducción y, por supuesto, el diseño del coche. La mayoría de las conversiones de bajo costo dan un promedio de 60 km. Hay diseños de alto rendimiento, por diseño y baterías que pueden recorrer hasta 250 km por carga y que generalmente cuentan con 35 Kwh de baterías. ¿Qué tan rápido se puede ir? Una vez más, esto depende mucho en el diseño. La mayoría de las conversiones son lo suficientemente rápidas para obtener una multa por exceso de velocidad en muchas calles de nuestras ciudades. En una conversión económica la aceleración puede ser más lenta que la media de coches a nafta, algunas conversiones pueden llegar a 100 en menos de 20 segundos, algo así como conducir una mini van. Por otra parte, otras son mucho mas rápidas, y rinden muchos más HP de lo que tenia el motor original. Un coche eléctrico puede ser diseñado para acelerar de 0 a 100 km en 4 segundos. ¿Cuánto costará? La conversión menos costosa se puede realizar con 2000 dólares utilizando componentes de segunda mano. Con componentes nuevos se deberá invertir un mínimo de 5000 dólares para una conversión completa de 30 Hp. Si lo que sé busca es un rendimiento superior, velocidades de 120 km./h o mas deberemos utilizar sistemas de 60 a 120 hp y el costo total puede llegar a los 10000 dólares. En estos valores no se incluye al vehículo a transformar y va a depender de los requerimientos de estado y confort que queramos. ¿Existe algún método de recarga mientras se conduce? En una palabra, NO. Agregar generadores para recargar baterías tipo molino de viento, solo frenara el vehículo y consumirá más energía de la que genere. Lo mismo con generadores enganchados a las ruedas, que solo podrán aprovecharse en las bajadas. El método comprobado que funciona seria mediante un sistema regenerativo a partir del propio motor traccionario
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(Aprovechando frenados y bajadas importantes) o con un generador a nafta o gasoil para recargar las baterías. ¿Qué hay de los paneles solares? Los paneles solares funcionarán pero es poco probable que el suministro de energía sea suficiente para una carga completa en sólo un día. El problema es que es limitada la cantidad de energía que generan y es mucha la energía necesaria para mover un coche mediano. Si la parte superior de un automóvil está cubierta con paneles solares y se encuentra aparcado en la luz directa del sol durante 8 horas, se generará suficiente energía para ir a unos 10 a 18 kilómetros de distancia. Ha habido algunas personas que han construido prototipos livianos con grandes paneles solares que han informado que pueden cubrir 60 km o más por día solo con la energía del sol. En este momento el costo de los paneles hace de esto un proyecto bastante costoso y solo útil en autos livianos (menos de 600 Kg). ¿Cómo funciona la tecnología de vehículo hibrido¿ Bien encontramos que hay híbridos paralelos, de serie, totales, etc. Entonces es necesario hacer una pregunta. ¿Cuál es mejor? Cada uno de los sistemas tiene beneficios e inconvenientes. Cada uno funciona muy bien bajo ciertas circunstancias y otros no tanto.
Esquema de sistema "híbrido paralelo" El sistema de “híbrido paralelo” es el de más fácil implementación en una cadena de producción por parte de las empresas automovilísticas. Simplemente se añade un motor eléctrico al tren de empuje y un paquete de baterías para alimentarlo. Se consiguen beneficios substanciales en cuanto a ahorro de combustible, y también en cuanto a prestaciones. No obstante, el motor de combustión interna debe de estar funcionando casi todo el tiempo. No existe la opción de poder circular “solo eléctrico”. Se podría utilizar un sistema de recarga mediante cualquier toma de corriente eléctrica (PHEV), pero nunca se podrá conducir sin gastar al menos un mínimo de gasolina o diesel.
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Esquema de sistema "híbrido de serie" En contraste, un “híbrido de serie” es bastante simple. Para empezar, un vehículo de empuje totalmente eléctrico requiere de muchas menos partes movibles que la que tiene un vehículo de motor de explosión. Además, el motor de combustión no requiere ningún tipo de transmisión complicada o de conversores de momento. Solo requiere un eje que esté conectado al generador para hacer que este gire y alimente el paquete de baterías. Desafortunadamente, esta simplicidad nos da menos eficiencia. La máxima eficacia viene por un hibrido enchufable, en donde podamos circular la mayor parte del tiempo ´´solo eléctrico´´ y encender solo el otro motor para regímenes rápidos de marcha y reposición de batería. Es más, un “híbrido de serie” podría y puede utilizar una gran variedad de diferentes fuentes de fuerza adicionales, desde micro turbinas a motores de biodiesel en vez de motores de combustión interna (ICE). Gremban me explicó que algunos motores diesel han mostrado una eficiencia del 50% de eficacia máxima. Dado que esa fuente de fuerza trabajará casi siempre en ese nivel, podemos decir que la eficiencia media de esta fuente de poder rondará los 50% de eficiencia también. Si lo comparamos con entre el 17% y el 19% de eficiencia que hoy día tiene un motor de explosión moderno en los coches en el mercado, nos hace ver con mejores ojos a los “híbridos”. Los “híbridos de serie” parece ser que despuntan como el coche del futuro. Pero no deje por ello de desaprovechar la oportunidad de adquirir un “híbrido paralelo” o un “híbrido de serie/paralelo” si le gusta más. Como dijo Felix Kramer, fundador de CalCars: “Lo perfecto no debería ser el enemigo de lo bueno”. Coches como el Toyota Prius o el Honda Civic son maravillosos ejemplos de la ingeniería deliberadamente atrasada, y están esperándote en el concesionario más próximo. No habría que esperar más a un eléctrico del futuro para comprar el coche más “verde” que vaya a salir. Si necesita uno, vaya y compre el más “verde” que existe ahora o transforme uno de gasolina a eléctrico, no se arrepentirá.
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GM propone poner su VOLT híbrido en producción desde el 2011. Es un “híbrido en serie” enchufable con 40 millas de autonomía (64 km solo eléctrico) y 600 millas con gasolina.
ORGANIZACIÓN AUTOLIBRE 3/2011
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Detalle de algunos componentes auxiliares del VE.
Chasis del EV 1 de General Motors- Tecnología de Motor Trifásico y Baterías de plomo acido o NiMh.
El vehículo eléctrico es revolucionario. Se podría construir un vehículo que tuviera todas las ventajas de uno con motor de combustión interna pero sin los inconvenientes tales como polución, ruido, reducción de los recursos naturales y degradación ambiental general.
Page 101 El vehículo eléctrico (VE) no es solo otra forma de hacer funcionar un móvil con solo un tercio de la reducción de recursos naturales y un veinteavo de la polución ambiental (toda ella producida en la planta energética). Pero la fuente energética podría ser eólica o solar y cumplir lo mismo. Sin embargo, el VE no sólo es de emisión cero sino también de polución cero. El VE es eficiente. Esto explica su funcionamiento silencioso .Como no utiliza gasolina o aceites, es extremadamente limpio. Los VE no son nuevos. Su aparición es anterior a la de los vehículos de combustión (tienen más de un siglo de antigüedad). En los últimos años han reflorecido , volviendo y están creciendo. Los VE ofrecen una mejor forma de motorizar cualquier vehículo. El transporte es el responsable del 50% del la polución planetaria. Los VE ayudarían a disminuir esta estadística. Las ramificaciones del calentamiento global del planeta nos obligan, como especie humana, a detener el abocamiento de carbonos a la atmósfera. Esto no es solo para salvar el planeta. El cincuenta por ciento de los problemas en el transporte de hoy pueden ser debidas al uso de motores de combustión interna. Un VE es aquel que utiliza un motor eléctrico en lugar de un motor convencional de explosión, y un paquete de baterías en lugar de un tanque y gasolina. El motor eléctrico tiene un tamaño de unos 25 litros, y se conecta directamente a una transmisión estándar. Cada batería en el paquete es similar en tamaño y forma a la que se enciende en el motor convencional, pero tiene muchas más. El pedal acelerador del vehículo está conectado mediante un enlace a un controlador eléctrico. Presionando el acelerador ligeramente, se enviará energía al motor eléctrico en proporción a la presión que se ejerza sobre el pedal. Este informe describe los sistemas de medición, instrumentación y protección que debe poseer un automóvil eléctrico como el que se diseñará. Esta descripción toma en cuenta el estado del arte no sólo de lo referente al tema sino también sobre conceptos básicos que se relacionan con el auto eléctrico. Asimismo, se da un enfoque de los posibles dispositivos que se deben tomar en cuenta en el proyecto del auto eléctrico, tanto en el precio como en la disponibilidad y necesidad que se tenga de éstos en el diseño. Este documento comienza con la presente introducción: Posteriormente, se muestra la importancia de los motores eléctricos en la vida diaria dándose algunos componentes básicos de un vehículo eléctrico y presentando una breve historia del desarrollo de los automóviles eléctricos a lo largo de los años. Después, se muestra el desarrollo de instrumentación en el área de la aviación, fórmula 1. Asimismo, la empresa Delphi ha desarrollado el sistema EyeCue para agilizar la lectura de datos importantes del conductor al volante, se muestra por tanto un barniz de aquello. Luego, se describen las variables que deben formar parte del sistema de medición de nuestro diseño, como también los instrumentos que se requiere. En cuanto al sistema de protección se muestra dispositivos fundamentales que darán seguridad al sistema en caso de sobrecorrientes. Finalmente se señalan algunas conclusiones sobre la tecnología que existe hasta nuestro días en el ámbito de la instrumentación referente a la medición y protección como asimismo la elección que se hará para el proyecto de qué dispositivos usar teniendo como restricciones el precio y las características del motor, entre otras.
Vehículos Eléctricos El coche eléctrico es sólo un ejemplo de un VE. Una bicicleta electro-asistida es también un VE. Una moto eléctrica es un VE. Un coche solar o un coche Fórmula E es un VE. Estos vehículos tienen dos cosas en común: la propulsión eléctrica y las ruedas. El mundo está más preparado para los VE. Los motores eléctricos están utilizándose por todas partes. Siempre habrá un motor eléctrico funcionando donde haga falta un servicio silencioso, eficiente y de confianza. Los motores eléctricos elevadores, líneas de ensamblaje industrial, unidades de ventilación y aire acondicionado; refrigeradores, secadoras, lavadoras, ordenadores e impresoras, lectores de CD y cassette , y bombeadoras. Irónicamente, hace falta un motor eléctrico para encender un motor de combustión interna.
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Componentes Básicos de un Vehículo Eléctrico Los VE’s son automóviles que funcionan con energía eléctrica en lugar de la gasolina. Tienen sus ventajas, como la eficiencia y baja polución, y sus inconvenientes, como el precio, la velocidad y la autonomía. Actualmente son el tipo de móviles más eficientes que se pueden comprar. Se pueden diseñar con sistemas básicos de control o se puede aplicar la mas alta tecnología, como ejemplo: Algunos Vehículos Eléctricos avanzados tienen componentes de control que supervisan todas las funciones: a) b) c) d) e) f)
Centro de Energía Eléctrica: Éste es el cerebro electrónico. Dirige la batería en la carga y en la distribución hacia la tracción. Controlador de los Sistemas del Vehículo: Éste es el cerebro de todo el coche. Realiza las operaciones críticas del automóvil. Se asegura que el móvil funcione a su eficiencia máxima Centro protector de la Energía: Asegura la protección eléctrica cuando se conduce, carga la batería, efectúa un corte automático en casos de accidentes o mal funcionamiento. Batería de Sulfuro de Sodio: Este tipo de batería (Zebra) tiene tres a cuatro veces más espacio de almacenamiento de energía que las baterías convencionales de ácido de plomo. Sistema de Control Climático: El automóvil debe funcionar con calefacción automática, y un silencioso sistema de aire acondicionado. Frenos Regenerativos: Algunos VE’s actualmente funcionan con frenos regenerativos. Básicamente cuando se frena, el motor del VE vuelve generador, y la energía que normalmente se pierde, se vuelve electricidad y se almacena para su uso posterior en las baterías. Esto puede suponer alrededor de 25 Km extra de autonomía.
Historia del Vehículo Eléctrico Los VE debutaron en Europa el año 1880. También aparecieron en América el siglo XIX, pero hacia los años 20, los móviles de gasolina resultaron más prácticos. El VE comenzó a ser fabricado de nuevo en los 70, y ha continuado hasta ahora, a pesar de haber tenido problemas con la autonomía y el precio.
Los Inicios El año era 1897. Los carruajes eran tirados por caballos y los trenes eran los medios de transporte de la época. Ya en estos años Thomas Edison, el gran inventor tenía el sueño de fabricar un auto eléctrico. El sueño de Edison de un auto eléctrico no se impuso en el siglo XX. En la Exposición Internacional de Berlín en 1904, el numeroso público asistente pudo ver casi todas las producciones alemanas y extranjeras de cerca. Destacaron tres compañías de coches eléctricos: la ABAM de Berlín, la Gottfr.Hagen de Colonia y Krieger de Paris. Todos utilizaban el sistema Krieger con sus motores herméticamente cerrados para protegerlos del polvo y la humedad. El ABAM llevaba dos motores con 8 velocidades, cada uno de 4 CV, que resistía doble sobrecarga. Transportaba una carrocería de furgoneta, convertible fácilmente para paseos en una construcción tipo turismo. La batería de Gottfr.Hagen consistía en 40 células y conseguía, según la propaganda, una velocidad de 30 km/h y un radio de acción de 100 km. Pesaba un total de 320 kg. Ya en 1903 aparecieron en las grandes ciudades los coches eléctricos para el servicio público. Tuvieron que enfrentarse con los ya instalados taxis de dos cilindros y motor de explosión, pero, según la prensa de aquel año, "la fantástica conducción de estos vehículos, sin ruido, permite aceptar una bajada de bandera más elevada que la de los otros modelos; los eléctricos no consiguen las velocidades de los de petróleo, pero ante los ojos de la ley son los preferidos". Ya en esos días se hablaba de contaminación.
Page 103 Siemens, hoy una de las empresas líderes en el campo de la electricidad empezó en 1905 la fabricación de vehículos con motores eléctricos, muy convencida de sus ventajas. Montaron la batería con sus acumuladores donde normalmente se instalaba su motor de explosión, delante del asiento del conductor, reposando en el bastidor de tal forma que podía cambiarse fácilmente con la ayuda de un simple aparato elevador. Combinando con unos servicios eficaces garantizaba una autonomía sin límites. Estos vehículos fueron construidos con diversas carrocerías, no sólo de turismo, sino también de camión, autobús, bomberos, etc. Siemens-Schuckert también desarrollaron unos modelos mixtos, pero pronto se dieron cuenta de que una construcción masiva de sus vehículos no era posible por los límites de las baterías en aquellos tiempos. A pesar de que numerosos documentos históricos olvidan mencionar el desarrollo del VE durante los años 20 y 30, los avances también llegan a aquel sector. Numerosos municipios de todo el mundo continuaron utilizando los vehículos eléctricos completamente silenciosos; pero el desarrollo del VE estuvo muy atrasado ante el alud de novedades y avances en el sector de los motores de petróleo, un campo en donde se encontraban continuamente soluciones para mejorar las prestaciones, la mecánica en general y, sobre todo, los gastos del producto. Se invirtió mucho dinero en su prometedor desarrollo, dejando de lado las investigaciones en la propulsión eléctrica; la investigación deseada en el sector de acumuladores mucho más eficaces no se había producido y no se han encontrado todavía los materiales adecuados para garantizar un rendimiento respetable. Los vehículos con motor convencional, en cambio, se iban desarrollando hacia modelos menos ruidosos, menos peligrosos y más fiables, y además, con un confort cada vez mayor, tanto del interior como en maniobrabilidad. Con el invento en 1911 del arranque eléctrico para los automóviles con motores de explosión y la introducción posterior de la producción masiva en cadena por parte de Henry Ford, el desarrollo del vehículo eléctrico desapareció de los medios informativos. Los fabricantes de los coches eléctricos comenzaron a adaptar el diseño de sus modelos al vehículo convencional utilizando el largo capó como cubierta para las numerosas baterías. A pesar de que las empresas hablaban con orgullo del idéntico diseño de unos y de otros, hoy sólo se deduce de aquella situación que se pretendía esconder la tracción eléctrica para que el cliente no se sintiera propietario de un vehículo con prestaciones inferiores. El factor imagen y clase social comenzaba a mezclarse entre las diferentes propulsiones, realmente lo peor que pudo suceder. Entre los años 1911 y 1920 los americanos todavía ofrecían grandes y lujosas limusinas con motor eléctrico, como por ejemplo el Broc y el Borland. El Borland tenia una carrocería de aluminio y una batería de 40 células que suministraba corriente suficiente para lanzar al vehículo a 35 km/h. Rauch + Lang producía una limusina de 6 plazas, con un departamento de conductor completamente separado delante del capó, mientras que los pasajeros tomaban asiento en un lujoso salón entre los ejes. A esta oferta se añade la de los pequeños vehículos urbanos de las marcas Detroit Electric, Baker y Fritchle, que vendieron unos miles de unidades entre 1912 y 1920. En el sector de las furgonetas y furgones destaca la empresa suiza Tribelhorn, con unos tres-ruedas utilizados para el correo y los hoteles, a donde sirvieron incluso de autobús de recogida a los clientes. En Alemania destacaron los triciclos Geha y los furgones Bergmann, que vendieron numerosas unidades. Uno de los principales clientes de los furgones era una distribuidora de leche y derivados, Bolle de Berlín, con un gran parque de VE que sobrevivió a la segunda guerra mundial, que demuestra su larga vida. En Alemania se presentó un coche para ciudad, que curiosamente tuvo su mayor éxito en Japón. En 1919 , solo acabada la II Guerra Mundial, con una importante falta de materia prima, el hijo del fundador de Telefunken, doctor Slaby, preparó un micro-coche al estilo de una caja sobre cuatro ruedas, espacio para una persona y un ligero motor eléctrico que ofrecía no más de medio caballo. El modelo fue continuamente mejorado y dos años más tarde ofrecía ya dos caballos, suficiente para conseguir unas respetables prestaciones debido a su escaso peso de 180 kg y una transmisión de 1:20. Los periodistas hablaban de un muy buen arranque hasta los 20 km/h.
En nuestro tiempo Hoy en día, casi un siglo después del nacimiento de esta idea, los fabricantes de autos están por fin diseñando autos que satisfacen tanto las necesidades de los consumidores como las del ambiente. La presión
Page 104 sobre los fabricantes para desarrollar estas alternativas provienen de leyes que exigen a los nuevos vehículos “residuos cero” y un impacto menor en el ambiente.
En los últimos años los gobiernos han estado tomando una postura mucho más pro-activa para desarrollar programas y aprobar leyes favorables al desarrollo sustentable, trabajando frecuentemente con la industria. Es así como en 1995 el gobierno alemán adoptó leyes que requieren que los fabricantes y las empresas vendedoras recojan y reciclen una gran variedad de productos, llegando a reciclar el 80% de sus productos. Como resultado, muchos fabricantes están rediseñando sus productos para que, luego de ser usados, puedan ser desarmados y reciclados. El mejor ejemplo de estos esfuerzos es la industria automovilística. En 1988, la empresa alemana BMW fabricó una cantidad limitada de un vehículo de dos asientos que puede ser desarmado rápidamente. Las partes de plástico están numeradas para facilitar el reciclaje. También en EEUU en 1993, el Presidente Bill Clinton anunció una iniciativa conjunta con los fabricantes norteamericanos de autos, dirigida a aumentar tres veces la eficiencia de consumo de combustible en diez años. En el año 1996, el 94% de los autos y el 75% del peso de los mismos es reciclado. Otro aspecto importante de mejorar en los autos es la cantidad de emisiones gaseosas que producen y que contaminan el aire. Al respecto como resultado de la Iniciativa de Aire Limpio, de los estados de California, Nueva York y Massachusetts, que desde 1998 requiere que al menos el 2% de todos los autos nuevos sean eléctricos, empresas como la Ford, GM , Toyota y la Volkswagen han comenzado a fabricar autos eléctricos. Los autos eléctricos son los únicos capaces de satisfacer las leyes de Emisión Cero de California. Gracias a su diseño y al desarrollo de mejores baterías, estos vehículos llegan hasta los 110-120km/h y tienen independencia de más de 135 km. Sin embargo, persisten dudas sobre el comportamiento futuro y el costo de los autos eléctricos, ya que aún no se alcanza una economía de escala. Los fabricantes indican que los autos eléctricos (VE) de ahora y los de los próximos años mantendrán un costo inicial y de operaciones más alto que los vehículos equivalentes de gasolina. Hasta fines de 1999 la compañía Toyota había vendido 507 RAV4-EV´s –Autos Eléctricos- en EEUU. Los RAV4-EV ocupan la última tecnología y combinan un motor eléctrico poco ruidoso y poderoso, impulsado por una batería de alta capacidad. Alcanzan una velocidad máxima de 126 km/hora y pueden andar hasta 200 km. sin recargar la batería. En Noruega, PIVCO AS ha desarrollado un auto eléctrico, llamado CityBee. La compañía Green Motorworks, Inc. de California ha contratado por leasing 40 de estos vehículos para dos pasajeros cada uno. Individuos y empresas le pagarán U$100 a U$150 al mes por el uso de un CityBee. El primer cliente, Sybase Inc., de Emeryville, California, contrató nueve vehículos para sus empleados. Según informes técnicos del Congreso de EEUU, por los próximos años los autos eléctricos seguirán costando más que los autos a gasolina y el ahorro que resulta de su menor consumo de bencina no compensa su precio de compra más alto. Aunque algunos análisis indican que el costo de operación y de manutención de los autos eléctricos será menor que el de los autos convencionales, todavía no existen suficientes evidencias de ello. Estas conclusiones
Page 105 aumentan la preocupación por el futuro de los autos eléctricos, especialmente debido al poco interés de los consumidores en el ahorro de energía de los combustibles. La comercialización exitosa de los vehículos eléctricos depende de varios factores entre los que se destacan: •
Mayor disponibilidad de vehículos alternativos.
•
Mayor apoyo y entusiasmo de los consumidores por vehículos alternativos.
•
Exigir a los fabricantes de vehículos, por medios legales y la presión de los consumidores, que produzcan vehículos de menor precio y mayor eficiencia.
•
Continuar apoyando y recompensando programas de investigación que mejoran la tecnología existente.
Instrumentación en un Vehículo Eléctrico En esta sección se hablará de las posibles soluciones para la implementación de los sistemas de instrumentación y para los de protección en un vehículo eléctrico (VE). Es primordial mencionar que estas soluciones tendrán un enfoque práctico, donde los precios son de carácter estimativo.
Sistema de Medición Como cualquier sistema, un VE debe ser capaz de proveer información al conductor. Esta información debe lo más precisa, rápida y confiable que se pueda lograr. El primer paso es el de elegir las variables, es decir, la información que se quiere obtener. A continuación, se explicarán todas éstas que pensamos eran importantes de incluir en un VE: •
Velocidad: Una de las más elementales de todas las variables. El objetivo de ésta es simplemente entregar la rapidez del desplazamiento de VE.
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Carga en la Batería: Sumamente interesante, su función es la de dar a conocer la cantidad de energía disponible en las baterías del VE. Haciendo una analogía con un automóvil convencional, esta medida correspondería al nivel del estanque de bencina.
•
Corriente: Tener una buena medición de ésta nos permitirá conocer la eficiencia de VE, ya que, a menor corriente existe un menor esfuerzo tanto del motor como del controlador. Además en casos de VE con freno regenerativo sirve para cuantificar esta implementación.
•
Temperatura en el Motor: Esta medida tiene un carácter de seguridad, ya que, cuando un motor sobrepasa una cierta temperatura pierde efectividad, vida útil y hasta se puede dañar gravemente. Luego saber si ésta excede a ese valor extremo es indispensable.
•
RPM del Motor: La función de ésta es saber a cuantas revoluciones por minuto se encuentra el motor. Esto puede servir como otra variable de eficiencia, ya que, a mayor RPM, mayor es el voltaje luego menor es la corriente.
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Sistema de Instrumentación Habiendo explicado las variables de interés dentro de un VE, es momento de mostrar las formas existentes de expresar esta información en forma física, es decir, vía instrumentos. A continuación una lista de los más usados:
•
Velocímetro: Su función es la de medir la velocidad del automóvil. Para nuestro caso no es necesario adquirir uno, ya que, éste viene incluido con el auto y ese sistema no será modificado.
•
Voltímetro: Este instrumento mide la carga existente en la batería. Para aquello debe ser conectado en paralelo con la batería (Ver figura 5). La salida de éste puede darse en dos formas: Digital o Analógica. La salida analógica consta de un voltímetro con una escala expandida etiquetado en porcentajes. Es importante considerar que una batería se encuentra drenada al 80% de su carga completa, luego se debe medir solo la parte usable por la batería (20% superior) con este instrumento. La digital está compuesta por unos displays de números que dan una cuantificación precisa de lo medido. Al igual que en el caso analógico, se debe considerar que una batería cuando está a plena carga se encuentra un 8.3% por sobre su valor nominal. Luego estos displays deben tener un rango de entre 50 a 78 Volts.
•
Amperímetro: La función de éste es medir el flujo de corriente entre los puntos en que sea conectado. Usualmente se puede conectar entre las baterías y el controlador o entre el controlador y el motor (Ver figura 5 y 6).. Al usar un amperímetro éste debe tener como posición normal el centro, ya que, si el auto se diseña con freno regenerativo los flujos de corrientes se desplazarán e ambas direcciones. Un detalle con respecto a su instalación se podrá ver tanto en la figura x como en la figura y. En éstas se muestra una pequeña resistencia llamada shunt, ésta es requerida para la medición de corriente y es una pieza de metal de resistencia (baja) conocida. De esta forma cuando X cantidad de corriente fluye a través de él, existe caída de tensión linear y correlacionada con el shunt.
Figura N°6: Amperímetro.ideal para considerar sistema de frenos regenerativo
•
Sensores de Temperatura: Se encontrarán ubicados en la cercanía del motor, y su misión es la de medir la temperatura de éste. Es necesario mencionar que éstos son muy sensibles y que como es imposible introducirlos dentro del motor, el lugar que se elija para su colocación debe estar protegido de variables exógenas que puedan provocar perturbaciones en la medición. Es por lo anterior, que se ha pensado en reemplazar alguna de las luces en el tablero por un indicador de temperatura, asociado a este sensor. Entonces si el motor se encuentra caliente ésta luz se mantendrá encendida, ahora bien, si por cualquier razón le llega calor al sensor que no provenga del motor esta luz tenderá a prenderse y apagarse, indicando de esa manera que el problema nos es del motor.
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Tacómetro: La idea de este instrumento es la de medir las revoluciones por minuto del motor. Una forma de montaje es mediante el uso de un tacómetro láser que apunte al eje, obteniendo así un valor de esta medición.
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E-Meter: Es un monitor de una sola batería que utiliza un microprocesador para reportar toda la información relevante de la batería. En una simple y fácil interfaz despliega voltaje, corriente, amp hora, y el tiempo de operación restante. Además es capaz de medir y reportar kilowatt horas e información histórica de la batería tales como el número de ciclo de cargas, descarga más baja y el promedio de descarga. Por último calcula en forma automática la eficiencia de carga de la batería.
Figura N°7: E-Meter frecuente usado.
Sistema de Protección Existen varios elementos necesarios para el buen funcionamiento de un sistema de protección. La idea de éstos, es que bajo ciertas circunstancias sean capaces de reaccionar en forma rápida y segura, evitando posibles daños en elementos vitales VE. A continuación se explicarán algunos de los elementos que usaremos en el VE: •
Contactores: Este relay cumple el mismo propósito que el switch de ignición en un automóvil a combustión. Cuando el conductor gira la llave a la posición de partida, el contactor cierra el circuito permitiendo el flujo de corriente hacia el motor. Además tienen la habilidad de manejar voltajes y cargas de mayor envergadura. Se han visto casos en que contactores de bajo precio han fallado, incluso cuando se encuentran cerrados. De esta manera, se recomienda el uso de contactores especialmente diseñados para VE, ya que, soportan repetidas secuencias de apertura y cerrado sin mucho desgaste. Además están provistos con un sistema de “apagado de chispa” magnético para prevenir un arco entre los contactos.
Figura N°8: Modelo de Contactor
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Desconectador (Circuit Breaker): Es un sistema de seguridad que tiene como función apagar la energía del auto cuando es necesario mantenimiento o durante una emergencia. El desconectador funciona de dos maneras. En el caso de problemas que estén relacionados con excesivas corrientes, este sistema se desconectará en forma automática. Sin embargo, también puede ser manejada en forma manual. Sólo sirven los Circuit Breaker diseñados para corriente DC.
•
Fusibles: Este sirve como respaldo del sistema de protecciones. Por lo tanto debe estar coordinado con el resto de los elementos, en especial, con los desconectadotes. A diferencia de éstos los fusibles si actúan se destruyen, por lo tanto, deben ser reemplazados.
Figura N°9 : Fusible usado en protecciones
Para toda planificación de protecciones se deben calcular los valores de las corrientes existentes, para los distintos tipos de regímenes del motor DC. Luego sacando la información del grafico, obtuvimos los siguientes resultados:
P=16 [HP]
V=72 [V]
I=225 [A]
P=42 [HP]
V=72 [V]
I=620 [A]
Tabla N°3 : Información obtenida del consumo previsto 1 hp = 750 w W / V =A
Luego se deben dimensionar los distintos elementos de protección, para evitar malos accionamientos. También existen sistemas que utilizan curvas más lentas de reacción y con menores corrientes. Así, por ejemplo, existen desconectadores de 250 Amps, que utilizando una curva lenta soportarán 600 Amps por 5 minutos. Este tipo de sistemas previene un acción de las protecciones ante situaciones que no provoquen daño.
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En la figura 10 y 11 se muestran diagramas de posibles conexiones de un sistema de protecciones en un VE.
Figura N°10: Diagrama de bloques de un VE con protecciones
Figura N°11: Otro diagrama de bloques de un VE con protecciones.
Se muestra una tabla con algunos precios de los distintos elementos:
Equipo E-Meter Resistencia Shunt Contactor Albright Fusible 800 A Amperímetro & Voltímetro
Precio (US$) 205 40 100 10 30 Tabla N°4: Precios de algunos equipos.
Los precios en la Tabla N°4, fueron obtenidos en Estados Unidos, por lo que, no incluyen el transporte ni los impuestos. Falta el resultado de la cotización de instrumentos como el sensor de temperatura .
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Conclusiones Tal como se describió la historia del auto eléctrico no es nueva. Se planteó en su tiempo como una alternativa de transporte. Sin embargo, debido a motivos de investigación y costos esta alternativa siempre fue quedando en la espera, mientras que el desarrollo de los otros sistemas comenzó a perfeccionarse cada vez más. Y hoy pasado más de un siglo, nuevamente se comienza a pensar en ellos debido a que las consecuencias dañinas para la salud de las personas, entre otros problemas hace que el transporte mire con buenos ojos esta tecnología. En el caso de los instrumentos que se consideran existen muchos y variados. Ha habido gran desarrollo en la aeronáutica en cuanto al tipo de instrumentos que se usan. Y básicamente lo único analógico en un avión son los instrumentos que miden la altura, la velocidad, etc. Asimismo, en la fórmula 1, el campeonato de tuercas más exigente del mundo hace que las principales escuderías como Ferrari, Williams y McLaren compitan palmo a palmo las posiciones de sus autos en cada carrera, y es por eso que un aspecto que se maneja a la perfección es el sistema de instrumentación que se maneja con conexión permanente con los pits. El piloto lleva toda la información del auto frente al volante por lo que no es necesario que gire su cabeza para obtener información valiosa. Asimismo, cualquier falla de tipo eléctrica puede ser planificada desde pits. De la misma forma, Delphi una empresa líder en equipamiento de automóviles ofrece el EyeCue, que rompe todos los esquemas ya que el conductor puede disponer de información no sólo referente al vehículo sino además del estado de las calles, para lo cual está conectado por algún protocolo de redes a unidad de control de tránsito de la ciudad. Por la parte de instrumentación, se puede decidir el uso de un solo voltímetro, ya que, si bien, es bastante tentador el uso del E-Meter, su precio puede ir de USD 170 a USD 400.
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PROYECTO DE VEHICULO ELECTRICO DE USO DIARIO CON SISTEMA DE RECARGA SOLAR
TECNICO ESPECIALIZADO EN TECNOLOGIA
Gabriel Gonzรกlez Barrios
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CALCULOS PRELIMINARES DE ELEMENTOS ELECTRICOS Potencia del motor:
Motor DC de 25 Hp
Para definir esto se deben tener en cuenta parámetros tales como peso del vehículo, fuerzas de fricción, fuerza de resistencia del viento.. Suponiendo peso del vehículo de 1000 Kg total con pasajero. Fuerza debido al peso sobre el piso = 1000 x 9.8 = 9800 (N) Coeficiente asfalto = 0.17 Fuerza de fricción cinética = Fk = 0.017 x 9800 = 166.6 (N) Fuerza por fricción con el aire = Fa = 0.0332 x vel. x vel. Resistencia (fricción)= Fk + Fa = 166.6 + 0.0332 x vel. x vel. = 286.12 Newton Potencia = Resistencia x vel. / 3,6 en Watt. Si velocidad es de 60 Km/H entonces Potencia = 4768.66 (W) Considerando perdidas mecánicas totales de un 50% tendremos: Potencia motor = 4769/0.5 = 9538 (W). En forma practica este vehículo eléctrico de poco peso (no más de 1000 Kg) requiere una potencia mínima de 9.5 KW a 60 Km/h. Por lo tanto, utilizamos un motor de CC. De 48 V y 4 Kw de régimen con una pot. max. De 21 HP. Estos elementos son los que tenemos disponibles en este momento. Mi recomendación es la de utilizar un motor y controlador de 96 V para trabajar con regímenes de amperaje menores y velocidades operativas de 100 Kmh. Quizás en una conversión posterior se adopte esta configuración.
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Calculo del banco de baterías: Se tiene corriente del motor = potencia/ voltaje del banco Suponiendo 9.5 KW y un voltaje de 48 VCC tendremos corriente = 9500/48 = 198 amperes. Este valor es teórico a máxima velocidad, en la práctica depende de la pendiente en que se esté desplazando el auto en el terreno. De la curva asintótica típica de una batería (a mayor corriente menor capacidad) obtenemos: Capacidad de la batería= 198 x 100/% para la autonomía en horas. Normalmente una batería al 50 % de descarga Capacidad = 198/0.5 = 396 AH (en 1 hora de autonomía) Requerimos un banco de 19 Kw para 60 km. Si podemos disponer del 80 % de descarga Capacidad=198/0.8= 247.5 AH Requerimos un banco de 11.8 KW. para 60 km. Si se desea otra autonomía debemos ver la curva de descarga de la batería a utilizar. Controlador de velocidad: Para controlar motor de corriente continua se requiere un variador electrónico de Frecuencia tenemos disponible un CURTIS 48 V 400 A.
Controlador Curtis 48 V 400 A
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Cargador de batería: Cargador de 48 V y 1500 W de potencia con entrada con corrección de factor potencia. Tiempo de carga: 6 horas. Recomiendo un cargador de 3 etapas, 48 V 40 A Elementos de control: Se utiliza un contactor para 48 V y una capacidad de 600 A y dos fusibles de corte rápido de 48 V y 325 A. Una llave de corte general (disponible en la posición del conductor) con capacidad de manejar 700 A. Se aconseja la colocación de un disyuntor de corte inercial para la eventualidad de una colisión. Además, disponer de medidores de estado de baterías. Gasto en energía eléctrica: Energía (KWH) = 9504 W x 80 % (rendimiento del cargador) = 11.40 KW Si el valor KW es de U$D 0,20 entonces el Costo energético = U$D 2,28 Este vehículo a gasolina con rendimiento de 16 Km/litro gastaría: 60/16 = 3.75 litros Aspectos constructivos: Se coloca una placa adaptadora (preferentemente en aluminio) entre el motor eléctrico y la caja de cambios. También un acople entre el eje del motor y la directa de la transmisión.
Modelo de placa adaptadora
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En este ejemplo de conversión no usamos el volante, placa y disco de embrague, pero cuando se trabaja con motores de menos de 30 hp recomendamos dejar sistema de embrague (clutch). En climas tropicales se recomienda la utilización de una turbina de refrigeración para el controlador y el motor de CC y como regla general disipador de aletas en aluminio para el controlador. Para el normal funcionamiento de los frenos se requiere de una bomba de vacío eléctrica de 12 V.
Bomba de diafragma para vacío.
PROCESO: El modelo seleccionado es un Chery QQ 1100 cc. 16 válvulas. Con un peso de 900 Kg y en este caso 0 Km aun sin matricular.
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Se comienza con el desarmado de accesorios del motor, filtros, radiador, compresor, dirección hidráulica, faroles y careta delantera. Se retira tubos del silenciador.
Desmontaje de patas del motor y cables de sensores varios. También tanque de combustible y tubos. En la tapa lateral instalaremos la toma de electricidad, que es un conector a la red directo a la entrada del cargador de baterías. Antes de retirar motor se suelda un soporte a la caja de cambios y el chasis que fije la caja en su posición original. Recomendamos siempre mantener la trasmisión de fábrica y solo para proyectos de producción en masa se puede instalar diferenciales acoplados directo al motor eléctrico y adaptados al tren delantero o trasero del vehículo.
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Luego de retirar motor, la caja se mantiene en su posición original gracias al soporte soldado. Se diseña la platina de acople del motor eléctrico con la caja de cambios en hierro de 7 mm o aluminio de 12 mm de espesor.
Se coloca la platina al motor y el acople (tubo con estría para eje de motor y otra estría para directa de la caja de cambios) Luego se engancha motor mediante el tubo de acople a las dos estrías, para posteriormente marcar agujeros definitivos de anclaje a la caja de cambios.
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Aquí la unión entre el eje del motor y la directa de la caja de marchas. La estría a la directa se tomó del centro del disco de embrague. Destacamos que las cajas automáticas no se recomiendan por ser mecanismos optimizados para motores de combustión pero hacen bajar el rendimiento a sistemas de tracción eléctrica. Se desarma para limpieza y posterior pintura el motor de 48 V de 5 Kw.
Es importante ver el estado del colector (limpiar a fondo) y las escobillas se deben sustituir en caso de estar desgastadas. Actualmente en muchos países no sería posible colocar motores de segunda mano por requerirse papeles de importación para matricular al vehículo con inclusión del nuevo sistema eléctrico. En ese caso es una excelente opción un Kit básico (de 30 Hp) como este: http://www.autolibreelectrico.com/archives/275
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Continuando con la conversión del Chery
Detalle de motor DC instalado. Arriba a la izquierda, caja de acelerador con potenciómetro de 5 k ohms enganchado a cable del acelerador. Se instala soportes para 4 baterías delanteras y placa de aluminio disipadora del calor, generado por el controlador electrónico Curtís de 48 V, 400 A.
Además se instalan 4 baterías en el compartimiento trasero y una llave de corte general al alcance del chofer. Para la primera evaluación utilizamos baterías de plomo normales y al tiempo colocamos nuevas baterías de ciclo profundo del tipo Trojan para carros de golf (12 V 105 Ah).
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Circuito de conexión del sistema de tracción en el Chery.
Aquí realizamos la última conexión para la primera prueba de conducción.
El vehículo se comporta excelentemente, acelera con rapidez y absoluto silencio. Se prueba a velocidades de 65 km/h en tramos de 10 Km. El motor en este régimen no
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sufre exceso de temperatura. Realizamos varias pruebas con 5 adultos en el interior, con igual rendimiento. La salida se realiza con la palanca en 3ª marcha sin inconvenientes. El rendimiento calculado con las baterías de arranque es de 40 km, cuando se instalen las de ciclo profundo será de 65 km por carga. Se puede recargar con energía solar? Proyectamos un sistema para que durante el día las baterías se puedan cargar usando energía solar, las cuales pueden estar acopladas al auto o bien, si el vehículo permanece estacionado durante el día, podrían ubicarse en el techo del estacionamiento y así tener una mayor superficie de captación de energía solar. Actualmente en los países de Suiza, Alemania, Austria, Francia e Italia existe una red de estaciones de recarga, llamada “Park & Charge®” que utiliza el concepto de estaciones públicas para cargar los vehículos eléctricos y algunas de estas tienen apoyo de sistemas fotovoltaicos. Un Sistema Fotovoltaico (SFV) es una fuente de potencia eléctrica en la cual las celdas solares transforman la energía solar directamente en electricidad DC. Los SFV no requieren combustibles y, por tratarse de dispositivos de estado sólido, carecen de partes móviles, y por consiguiente, requieren escaso mantenimiento. Tampoco producen ruido, emisiones tóxicas, contaminación ambiental o polución electromagnética.
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Su confiabilidad es elevada y se emplean desde hace cerca de 40 años en lugares inhóspitos tales como el espacio, desiertos, selvas, regiones remotas, etc. Todas estas cualidades hacen los SFV muy interesantes como para ser aplicados a los vehículos eléctricos. Además se toma en consideración que los costos de los paneles van a bajar a medida que se masifiquen y la posibilidad del tipo flexible y posiblemente pinturas que actúan como sistemas de generación solar. Un proyecto de producción en masa será en base a la utilización de un modelo de vehículo liviano que ya comercialice en plaza y con características adecuadas a la propuesta.
ESQUEMA GENERAL DEL VEHICULO 1- Motor eléctrico. 2- Control electrónico 3- Banco de baterías. 4- Paneles fotovoltaicos.
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Las tecnologías propuestas ya están en ejecución y se han aplicado en distintos proyectos realizados con la dirección técnica de Organización Autolibre.
En el circuito se ve que la energía del panel va a cargar las baterías y también llevara energía directa al sistema traccionario cuando se circula.
Pruebas de un panel armado en Autolibre.
Para un vehículo con masa inferior a 1000 kg. se determina un rendimiento eléctrico aproximado de 8 km por kw de energía a 60 kmh. Si contamos con un banco de baterías de 11 kw tendremos una autonomía teórica de 88 km.
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Con 3 metros cuadrados de panel fotovoltaico y un rendimiento de 170 Wh en 7 horas de exposición solar obtenemos un máximo de 1200 w, pudiendo realizar unos 10 kilómetros diarios en forma gratuita. Finalmente se propone la utilización de Módulos Monocristalinos por tener actualmente la mejor relación rendimiento / precio. La realización de este proyecto representa para las empresas promotoras una excelente oportunidad de promoción y demostración de compromiso con el medio ambiente. Logrando enorme difusión en los medios escritos, televisivos y de Internet a nivel mundial. El cambio climático y la crisis energética nos impulsan a buscar alternativas en tecnologías más limpias. Varios países en el mundo están dando pasos firmes en el desarrollo de vehículos no contaminantes con la aplicación de nuevas tecnologías. Hay un mercado en crecimiento para comercializar, nuevos modelos más limpios y eficientes. Hoy disponemos en Latinoamérica de herramientas técnicas y capacidad laboral para asumir este desafío. Es el momento, que un grupo de hombres visionarios marquen el camino.
ORGANIZACIÓN AUTOLIBRE TECNICO ESPECIALIZADO EN TECNOLOGIA
Gabriel González Barrios 8 de agosto del 2008
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MODEL
MANUAL
1204/5
MOTOR CONTROLLERS © 1999 CURTIS INSTRUMENTS, INC.
DESIGN OF CURTIS 1200 SERIES CONTROLLERS PROTECTED BY U.S. PATENT NO. 4626750.
CURTIS PMC 235 East Airway Boulevard Livermore, California 94568 USA Tel: 925-961-1088 Fax: 925-961-1099 www.curtisinst.com
1204 / 1205 Manual p/n 98690, Rev. B: May 1999
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1204 / 1205 Manual p/n 98690, Rev. B: May 1999
Š 1999 CURTIS INSTRUMENTS, INC.
This electronic version of the 1204/1205 manual is offered as a convenience to our customers. You may download any or all of it.
If you would like a hard copy of the published manual, please order it by part number from the Curtis office nearest you. The electronic version of the manual is identical to the printed version published in May 1999. Bookmarks have been added to the electronic version to speed the process of going directly to a particular part of the document.
CURTIS INSTRUMENTS, INC. 200 KISCO AVENUE MOUNT KISCO, NEW YORK 10549 USA 914-666-2971 FAX 914-666-2188 CURTIS PMC 235 EAST AIRWAY BOULEVARD LIVERMORE, CALIFORNIA 94550 USA 925-961-1088 FAX 925-961-1099
ADDITIONAL OFFICES located in Bulgaria, China, England, France, Germany, India, Italy, Japan, Netherlands, Puerto Rico, Russia, Sweden, and Switzerland
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CONTENTS 1.
OVERVIEW .................................................................... 1
2.
HARDWARE INSTALLATION .................................... 3 Controller ................................................................. 3 Throttle ..................................................................... 4 Other Hardware ........................................................ 6 Main contactor .................................................. 7 Forward/reverse contactors ................................. 7 Forward/reverse switches .................................... 7 Keyswitch ........................................................... 8 Polarity protection diode .................................... 8 Control wiring fuse ............................................ 8 Power wiring fuse ............................................... 8
3.
WIRING .......................................................................... 9 Connections: Low Current ........................................ 9 Connections: High Current ...................................... 9 Wiring: Series Motors ............................................... 10 KSI ................................................................... 10 Forward/reverse (with standard power wiring) ... 11 Plug braking ............................................... 11 Freewheeling ............................................... 11 Forward/reverse (with alternate power wiring) ... 12 Reversing with 4Ă&#x2014; SPDT contactors ............ 12 Mechanical reversing switch ........................ 13 Throttle pot ....................................................... 14 Standard potbox ......................................... 14 Pots for twist-grip throttles ......................... 14 Reduced speed operation ............................ 15 Electronic throttle .............................................. 16 Wiring: Permanent Magnet Motors .......................... 17 Installation Checkout ................................................ 20
4.
MAINTENANCE AND ADJUSTMENT ...................... 22 Controller ................................................................. 22 Potbox ....................................................................... 24
Curtis PMC 1204/1205 Manual
12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901
iii
Page 128 CONTENTS
12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901 12345678901
iv
5.
TROUBLESHOOTING AND BENCH TESTING ...... 25 Operational Notes ..................................................... 25 In-Vehicle Diagnostic Tests ...................................... 28 Bench Testing ........................................................... 32
6.
GLOSSARY: FEATURES AND FUNCTIONS ............ 35
APPENDIXES
A. Functional Description of 1204/1205 Controllers ............ A-1 B. Pulse Width Modulation .................................................. B-1 C. Specifications .................................................................... C-1
Curtis PMC 1204/1205 Manual
Page 129 FIGURES
FIGURES FIG. 1 FIG. 2 FIG. 3 FIG. 4 FIG. 5
Curtis PMC 1205 electronic motor controller ............... 1 Mounting dimensions, Curtis PMC 1204/1205 controller ................................ 3 Mounting dimensions, Curtis PMC potboxes PB-5, -6, -9, and -10 .................. 5 Curtis PMC footpedal FP-2 .......................................... 5 Typical installation, Curtis PMC 1204/1205 controller ................................ 6
FIG. 6
Basic wiring for use with series motors .......................... 10
FIG. 7
Alternate control wiring, to provide freewheeling .......... 11
FIG. 8 FIG. 9 FIG. 10 FIG. 11 FIG. 12
Alternate power wiring, for reversing with 4× SPST contactors ........................................................ 12 Alternate power wiring, for reversing with mechanical forward/reverse switch arm .......................... 13 Standard throttle pot, 0–5kΩ
........................................ 14
Bi-directional twist-grip throttle with 10 kΩ center-tapped, 4-terminal pot ............................. 14 Bi-directional twist-grip throttle with 20 kΩ pot and controller with optional 5kΩ –0 throttle input ..................................................... 15
FIG. 13
Reduced speed operation (with standard 0–5kΩ
FIG. 14
Curtis PMC electronic throttle (ET series) .................... 16
FIG. 15
pot) .... 15
Basic wiring for use with permanent magnet (PM) motors ................................... 17
Curtis PMC 1204/1205 Manual
v
Page 130 FIGURES
FIG. 16 FIG. 17
vi
Alternate PM motor wiring, using 4× SPST contactors to provide freewheeling ................... 18 Preferred PM motor wiring for freewheeling or dynamic braking ................................... 18
FIG. 18
Adjustment pots ............................................................ 23
FIG. 19
Guide to troubleshooting procedures ............................. 27
FIG. 20
Setup for bench testing .................................................. 33
FIG. A1
Block diagram, Curtis PMC 1204/1205 controller ....... A-1
FIG. B1
Pulse width modulation ................................................. B-1
Curtis PMC 1204/1205 Manual
Page 131 OVERVIEW
1
OVERVIEW Curtis PMC Model 1204 and 1205 electronic motor speed controllers are designed to provide smooth, silent, cost-effective control of motor speed and torque on a wide variety of industrial electric vehicles.
Fig. 1 Curtis PMC
1205 electronic motor controller. Model 1204 has identical connections.
Like all Curtis PMC 1200 series controllers, the 1204/1205 models offer superior operator control of the vehicleâ&#x20AC;&#x2122;s motor drive speed. Key features of the 1204/1205 controllers include: Infinitely variable drive and brake control Power MOSFET design provides high efficiency (for reduced motor and battery losses) and silent operation High pedal disable (HPD) function monitors throttle status during turn-on and prevents operation until throttle has been returned to neutral [optional feature] Thermal protection and compensation circuit provides both undertemperature and overtemperature cutback, as well as steady current limit throughout the entire operating range Undervoltage cutback function protects against low battery voltage, including low voltage caused by external loads More Features Curtis PMC 1204/1205 Manual
1
Page 132 OVERVIEW
Pot fault circuit shuts off controller if pot wires open Simple installation with no adjustments required Tin-plated solid copper bus bars Push-on connectors for control wiring Familiarity with your Curtis PMC controller will help you to install and operate it properly. We encourage you to read this manual carefully. If you have questions, please contact the Curtis office nearest you.
CAUTION
Working on electric vehicles is potentially dangerous. You should protect yourself against runaways, high current arcs, and outgassing from lead acid batteries: — Some fault conditions could cause the vehicle to run out of control. Jack up the vehicle and get the drive wheels off the ground before attempting these procedures or any other work on the motor control circuitry.
RUNAWAYS
HIGH CURRENT ARCS — Electric vehicle batteries can supply very high power, and arcs can occur if they are short circuited. Always open the battery circuit before working on the motor control circuit. Wear safety glasses, and use properly insulated tools to prevent shorts. LEAD ACID BATTERIES — Charging or discharging generates hydrogen gas, which can build up in and around the batteries. Follow the battery manufacturer’s safety recommendations. Wear safety glasses.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
2
Page 133 HARDWARE INSTALLATION
2
HARDWARE INSTALLATION CONTROLLER The controller may be oriented in any position, but the location should be carefully chosen to keep the controller as clean and dry as possible. If a clean, dry mounting location cannot be found, a cover must be used to deflect dirt and water splash. The controller should be fastened with four screws to a clean, flat metal surface that provides an adequate heat sink. The mounting surface is an integral part of the overall heatsinking of the controller, and affects its ability to dissipate heat. The case outline and mounting hole dimensions are shown in Figure 2. If your controller is an adjustable model, be sure to mount it so as to allow access to the adjustment screws. Although not usually necessary, a thermal joint compound can be used to improve heat conduction from the case to the mounting surface.
Fig. 2 Mounting
16.5 (0.65)
7 (0.28) dia.
146 (5.75)
dimensions, Curtis PMC 1204/5 controller. 113 (4.45)
8 (0.33) dia.
130 (5.13)
22× 19× 3 (0.85× 0.75× 0.125)
6 (0.25) male push-on, 3 plcs 133 (5.25) MODEL 1204: MODEL 1205:
174 (6.85) 225 (8.85)
70 (2.8)
1204: 19 (0.75) 1205: 44 (1.75)
3.3 (0.13)
Dimensions in millimeters and (inches)
Curtis PMC 1204/1205 Manual
3
Page 134 HARDWARE INSTALLATION
THROTTLE The standard controller throttle input is 0–5kΩ . Curtis PMC potboxes (PB-5, -6, -9, -10) are designed to match this input. Some of these potboxes have a built-in microswitch, eliminating the need to install a separate pedal-actuated microswitch. Curtis PMC also offers a selfcontained footpedal unit (FP-2) that eliminates the need for fabricating and installing a pedal-potbox linkage. Any potbox that provides a nominal 0–5kΩ output (controller output begins at ≈ 300 ohms, full output is ≈ 4400 ohms) will work with the standard throttle input. For other types, contact your Curtis office. If a Curtis PMC potbox is used, it must be mounted so as to allow connection between the potbox lever arm and the vehicle accelerator linkage. The potbox mounting dimensions are shown in Figure 3. The lever arm provides a series of holes so that the accelerator pedal “throw” can be converted into the correct amount of potentiometer rotation. Use of a second return spring on the pedal, in addition to the potbox return spring, is required to prevent an uncontrollable full-on throttle input (which could happen if there was a single spring, and it broke). If the selfcontained potbox spring is insufficient to return the pedal by itself, two additional pedal return springs must be used. It is also required that the accelerator pedal hit a mechanical stop at its full-on position just before (≈ 1 mm [1/32"–1/16"]) the potbox lever hits its own full-on stop. This mechanical stop will prevent the potbox lever arm from bending if undue force is put on the pedal. Protection of the potbox from water and dirt will help avoid problems of corrosion and electrical leakage. After the potbox has been mounted, operation of the pot can be tested by measuring the resistance between the two wires with an ohmmeter. With the pedal not applied, the resistance should be less than 50 ohms. As the pedal is applied, the resistance should rise smoothly until it reaches a value between 4500 and 5500 ohms. Values below 4500 ohms may cause a reduction in efficiency and top speed. Values above 7000 ohms indicate a defective potbox, and will cause controller shutdown. Curtis PMC’s electronic throttle (ET-XXX), manufactured by Hardellet, is designed for 24–36V systems, and can be used with any 1204/1205 controller having the 0–5V throttle input option.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
4
Page 135 HARDWARE INSTALLATION Fig. 3 Mounting dimensions, Curtis PMC potboxes PB-5, -6, -9, and -10.
45°
42 (1.65)
10 (0.38) 60 (2.37)
32 (1.25)
6 (0.25)
52 (2.06)
89 (3.5) 102 (4.0)
RIGHTHAND OPERATION
COM. N.O. N.C.
WITH MICROSWITCH: PB-6 WITHOUT MICROSWITCH: PB-5
LEFTHAND OPERATION
N.C. N.O. COM.
WITH MICROSWITCH: PB-9 WITHOUT MICROSWITCH: PB-10
Dimensions in millimeters and (inches)
112 (4.4)
1.8 m (6 ft)
244 (9.6)
≈ 15 °
GRN
(not used)
ON
BLK
112 (4.4)
WIRING:
BLACK = throttle input WHITE = throttle input
BLUE = switch, common ORANGE = switch, normally
Dimensions in millimeters and (inches)
open
(GREEN is not used with 1204/1205 controllers)
WHT N.O.
COM.
BLU ORG
Fig. 4 Curtis PMC footpedal FP-2.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
5
Page 136 HARDWARE INSTALLATION
OTHER HARDWARE The recommended hardware for a typical 1204/1205 controller installation is shown in Figure 5. Contactors should be mounted in a clean, dry location. If such a location is unavailable, a cover should be used to deflect dirt and water splash. The precharge resistor connected to the main contactor, and the coil suppression diodes connected to the main contactor and to the forward/ reverse contactors, are somewhat delicate components. Care should be taken to prevent damage to them during installation. CONTROL WIRING FUSE
POTBOX
KEYSWITCH
FORWARD/REVERSE SWITCH (SPDT, center off)
POLARITY PROTECTION DIODE COM.
POWER WIRING FUSE
N.C.
F
(250Ω , 5W)
R
F/R CHANGEOVER CONTACTOR (Albright DC182 shown)
B+
MAIN CONTACTOR (Albright SW180 shown)
BATTERY
M-
B-
B+
FWD
A2
A1 B-
REV
A2
S1 S2
PRECHARGE RESISTOR, such as Curtis PMC p/n MP-2 COIL SUPPRESSION DIODE, such as Curtis PMC p/n MP-1
SERIES MOTOR
Fig. 5 Typical installation, Curtis PMC 1204/1205 controller.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
6
Page 137 HARDWARE INSTALLATION
Main Contactor
Most applications use a main contactor in series with the battery positive (B+) cable to disconnect all power when the system is turned off, as shown in Figure 5. A heavy-duty single-pole, single-throw (SPST) contactor with silver-alloy contacts is recommended, such as an Albright SW80 or SW180 (available from Curtis). A coil suppression diode, such as a Curtis PMC p/n MP-1 (which is rated at 100 volts, 3 amps), should be used on the contactor coil. The rapid charging of the controller’s internal filter capacitors causes a high inrush current to flow briefly when the contactor closes. To extend contact life, a precharge resistor, such as Curtis PMC’s p/n MP-2, is recommended; the resistor precharges the capacitors and reduces the inrush current through the contacts. If an inexpensive “can” type solenoid is used, the resistor is mandatory to prevent contact welding. Forward/Reverse Contactors
The forward/reverse contactor coils must match the vehicle’s battery voltage. Use of two single-pole, double-throw (2× SPDT) contactors is recommended. Although inexpensive “can” type solenoids can be used, their ratings are typically not sufficient for long life. Changeover contactor sets — such as the Albright DC88 and DC182 (available from Curtis) — are therefore recommended. A coil suppression diode, such as a Curtis PMC p/n MP-1 (which is rated at 100 volts, 3 amps) should be used on each of the forward/reverse contactor coils. Forward/Reverse Switches
The forward/reverse contactor coils can be operated by any type of single-pole, double-throw (SPDT) center-off switch capable of switching the coil current. Toggle or rocker switches are generally used. If your controller has the optional high pedal disable (HPD) feature and you plan to wire it for freewheeling, the best switch to use is a doublepole, double-throw (DPDT) “hesitation switch”— a toggle switch with a mechanism that forces it to stop in the center (neutral) position before going into the opposite direction. If a standard switch is moved quickly from one direction to the other, it may not be in neutral long enough to actuate HPD, and the motor will plug brake instead of freewheeling. The switch must be in neutral for several milliseconds to actuate HPD.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
7
Page 138 HARDWARE INSTALLATION
Keyswitch
The vehicle should have a master on/off switch to turn the system off when not in use. A keyswitch is typically used for this purpose. Polarity Protection Diode
For polarity protection, a diode should be added to the control circuit. This diode must be sized appropriately for the maximum total contactor coil currents. Control Wiring Fuse
To protect the control circuitry from accidental shorts, a small fuse (typically 10 amps) connected in series with the B+ feed to the control circuitry wiring is recommended. Power Wiring Fuse
To protect the power wiring circuit, a fuse appropriate for the controllerâ&#x20AC;&#x2122;s rated current (see Appendix C) is recommended.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
8
Page 139 WIRING
WIRING
3
CONNECTIONS: Low Current Three 1/4" push-on terminals are provided for the low current connections to the KSI and throttle inputs. For the control wiring, 0.75 mm2 (#18 AWG) vinyl insulated stranded wire is recommended.
throttle inputs
KSI
1
2 3
CONNECTIONS: High Current Four tin-plated solid copper bus bars are provided for the high current connections to the battery and motor:
B
M
B+
A2
M output to motor field B negative connection to battery B+ positive connection to battery and
to motor armature A2 plug diode to motor armature
The cables used for the battery and motor connections must be heavy enough to carry the high current required. A minimum size of 25 mm2 (#4 AWG) is recommended. Rubber insulated welding cable is convenient to work with because of its flexibility. Connections to the controller bus bars should be made with lugs suitable for the cable used, fastened by M8 (5/16") bolts and nuts. When tightening the bolts, two opposing wrenches should be used. Failure to use the double-wrench technique could cause undue strain to be placed on the internal connections, and could also result in cracked seals around the bus bars.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
9
Page 140 WIRING
CONTROL WIRING FUSE POLARITY PROTECTION DIODE
PEDAL MICROSWITCH
MAIN
F
PRECHARGE RESISTOR (250 Ω , 5 W)
F S1
A1
POTBOX
R
R
REVERSE
A2
MAIN
+
—
INTERLOCKS
FORWARD
POWER WIRING FUSE
KEYSWITCH
S2 F
R
M-
B-
B+
A2
Fig. 6 Basic wiring configuration,
Curtis PMC 1204/1205 controller.
WIRING: SERIES MOTORS Figure 6 is a schematic of the configuration shown in Figure 5. Wired this way, the vehicle will plug brake if the direction is changed with the vehicle moving and the throttle applied. Reversing is accomplished via two singlepole, double-throw (2× SPDT) contactors. Coil suppression diodes should be used on the main and forward/reverse contactors. KSI Wiring
The keyswitch input (KSI) circuit includes input from the keyswitch and from the various interlocks. The controller KSI is used to turn the controller on and off. KSI is turned on by connecting it to battery B+. Any positive voltage greater than about 8 volts will turn on the controller, but usually the full vehicle battery voltage is used. KSI draws only a very small current (a few mA). In its simplest form, KSI is operated by a keyswitch that turns the vehicle off and prevents unauthorized use. The keyswitch should also Curtis PMC 1204/1205 Manual
10
Page 141 WIRING
turn off the main contactor and the forward/reverse contactors. This will act as a safety feature by removing power from the motor control system when the keyswitch is turned off. Interlocks (seat switches, battery charger interlocks, etc.) should be wired in series so that they turn off the controller KSI and the contactors. Forward/Reverse Wiring (with standard power wiring)
These forward/reverse wiring schemes assume the standard power wiring (shown by the heavy lines in Figure 6). Some vehicles, especially those previously using older, resistor-type controllers, may reverse the motor armature rather than the field winding. Be careful if you are replacing this type of controller. When using the Curtis PMC controller it is essential that the field be reversed and that the armature be connected directly to the controller’s B+ and A2 terminals, because the plug diode inside is connected to these terminals. Plug braking
The standard forward/reverse control wiring (shown by the light lines in Figure 6) provides plug braking. The forward/reverse switch should be in the positive feed to the contactor coils, so that they can be turned off by the keyswitch, interlocks, and pedal microswitch. The coil of one contactor or the other is energized to select the direction desired. Freewheeling (wiring to inhibit plug braking)
If your controller has the HPD option, this feature can be used to inhibit plug braking by briefly turning off the controller’s KSI when the forward/ reverse switch goes through neutral. As shown in Figure 7, another set of FUSE
+
KEYSWITCH
INTERLOCKS
F/R SWITCH (DPDT, center off)
POLARITY PROTECTION DIODE
MAIN
—
BM-
Curtis PMC 1204/1205 Manual
PEDAL MICROSWITCH
REVERSE
for inhibiting plug braking, in order to allow freewheeling.
FORWARD
Fig. 7 Control wiring
B+ A2
11
Page 142 WIRING
contacts is added on the forward/reverse switch. Therefore, a double-pole, double-throw (DPDT) center-off switch must be used for this setup. A “hesitation switch” is recommended, to ensure the switch is in neutral long enough to actuate HPD and inhibit plug braking. Plug braking can be reactivated during freewheeling by releasing the throttle and reapplying it. Forward/Reverse Wiring (with alternate power wiring)
The basic wiring scheme in Figure 6 shows reversing via two single-pole, double-throw (2× SPDT) contactors. Your vehicle may be configured for a different type of reversing. Two alternative power wiring schemes are described below—reversing with four single-pole, single-throw (4× SPST) contactors, and reversing mechanically rather than electrically. Power wiring for reversing with 4× SPST contactors
It is possible to use four single-pole, single-throw (4× SPST) contactors, wired as shown in Figure 8. However, this configuration has the disadvantage that if any one of the contactors sticks closed, the motor field is effectively shorted out in one drive direction. The motor will not turn, and it may be damaged if operated like this for long. Other disadvantages are that four, rather than two, contactors must be mounted and wired, and that the coils draw twice as much power. The control wiring options for the 4× SPST contactors are the same as for the 2× SPDT contactors (see Figures 6 and 7). As previously noted in the section on standard power wiring, when using the Curtis PMC controller it is essential that the field be reversed and that the armature be connected directly to the controller’s B+ and A2 terminals, because the plug diode inside is connected to these terminals. Fig. 8 Power wiring
for reversing with 4× SPST contactors.
MAIN
FUSE
+
—
Curtis PMC 1204/1205 Manual
PRECHARGE RESISTOR (250 Ω , 5 W)
S1
F
R
R
F
A2
A1
S2 BM-
B+ A2
12
Page 143 WIRING
Power wiring for mechanical reversing switch (golf car type)
As shown in Figure 9, this type of switch mechanically interchanges the two motor field cables by rotating a movable contact bar. The configuration shown is typical; many variations are in use. Fig. 9 Power wiring
for reversing with mechanical forward/reverse switch arm.
MAIN
FUSE
+
PRECHARGE RESISTOR (250 Ω , 5 W)
S1
—
Curtis PMC 1204/1205 Manual
A2
A1
S2
BM-
B+ A2
13
Page 144 WIRING
Throttle Pot Wiring
Standard potbox wiring
If the throttle input to the controller is from a Curtis PMC potbox or footpedal, the wiring is simple: just connect the two wires of the potbox/ footpedal cable to the two push-on terminals of the controller, as shown in Figure 6. It doesn’t matter which wire goes on which terminal. The wires can be extended as required. Any suitable potentiometer of 5 kΩ nominal resistance will work with the standard throttle input of the 1204/1205 controllers. As shown in Figure 10, connection should be made to the wiper and to one outer terminal of the pot so that resistance increases as the accelerator is applied. Fig. 10 Standard
TO THROTTLE INPUT
FASTER
0– 5kΩ
0– 5kΩ POT
POT
throttle pot, 0–5kΩ .
TO THROTTLE INPUT
FASTER
Pots for twist-grip throttles
Fig. 11 Bi-directional
twist-grip throttle with 10 kΩ center-tapped, 4-terminal pot.
Twist grip throttles either twist in only one direction (and are used only for acceleration), or they twist both ways (and are also used for reversing, by means of microswitches that select a direction contactor). For twist grips that twist in only one direction, the controller throttle input can be from a 5 kΩ pot as shown above in Figure 10. For twist grips that twist both ways, a pot capable of going from zero in neutral to 5 kΩ in each direction can be used. A mechanism can be designed to make a standard pot turn in the same direction regardless of which direction the twist grip is FASTER turned. Alternately, a 4-terminal, 5 kΩ center-tapped 10 kΩ pot can be coupled directly to the twist grip, TO as shown in Figure 11. THROTTLE 5 kΩ INPUT A third method of accomFASTER modating bi-directional twist grip throttles uses a standard potentiometer and a controller with a
Curtis PMC 1204/1205 Manual
14
Page 145 WIRING
Fig. 12 Bi-directional
twist-grip throttle with a standard 20 kΩ pot and a controller with the optional 5kΩ –0 throttle input.
nonstandard throttle input. As shown in Figure 12, a standard 20 kΩ pot is used, with its end terminals wired together. The resistance goes from 5 kΩ at neutral to zero at the extremes — the opposite of the standard throttle input configuration. Contact the factory SPEED INCREASES if you need this type of BOTH WAYS controller. 20 kΩ
TO THROTTLE INPUT
WARNING: with the input circuit shown in Figure 12, potentiometer or wiring open circuits turn off the controller’s output. However, pot wiring shorts appear the same as a normal zero ohm signal to the controller, and will produce full speed operation if the short occurs while the power is on. Reduced speed operation
Vehicle top speed can be easily limited, for safety or other reasons. A single resistor connected in parallel with the throttle pot will reduce maximum speed according to its resistance value, as shown in Figure 13. Use of a variable resistor makes adjustment of maximum speed easier. With a switch, speed can be limited in reverse only, or the speed reduction can be switched off — for example, to allow authorized personnel to run the vehicle outdoors at full speed. The speed reduction shown in the curve is approximate. The actual vehicle top speed will depend on the motor characteristics and the vehicle Fig. 13 Reduced speed
25
0– 5kΩ
FASTER
SPEED REDUCTION RESISTOR (k ohms)
operation (with standard 0–5kΩ pot).
20
OPTIONAL SWITCH SPEED REDUCTION RESISTOR
TO THROTTLE INPUT
15 10 5 0
0
20
40
60
80
100
APPROX. % OF ORIGINAL TOP SPEED
Curtis PMC 1204/1205 Manual
15
Page 146 WIRING
load. You should determine by experiment the proper resistor value to give the desired speed reduction. (NOTE: with reduced speed operation, only top speed is reduced; full power is maintained for starting at low speeds.) Unlike resistor controllers, Curtis PMC 1204/1205 controllers operate efficiently in the reduced speed mode, because little power is lost through the controller. Electronic Throttle Wiring
Curtis PMC’s electronic throttle, ET-XXX, is wired as shown in Figure 14. It requires a controller with the optional 0–5V throttle input. Fig. 14 Curtis electronic
throttle (ET series) with a controller having the optional 0–5V throttle input.
WHT/BRN
GREEN ORANGE BLACK BLACK/WHITE WHITE
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POLARITY PROTECTION DIODE
BM-
B+ A2
REVERSE
—
INTERLOCKS
FORWARD
+
KEYSWITCH
MAIN
FUSE
16
Page 147 WIRING
WIRING: PM MOTORS Wiring for controllers in vehicles with permanent magnet motors is the same as in those with series motors, except for the forward/reverse circuit. PM motors have only two terminals: the armature brushes. The magnetic field is provided by the permanent magnets and cannot be reversed; instead, the motor is reversed by interchanging the armature leads. The PM motor must be connected, via the forward/reverse circuitry, to the controller’s B+ and M- bus bars. If your controller is designed for use with either series or PM motors, it will have an A2 bus bar which you should leave unconnected. If your controller is designed for use only with PM motors, it will have no A2 bus bar. Basic PM motor wiring — using two single-pole, double-throw (2× SPDT) contactors — is shown in Figure 15. Note that when the forward/reverse switch is in the neutral position, neither of the direction contactors is operated and the motor is shorted. This will produce sudden braking if neutral is selected while the vehicle is moving, or if the motor is reversed while the vehicle is moving. The motor acts as a generator, and will effectively be shorted out by the freewheel diode inside the controller. The faster the vehicle is moving when the motor is shorted out, the more CONTROL WIRING FUSE
POWER WIRING FUSE
KEYSWITCH POLARITY PROTECTION DIODE
+
INTERLOCKS
PEDAL MICROSWITCH
MAIN
F
R
POTBOX
REVERSE
R
FORWARD
F
MAIN
PRECHARGE RESISTOR (250 Ω , 5 W)
PM
—
F
R
M-
B-
B+
Fig. 15 Basic wiring for use with PM motors.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
17
Page 148 WIRING
violent the effect of the sudden braking will be. If violent braking is not acceptable for your application, use one of the wiring schemes described below to allow the motor to freewheel in neutral or whenever the pedal is released. However, note that sudden braking will still occur if the opposite direction is selected and the pedal is re-applied while the vehicle is still moving. A partial solution is to arrange four single-pole, single-throw (4× SPST) contactors to open the motor circuit whenever the pedal is released. This arrangement, shown in Figure 16, causes the vehicle to freewheel in neutral or whenever the pedal is released. The drawback to this scheme is that if one of the contactors sticks closed, the controller’s output is shorted and the controller may be damaged. For this reason, we do not recommend the 4× SPST arrangement — although it is widely used. +
(See Fig. 15 for overall wiring) controller B+ F
F
R
F
R
POWER WIRING
M-
REVERSE
PM
REVERSE
R FORWARD
wiring to provide freewheeling, using 4× SPST contactors. Although this configuration is widely used, we do not recommend it.
FORWARD
Fig. 16 PM motor
CONTROL WIRING
A better approach — and the one we recommend — is shown in Figure 17. The motor is reversed by the two single-pole, double-throw (2× SPDT) contactors. A third contactor (SPST) opens the motor circuit in neutral or when the pedal is released, allowing the motor to freewheel.
FREEWHEEL or DB
F
F
PM
controller B+
+ F
R
R
R
POWER WIRING
Curtis PMC 1204/1205 Manual
(See Fig. 15 for overall wiring)
M-
FREEWHEEL or DYNAMIC BRAKE
DYNAMIC BRAKING RESISTOR (optional)
REVERSE
motor wiring to allow freewheeling, using 2× SPDT direction contactors with a third contactor (SPST). A resistor can be added across the third contactor to provide dynamic braking instead of freewheeling.
FORWARD
Fig. 17 Preferred PM
CONTROL WIRING
18
Page 149 WIRING
If you prefer dynamic braking to freewheeling, you can install a dynamic braking resistor. The motor generates power in slowing down the vehicle; the dynamic braking resistor dissipates this power as heat. The amount of braking torque is determined by the resistance, and is proportional to the vehicle’s speed. The resistor gets hot and must be sized and mounted accordingly. (NOTE: The size of the motor and the amount of braking desired are factors in determining the appropriate dynamic braking resistor; contact Curtis for guidelines.) The N.O. and N.C. contacts of the forward/reverse contactors must be wired as shown in Figure 17 or this scheme will not work. Note that in all the PM motor wiring schemes shown (i.e., Figures 15–17), the forward/reverse switch is double-pole, double-throw (DPDT) center-off. In addition to operating the forward/reverse contactors, the switch turns on the controller’s KSI and main contactor when forward or reverse is selected. By turning off the KSI in the neutral position, the controller’s HPD feature will inhibit the controller output if the forward/ reverse switch is changed with the pedal depressed. While this will not prevent the braking effect of reversing direction with the vehicle moving, it will at least keep the motor from being driven in the opposite direction. A forward/reverse interlock module (Curtis PMC p/n 1301) is available for 24–36V models to prevent reversing direction while the vehicle is in motion. This module allows the contactors to be reversed only when the motor’s back EMF has come down to a preset level. Contact Curtis for Application Notes providing further information.
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Page 150 WIRING
INSTALLATION CHECKOUT Carefully complete the following checkout procedure before operating the vehicle. If a step does not test correctly, use the troubleshooting guide (Section 5) to identify the problem. CAUTION
Put the vehicle up on blocks to get the drive wheels off the ground before beginning these tests. Don’t let anyone stand in front of or behind the vehicle during the checkout. Make sure the keyswitch is off and the vehicle is in neutral before beginning. Wear safety glasses and use well-insulated tools. A. Connect the battery. Use a voltmeter to verify that the proper voltage and polarity appears at the battery B+ and B- terminals. B. Check the voltage at the controller B+ and B- bus bars. If your system has a precharge resistor in parallel with the main contactor, you should see approximately 90% of the full battery voltage. If your system does not have a resistor, temporarily connect one (100 to 200 ohms, 5 watts, or a 100 watt light bulb). The voltage at the controller should rise to approximately 90% of the full battery voltage. C. If “A” and “B” do not check out, troubleshoot the wiring connections. Do not turn on the keyswitch until the trouble is corrected and “A” and “B” check out. D. With the forward/reverse switch in neutral, turn on the keyswitch. If the motor runs without the throttle being applied, turn the keyswitch off and recheck the wiring. If the motor does not run without the throttle applied, proceed with the checkout. Select a direction and slowly apply the throttle; the motor should now respond. E. Look to see which direction the wheels are turning. If the wheels are going the wrong way, turn everything off and interchange the motor field connections. F. If you have HPD, check it next. Turn off the keyswitch and direction switch. Apply the throttle, turn the keyswitch on, and then select a
Curtis PMC 1204/1205 Manual
20
Page 151 WIRING
direction. The motor should not run. Release the throttle and re-apply it — the motor should now run. If the motor runs before you release the throttle, recheck the wiring. G. Take the vehicle down off the blocks and drive it in a clear area. It should have smooth acceleration and good top speed. H. On vehicles that are intended to plug brake, test the plug braking by driving forward at moderate speed and shifting into reverse without letting up on the throttle. The vehicle should smoothly brake to a stop and accelerate in reverse. I. On vehicles that are intended to have plug braking inhibited, verify that the maneuver in “H” produces freewheel coasting.
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Page 152 MAINTENANCE & ADJUSTMENT
4
MAINTENANCE & ADJUSTMENT Curtis 1204/1205 controllers and potboxes require only minimal maintenance if properly installed. NOTE: The controllers are sealed and thus are not field serviceable. CONTROLLER Maintenance
CAUTION
It is recommended that the following two steps be performed occasionally. First remove power by disconnecting the battery, and discharge the capacitors in the controller (with a light bulb or a 2–10 Ω , 25 W resistor connected for a few seconds across B+, B-). Follow good safety practices: get the vehicle drive wheels off the ground, wear safety glasses, and use insulated tools (see page 2). 1. Make sure the electrical connections to the controller (and to the motor, contactors, etc.) are tight. When checking the controller bus bar connections for tightness, use two opposing wrenches. This double-wrench technique will help avoid putting stress on the bus bars, which could crack the seals. Always use insulated wrenches. 2. Inspect all seals at the front and back of the controller. If necessary, use a moist rag to wipe these areas clean enough so that you can see the seals. Look for cracks and other signs of seal damage. If the seals are intact, clean the controller thoroughly either by washing it off or by wiping it clean with a moist rag. Power must not be reapplied until the controller terminal area is completely dry. If the seals have been damaged, there are several possible causes. Perhaps the double-wrench technique was not used when the cables were installed. Perhaps the vehicle’s environment requires that the controller be better protected: either by mounting it in a different location, or by installing a protective cover. Damaged seals can lead to faulty operation. We strongly recommend replacing controllers that have faulty seals.
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Page 153 MAINTENANCE & ADJUSTMENT
Adjustment
On some models, the plug braking current and acceleration rate settings are adjustable. On these adjustable controllers, the adjustment pots are located as shown in Figure 18. Fig. 18 Adjustment
pots.
PLUG CURRENT ADJUST (CW = higher plug current)
ACCELERATION RATE ADJUST (CW = faster acceleration)
Use the following adjustment procedure. The keyswitch should be off during adjustment. 1. Remove the socket head screw (1/8" Allen) for the adjustment you want to make. 2. Adjust the internal potentiometer using a small insulated screwdriver (available from Curtis). 3. Replace the socket head screw and nylon seal washer. To prevent stripping, do not over-tighten.
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Page 154 MAINTENANCE & ADJUSTMENT
POTBOX
Maintenance
Potbox maintenance is similar to controller maintenance: inspect for integrity of connections and mounting, and clean (with a moist rag) as required. Adjustment
Curtis PMC potboxes are factory set and rarely require user attention. To test and adjust, connect an ohmmeter to the potbox wires and use this procedure: 1. With the spring holding the lever arm against the return stop, the resistance should be less than 50 ohms. Slowly move the lever. If the resistance abruptly starts to increase when the lever is 3 mm (1/8") from the stop (1.5 mm [1/16"] for potboxes without the microswitch), no adjustment is needed. 2. If adjustment is required, loosen the screw holding the lever on the pot shaft. Use a screwdriver to rotate the pot shaft slightly with respect to the lever. Recheck the point at which the resistance starts to increase and continue making adjustments until the increase occurs at 3 mm (1/8") [at 1.5 mm (1/16") for potboxes without the microswitch]. When adjustment is correct, tighten the screw holding the lever on the pot shaft, then recheck to see that this action did not disturb the adjustment. Make sure that the lever is still seated down on the pot shaft below the slight bevel on the end of the shaft. 3.
Check the resistance with the lever pushed all the way to the other stop. It should be between 4500 and 5500 ohms. If it is outside this range, the potbox is faulty and should be replaced.
4.
For potboxes equipped with a microswitch, check for correct switch operation. Use an ohmmeter, or simply listen for the slight click the switch makes. It should operate when the lever is 1.5 mm (1/16") from the return stop. If it does not, adjust by loosening the two screws holding the slotted microswitch mounting plate to the stop spacers and moving the plate. Recheck the switch operating point after tightening the screws.
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Page 155 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
5
TROUBLESHOOTING AND BENCH TESTING Some behaviors that may seem to suggest controller malfunction do not, in fact, indicate a problem but rather are typical of normal operation. Before undertaking the diagnostic tests, check to see whether your problem is addressed in the first section, “Operational Notes.” The diagnostic tests are designed to enable you to determine whether the trouble is in the controller or in some other part of the motor control circuitry. The controllers themselves are sealed and not field serviceable; contact your local Curtis PMC service center if the problem is in the controller. The diagnostic section provides enough detail to enable you to track circuitry problems to their source and repair them. Finally, the bench tests will allow you to confirm controller operation in a simple, low-power test configuration. Bench testing is primarily intended for checking out a number of controllers on a regular basis. OPERATIONAL NOTES Noise
Controller operation is normally silent. An exception is that a 1 kHz tone may be heard during plug braking. This noise is normal and indicates that plugging is taking place. The noise will stop when plug braking stops. Inability of Vehicle to Plug Brake to a Stop on a Steep Ramp
If the vehicle is rolling backwards down a steep ramp in reverse and the throttle is applied demanding forward drive, the controller will attempt to plug the vehicle to a stop. If the ramp is so steep that the plugging current setpoint is insufficient to stop the vehicle, it will continue to be braked but will nevertheless roll down the ramp. If the mechanical brakes are applied, and the vehicle is stopped, the full drive current will be available when the throttle is applied and the vehicle will proceed up the ramp. Sluggish Vehicle Behavior
Loss of power will be noticeable when the batteries become overly discharged. This is a normal response to low battery voltage. Curtis PMC 1204/1205 controllers are designed to protect against damage caused by low batteries. On 24–36 volt controllers, for example, power to the motor is cut back when the voltage goes below 16 volts. Refer to the specifications (Appendix C) for other models.
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Page 156 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
Hot Controller
If the controller gets hot, it does not necessarily indicate a serious problem. Curtis PMC 1204/1205 controllers protect themselves by reducing power to the motor if their internal temperature exceeds 75° C (167° F). Power output will be reduced for as long as the overheat condition remains, and full power will return when the unit cools. In typical applications, overheating will rarely be a problem. However, operation with oversized motors and vehicle overloading may cause overheating, particularly if the controller is mounted so that heat cannot be conducted away from its case or if other heat-generating devices are nearby. If thermal cutback occurs often during normal operation, the controller is probably undersized and should be replaced with a higher current model. Unintended Activation of HPD
Sudden applications of full throttle may activate the HPD feature, in applications where the pedal microswitch is wired in line with KSI. This happens if the pot is rotated well into its active stroke before the microswitch can cause the controller to power up. Normal nonabusive application of the throttle should not cause this action. INVEHICLE DIAGNOSTIC TESTS These tests require a general purpose volt ohmmeter; you can use either a conventional “V-O-M” or an inexpensive digital voltmeter. The troubleshooting chart (opposite) serves as a guide to the procedures that follow. Before starting these tests, refer to the appropriate wiring diagrams and make sure your controller is hooked up properly.
CAUTION
Working on electric vehicles is potentially dangerous. You should protect yourself while performing the diagnostic tests by jacking up the vehicle to get the drive wheels off the ground, opening the battery circuit before working on the motor control circuit, wearing safety glasses, and using properly insulated tools (see page 2).
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26
Page 157 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING Fig. 19 Guide to troubleshooting procedures. [To use this guide, refer to the specified TEST
1 Check for power to the controller
Check voltage at CONTROLLER B- and BATTERY B+ terminals.
It should read full voltage for system.
1A, B, C
if NO
if YES
Check voltage at CONTROLLER B- and CONTROLLER B+ terminals.
It should read 1 to 5 volts less than full battery voltage.
TEST
PROCEDURES .]
Bad, discharged, or miswired batteries, or corroded connections. 1C TOO HIGH:
1D
if NO
contactor is welded. 250 Ω resistor or controller is defective. 1D
TOO LOW:
D
2 Check for main contactor operation and KSI
Check voltage at contactor and at KSI terminal.
2A, B, C
Contactor should read full rated voltage, and KSI must be above 8V.
if NO
Trace flow to locate problem.
2D
If voltage drop occurs, contactor is defective.
2E
if YES
Check voltage across contactor power terminals.
There should be no measurable voltage drop.
TEST
3 Check potbox circuitry
(0–5kΩ
2D
if YES
throttles)
Check resistance at potbox wires while depressing pedal.
Resistance should be between 0– 50 ohms with pedal UP, and 4500– 5500 ohms with pedal DOWN.
3A
if NO
Defective potbox, broken wires to potbox, or improper mechanical operation. 3B
if YES
Check for shorts between potbox wires and vehicle frame.
Resistance should be at least 1 megohm.
3C
if NO
If lower than 1 MΩ , wiring or potbox is defective. 3C
if YES
Check voltage at upper throttle input terminal on controller.
Voltage should be 3.6 to 4.2 volts with pedal UP, and 9.1 to 10.3 volts with pedal DOWN.
TEST
3E
if NO
Terminal area is probably contaminated with acid or dirt. 3E, F
4 Check for controller output
Check voltage output while depressing pedal (B+ to M-).
Voltage should be zero with pedal UP, and full battery voltage with pedal DOWN.
4A, B, C
if NO
if YES
Check current in controller’ s M- (motor field) lead while depressing pedal.
Current should be high, and motor should turn.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
4D, E
if NO
Controller is defective.
4C
If no current, look for open circuit. If current is high but motor won’ t turn, check motor, wiring & plug diode.
4F, G, H, I
27
Page 158 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING TEST 1
1A 1B 1C
1D
Leave the keyswitch off for these tests. Verify that battery (-) connects to the B- terminal of the controller. Connect voltmeter (-) lead to this point. Connect voltmeter (+) to the battery side of the main contactor. Check for full battery voltage. If it is not there, the trouble is in the battery pack, the cables to it, or the power fuse. Connect the voltmeter (+) lead to the controller B+ terminal. You should read a voltage 1 to 5 volts less than the full battery voltage. If this voltage is zero or close to zero, the trouble is either a bad controller, a bad 250 Ω resistor across the contactor, or an incorrectly connected cable between the contactor and the controller. Trace the cable to make sure it is hooked up right. Remove and test the 250 Ω resistor with an ohmmeter. If these check out, the controller is malfunctioning. If you see full battery voltage at this point, then the contactor has welded and must be replaced.
TEST 2
2A
2B
2C
2D
Curtis PMC 1204/1205 Manual
Check for power to the controller
Check for main contactor operation and KSI
Turn the key on, place the forward/reverse switch in forward or reverse, and depress the footpedal until its microswitch operates. (In these procedures, we assume the footpedal is equipped with the recommended microswitch.) This should cause the main contactor to operate with an audible click. Connect the voltmeter across the contactor coil terminals. You should see full battery voltage (minus the polarity diode drop). The controller KSI terminal should also be getting full battery voltage. Verify this by connecting the voltmeter (-) to the controller’s B- terminal, and the voltmeter (+) to the controller’s KSI terminal. If the contactor and KSI terminal are not getting voltage, that’s the problem. Use the voltmeter to find out where it is not getting through. Connect the voltmeter (-) to the controller’s B- terminal and check the following points with the voltmeter (+) lead to trace
28
Page 159 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
the flow:
1. First, check both sides of the control wiring fuse. 2. Check both sides of the polarity protection diode to make sure its polarity is correct. 3. Check both sides of the keyswitch. 3. Check both sides of the pedal microswitch. 4. Finally, check the contactor coil and controller KSI.
2E
If the contactor coil and KSI are getting voltage, make sure the contactor is really working by connecting the voltmeter across its contacts (the big terminals). There should be no measurable voltage drop. If you see a drop, the contactor is defective. (We assume the recommended precharge resistor is in place.)
TEST 3
Check the potbox circuitry
The following procedure applies to the standard throttle input configuration for these controllers, which is a nominal 5kΩ pot connected as a twowire rheostat (0 = full off, 5 kΩ = full on), and also to 5kΩ –0 configurations. Some 1204/1205 controllers are sold with other input characteristics. If your installation uses a controller with a throttle input other than 0–5kΩ or 5kΩ –0, find out what its range is and use a procedure comparable to the one below to make sure your pedal/potbox is working correctly. 3A
With the keyswitch off, pull off the connectors going to the throttle input of the controller. Connect an ohmmeter to the two wires going to the potbox and measure the resistance as you move the pedal up and down. The resistance at the limits should be within these ranges: RESISTANCE (in ohms) STANDARD
0–5kΩ
Pedal up: Pedal down: 3B
Curtis PMC 1204/1205 Manual
POT
5kΩ –0 POT
0 – 50 4500 – 5500 4500 – 5500 0 – 50
If these resistances are wrong, it is because the pot itself is faulty, the wires to the pot are broken, or the pedal and its linkage are not moving the potbox lever through its proper travel. Actuate the pedal and verify that the potbox lever moves from contacting the pedal-up 29
Page 160 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
stop to nearly contacting the pedal-down stop. If the mechanical operation looks okay, replace the potbox. 3C
3D 3E
While you have the potbox wires off the controller, use an ohmmeter to check for shorts between these wires and the vehicle frame. You should see a resistance of at least 1 megohm. If it is lower than that, inspect the wiring for damaged insulation or contact with acid. If necessary, replace the potbox. Push the wires back on the controller terminals. It doesn’t matter which wire goes on which terminal. Inspect the terminal area of the controller closely. Occasionally a buildup of dirt or acid residue of a conductive nature causes electrical leakage between the throttle input terminals and the B- or Mterminals, leading to faulty controller operation. To check for this problem, measure the voltage at the appropriate throttle input terminal (upper for 0–5kΩ pots, lower for 5kΩ –0 pots), by connecting the voltmeter (-) lead to the controller’s B- terminal. The keyswitch must be on and a direction selected for this test. ACCELERATOR INPUT VOLTAGE (in volts) STANDARD
0–5kΩ
Pedal up: Pedal down:
POT
5kΩ –0 POT
UPPER TERMINAL
LOWER TERMINAL
3.8 9.5
4.3 10.2
Compare your readings with these; if they are different by more than a few tenths of a volt, contamination is probably the cause. 3F
Curtis PMC 1204/1205 Manual
Carefully clean off the terminal area of the controller with a cotton swab or clean rag moistened with water, and dry thoroughly. Be sure to turn everything off CAUTION before cleaning. Now test the controller to see if proper operation is restored. If so, take steps to prevent this from happening again: dirt and water must be kept from reaching the terminal area of the controller. If the voltages are still out of range, the controller is at fault and should be replaced.
30
Page 161 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING TEST 4
4A 4B 4C
4D
4E
4F
4G
Check for controller output
The first step is to measure the output drive voltage to the motor at the controller’s M- terminal. Connect the voltmeter (+) lead to the controller’s B+ terminal. Connect the voltmeter (-) lead to the controller’s M- terminal. Turn on the keyswitch with the forward/reverse switch in neutral, and then select a direction and watch the voltmeter as you depress the pedal. The voltmeter should read zero (or close to zero) before you apply the pedal, and should read full battery voltage with the pedal fully depressed. If it does not, the controller is defective and must be replaced. The next step is to measure the current in the controller’s M- lead. If you have a means of measuring this high dc current, such as a shunt/meter setup or a clamp-on dc ammeter, use it. If not, we recommend that you buy an inexpensive ammeter of the type that is simply held against the wire being tested. These are readily available at auto parts stores, and their accuracy is adequate for this test. Turn on the keyswitch with the forward/reverse switch in neutral, and then select a direction and watch the ammeter while depressing the pedal. If you see no current flowing in the M- lead, the problem is an open circuit in the motor or the wiring between the motor and the controller. Check the forward/reverse switch. If your vehicle uses contactors for reversing, check to see that they are operating and that their contacts are closing. If these are okay, check the motor armature and field for opens. If you do see a high current flowing in the M- lead, but the motor does not turn, the problem is a short in the motor circuit, a miswired motor, or a short in the controller’s internal plug diode. Test the plug diode as follows: 1. Remove power by opening the battery circuit. Take the cable off the controller’s A2 terminal.
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31
Page 162 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
2. Use an ohmmeter to check the resistance between the controller’s A2 and B+ terminals. You are testing for the presence of a diode inside the controller, so swap the two leads of the ohmmeter and look for a low resistance one way and a much higher one the other way. If your meter has a diode test function, use it. 3. If you find the diode to be shorted, the controller is defective. 4H 4I
Put the A2 cable back on the controller and reconnect the battery. If the plug diode is okay, there is a short in the motor circuit. The short could be in the forward/reverse switch, so look there first. Because the resistance of the motor is so low, the motor must be tested separately if it is suspected of having a shorted winding.
BENCH TESTING First, before starting any bench testing, pick up the controller and shake it. If anything rattles around inside, the unit should be returned. CAUTION
Protect yourself during bench testing. Wear safety glasses and use insulated tools. Equipment Needed
The simple setup shown in Figure 20 is required for testing these controllers on the bench. You will need: 1. a POWER SUPPLY with a voltage equal to the rating of the controller you want to test. You can use either a string of batteries or a regulated line-operated power supply. Because only low power tests will be described, a 10 amp fuse should be wired in series with the batteries to protect both operator and controller against accidental shorts. A battery charger alone should not be used as a power supply, because without a battery load its output voltage may exceed the rating of the controller. 2. an ACCELERATOR POTBOX. For controllers with the standard input configuration (a 5 kΩ pot wired as a two-terminal rheostat), a Curtis PMC potbox or any 5 kΩ pot will work fine. Curtis PMC 1204/1205 Manual
32
Page 163 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
For controllers with other input options, use whatever kind of potbox is used on the vehicle. 3. a POWER SWITCH to disconnect all power from the test setup. 4. a MAIN CONTACTOR with a 250 ohm, 5 watt resistor across its high-power contacts and a KEYSWITCH to turn it on and off. 5. a TEST LOAD consisting of incandescent light bulbs wired in series to get the same voltage as your power supply. (For example, with a 36 volt battery, use three 12 volt bulbs.) 6. a general purpose VOLT OHMMETER or DIGITAL VOLTMETER.
Fig. 20 Setup for bench testing. 5 RE W, 25 SIS 0 Ω TO R
POWER SWITCH
KEYSWITCH
MAIN CONTACTOR
E
US
10
AF
+ 12 V
POWER SUPPLY (to match your controller)
12 V 12 V
POTBOX
(to match your controller’ s throttle input)
Curtis PMC 1204/1205 Manual
TEST LOAD (to match battery voltage)
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Page 164 TROUBLESHOOTING & BENCH TESTING
Bench Test Procedure
A. Hook up the controller as shown. Connect the voltmeter leads to the controller’s B+ and B- terminals. B. Turn on the power switch (not the keyswitch) and watch the voltmeter. Its reading should build up slowly over several seconds to within a couple of volts of full battery voltage. If this voltage does not come up, the controller is bad. C. Now turn on the keyswitch. The main contactor should turn on and the voltage at the controller’s B+ and B- terminals should now equal the full battery voltage. Move the potbox lever through its range. The lamps should go smoothly from full off to full on with the pot. D. If the controller has HPD, test this feature as follows: 1.
Turn off the keyswitch.
2.
Move the potbox lever about halfway.
3.
Turn the keyswitch switch on. Verify that the lamps do not come on until the potbox lever is moved most of the way toward OFF and then moved back up.
E. Test the controller’s potbox fault protection feature by pulling off one of the potbox’s two connections to the controller’s throttle input terminals while the lamps are on (potbox lever in the ON position). The lamps should turn off. With the potbox lever still in the ON position, reconnect the wire. The lamps should smoothly increase in brightness to their previous level. F.
Curtis PMC 1204/1205 Manual
Finally, remove the controller from the test setup and check its internal plug diode, as described in Troubleshooting Procedure 4G .
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Page 165 GLOSSARY
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GLOSSARY: FEATURES and FUNCTIONS Acceleration rate A built-in acceleration rate circuit maintains a maximum rate of power increase to the motor. If the throttle is applied full on at start-up, the acceleration rate setting determines how quickly the controller output increases. The standard setting is such that with the throttle full on, the controller requires approximately one second to reach full output. This feature contributes to smooth, gentle starts. On some 1204/1205 models, the acceleration rate is adjustable via an externally accessible trimpot. See Section 4 for adjustment instructions. The deceleration rate is fixed, and cannot be adjusted. Accelerator pot fault protection (runaway protection) To prevent uncontrolled operation, these controllers shut off the motor in the event of an open circuit fault in the accelerator potentiometer or its wiring. The standard configuration is a two-wire pot ranging from 0 ohms for full off to 5000 ohms for full on; if the controller detects an abnormally high accelerator input (more than about 1.5 times the normal input resistance), it shuts off its output to the motor, thus preventing a runaway. The controller returns to normal operation when the fault (e.g., broken potbox wiring, broken connectors) has been repaired. Current limiting Curtis PMC controllers limit the motor current to a preset maximum. This feature protects the controller from damage that might result if the current were limited only by motor demand. In addition to protecting the controller, the current limit feature also protects the rest of the system. By eliminating high current surges during vehicle acceleration, stress on the motor and batteries is reduced and their efficiency and service life are improved. Similarly, there is less wear and tear on the vehicle drivetrain, as well as on the ground on which the vehicle rides (an important consideration with golf courses and tennis courts, for example). Current multiplication During acceleration and during reduced speed operation, the Curtis PMC controller allows more current to flow into the motor than flows out of the
Curtis PMC 1204/1205 Manual
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Page 166 GLOSSARY
battery. The controller acts like a dc transformer, taking in low current and high voltage (the full battery voltage) and putting out high current and low voltage. The battery needs to supply only a fraction of the current that would be required by a conventional controller (in which the battery current and motor current are always equal). The current multiplication feature gives vehicles using Curtis PMC controllers dramatically greater driving range per battery charge. Environmental protection Curtis PMC 1204 and 1205 controllers are housed in rugged anodized aluminum extrusions that provide environmental protection. Controllers must be kept clean and dry, however, to ensure long life. High pedal disable (HPD) [OPTIONAL FEATURE] By preventing the vehicle from being turned on with the throttle applied, HPD ensures the vehicle starts smoothly and safely. If the operator attempts to start the vehicle when the throttle is already applied, the controller (and the vehicle) will remain off. For the vehicle to start, the controller must receive an input to KSI before receiving a throttle input. In addition to providing routine smooth starts, HPD also protects against accidental sudden starts if problems in the pedal linkage (e.g., bent parts, broken return spring) give a throttle input signal to the controller even with the pedal released. The 1204 and 1205 controllers are available either with or without the HPD feature. KSI KSI (Key Switch Input) provides power to the controller’s logic board via both the keyswitch and the footpedal microswitch. For vehicles that have no keyswitch, KSI is routed through the footpedal microswitch. For nonvehicle applications (such as conveyor belts), KSI may simply be tied to B+. MOSFET A MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) is a type of transistor characterized by its fast switching speeds and very low losses. Overtemperature See Thermal protection.
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Page 167 GLOSSARY
Plug braking The vehicle can be braked electrically by selecting the opposite direction with the forward/reverse switch without releasing the throttle. When the motor is reversed, the armature acts as a generator; the controller regulates the current in the motor field winding to give an appropriate level of plug braking torque. The vehicle brakes smoothly to a stop, then accelerates in the other direction. (NOTE: The controller may be unable to provide plug braking if the vehicle is moving too slowly for the motor to generate the necessary plug braking current.) The plug current limit is factory set to meet customer requirements. On some 1204/1205 models, the plug current limit is adjustable via an externally accessible trimpot. See Section 4 for adjustment instructions. If plug braking is not desired, the vehicle can be wired so that moving the forward/reverse switch through neutral causes the vehicle to freewheel as long as the accelerator is applied. If the throttle is released and reapplied, plug braking will then occur. To inhibit plug braking in this way, your controller must have the optional HPD feature. Wiring details are provided in Section 3. A 1 kHz tone may be heard during plug braking. PWM PWM (Pulse Width Modulation), also called “chopping,” is a technique that switches battery voltage to the motor on and off very quickly, thereby controlling the speed of the motor. Curtis PMC 1200 series controllers use high frequency PWM — 15 kHz — which permits silent, efficient operation. PWM is described in more detail in Appendix B. Smooth, stepless operation Like all Curtis PMC 1200 Series controllers, the 1204 and 1205 models allow superior operator control of the vehicle’s drive motor speed. The amount of current delivered to the motor is set by varying the “on” time (duty cycle) of the controller’s power MOSFET transistors. This technique — pulse width modulation — permits silent, stepless operation. Pulse width modulation is described in Appendix B. Thermal protection Because of their efficiency and thermal design, Curtis PMC controllers should barely get warm in normal operation. Overheating can occur, however, if the controller is undersized for its application or otherwise overloaded. If the internal temperature of the controller exceeds 75° C (167° F), the current limit decreases to approximately half its rated value. Curtis PMC 1204/1205 Manual
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Page 168 GLOSSARY
At the reduced performance level, the vehicle can be maneuvered out of the way and parked. Full current limit and performance return automatically after the controller cools down. Although this action is not damaging to the controller, it does suggest a mismatch. If thermal cutback occurs often in normal vehicle operation, the controller is probably undersized for the application and a higher current model should be used. The controller is similarly protected from undertemperature. Should its internal temperature fall below -25° C (-13° F), the current limit decreases to approximately half of the set current. When the controller warms up, full current limit and performance return automatically. Undertemperature See Thermal protection. Undervoltage protection The control circuitry requires a minimum battery voltage to function properly. The controller is therefore designed so its output is gradually reduced if the battery voltage falls below a certain level. Cutback voltages for the various models are listed in the specifications (Appendix C). Reducing the output to the motor allows the battery voltage to recover, and an equilibrium is established in which the battery supplies as much current as it can without falling below the cutback voltage.
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Page 169 APPENDIX A
APPENDIX A
FUNCTIONAL DESCRIPTION
LOGIC SECTION
(SHADED AREA REPRESENTS CONTROLLER)
POWER SECTION
START-UP TIMER HIGH PEDAL DISABLE THROTTLE INPUT
THROTTLE POT
THROTTLE INPUT SCALING POT FAULT
PLUG DIODE
PLUG DETECT
A2
+14 VOLTS
TO ALL CIRCUITS
OSCILLATOR
SHUT DOWN
M-
+
ACCELERATION CIRCUIT
ACCELERATION RATE ADJUST
S1
LIMIT INTEGRATOR
PULSE WIDTH MODULATOR
GATE DRIVE
CURRENT LIMIT COMPARATORS
CURRENT LIMIT DISABLE
S2
+
MOSFETs
KEYSWITCH and INTERLOCKS
A2
FIELD
SWITCH
KSI
UNDER VOLTAGE DETECT
A1 ARM
FILTER CAPACITORS
+14V REGULATOR
FREEWHEEL DIODE
B+
–
BCURRENT LIMIT REFERENCE
PLUG CURRENT ADJUST
CURRENT LIMIT ADJUST (internal)
OVER TEMP
TEMP SENSE
UNDER TEMP
Fig. A1 Block diagram, Curtis PMC 1204/1205 controllers.
The controllers consist of a POWER SECTION and a LOGIC SECTION. POWER SECTION
An array of paralleled power metal oxide semiconductor field effect transistors (MOSFETs) switches pulses of current from the battery to the motor. During the interval when the MOSFETs are off, the motor current continues to flow in the freewheel diode, which is actually a number of paralleled fast recovery rectifiers. An array of filter capacitors connected directly across the battery provides the instantaneous current required by the power switching circuitry and in this way provides battery ripple current filtering and voltage spike suppression. The plug diode provides a path for armature current to flow during plug braking of series motors. In versions of these Curtis PMC 1204/1205 Manual
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Page 170 APPENDIX A
controllers for use with PM motors only, the plug diode and A2 terminal are omitted; however, the Functional Description is written in terms of series motors. LOGICÂ SECTION
B- is the ground return for all of the logic circuitry. For systems over 12 volts, the battery supply is regulated down to 14 volts to power the logic circuitry. The output of the 14 volt regulator is switched on and off (switch) by the keyswitch input (KSI) to power up the control circuitry when the vehicle is in use and to power it down (shutdown) when the vehicle is not in use. The speed control input (throttle input) is usually a 5000 ohm, two-wire pot, but other types can be accommodated, so a flexible throttle input scaling circuit conditions the control input to a standard level. This standardized throttle input goes to the acceleration circuit which limits the rate at which the controller output can increase. The acceleration rate is set by a resistance, and is adjustable via a user accessible trimpot (acceleration ramp adjust). The output of the throttle input scaling also goes to a pot fault circuit which turns the controller output off in the event of inputs (e.g., broken wires) which would otherwise cause a runaway. An optional protective feature, high pedal disable (HPD), inhibits controller output if the controller is turned on with the throttle applied. After an interval measured (start-up timer) from the moment the KSI input is turned on, the HPD circuit checks the throttle position. If an applied throttle condition is detected, controller output is held off until the throttle input is returned to zero and then normal operation is allowed. The control signal then goes to the limit integrator which reduces the controller output in response to undervoltage or overcurrent. The time-averaged response of this circuit gives a stable limiting action. The undervoltage detector gives an output when the battery voltage is too low. The reduction in output allows the battery voltage to recover and an equilibrium to be established at a voltage high enough to allow the controller to function properly. The current limit function is explained in more detail below. The heart of the logic circuitry is the pulse width modulator in which the control input derived from the previous stages is compared in magnitude to a 15 kHz sawtooth wave from the oscillator. The resulting pulse output can be smoothly varied between full off and full on. These pulses become the input to the controllerâ&#x20AC;&#x2122;s main power MOSFET switch via a gate drive circuit that provides the high pulse currents needed to turn the power MOSFETs on and off (see Fig. B-1). The shape of the sawtooth wave may be altered so that most of the pulse width change occurs in the earlier or in the latter part of the control input range, giving more sensitive throttle response at high or at low speeds. Current limiting is done by sensing the voltage drop across the main power MOSFET switch when it is on. This voltage is compared (current limit comparators) with a current limit reference; when it exceeds the reference, an overcurrent signal acts on the limit integrator to reduce the controller Curtis PMC 1204/1205 Manual
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Page 171 APPENDIX A
output and thus hold the current at the limit. Because the voltage across the power MOSFET switch is high when it is off, the current limit comparison is inhibited during the off interval by the current limit disable circuit. The current limit is set as follows: 1.
During manufacture, the current limit is set by an internal trimpot (current limit adjust) to the modelâ&#x20AC;&#x2122;s nominal rating.
2.
During operation at extreme high or low temperatures, current limit is reduced to protect the controller from damage. From a thermal sensor (temp sense) on the heatsink, signals are produced to cut back the current limit at temperatures above 75° C or below -25° C (overtemp, undertemp).
3.
During plug braking operation, the current limit is reduced to give an appropriate motor braking torque. The plug braking current is set during manufacture; it is also user-adjustable by a trimpot (plug current adjust). The plug current limit reference is derived from the current limit reference.
The transition to the plug braking mode is detected (plug detect) by monitoring the voltage across the plug diode. When this diode becomes forward biased, it indicates that the motor field has been reversed and the controller has gone into plug mode. The current limit is reduced as described, and the frequency of the oscillator is reduced from 15 kHz to 1 kHz, to allow finer control of the controller output while plugging. During plug braking operation, the acceleration circuit is reset to a low level so that when drive operation resumes, the controller will go through a normal acceleration ramp. When the motor has come to a stop, the plug diode will again become reverse biased and the controller will revert to normal drive operation.
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Page 172 APPENDIX B
APPENDIX B
PULSE WIDTH MODULATION (SHADED AREA REPRESENTS CONTROLLER)
THROTTLE POTBOX
—
CURRENT PATH DURING TRANSISTOR ON TIME
CURRENT PATH DURING
TRANSISTOR OFF TIME
Fig. B1 Pulse width modulation.
ARM
MOTOR
FILTER CAPS
PLUG DIODE
CONTROL CIRCUITRY
FIELD
+
FREEWHEEL DIODE
POWER MOSFETS
MOTOR CURRENT
BATTERY
+
TIME
A high power semiconductor switch, consisting of an array of parallel power MOSFET transistors, controls the current in the motor windings. The transistors are connected in series with the battery and the motor. The transistors are turned on and off 15,000 times per second by the controller circuitry, while the ratio of the on/off times is varied in response to the input demanded by the accelerator. When the transistors are on, the current through the motor builds up, storing energy in the motor’s magnetic field. When the transistors are off, the stored energy causes the motor current to continue to flow through the freewheel diode. The control current ramps up and down as the switch turns on and off. Average current, which determines motor torque, is controlled by the ratio of on/off times. Smooth, stepless control of the power delivered to the motor is achieved with almost no power loss in the control components.
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B-1 42
Page 173 APPENDIX C
APPENDIX C SPECIFICATIONS
NOMINAL INPUT VOLTAGE
12V, 24– 36V, and 36– 48V
PWM OPERATING FREQUENCY
15 kHz
STANDBY CURRENT
less than 20 mA
STANDARD THROTTLE INPUT
5 kΩ
WEIGHT
1204: 1.8 kg (4 lbs)
DIMENSIONS
1204: 146mm× 170mm× 70mm (5.75"× 6.75"× 2.8") 1205: 146mm× 222mm× 70mm (5.75"× 8.75"× 2.8")
MODEL NUMBER
1204-0XX -1XX -2XX -3XX -4XX -5XX -6XX -7XX
1205-1XX -2XX -3XX
NOMINAL BATTERY VOLTAGE
± 10% (others available) 1205: 2.7 kg (6 lbs)
CURRENT LIMIT
2 MIN RATING
5 MIN RATING
1 HOUR RATING
VOLTAGE DROP @ 100 AMPS
UNDERVOLTAGE CUTBACK
275 175 275 175
275 175 275 175
200 130 200 130
125 75 125 75
0.35 0.50 0.35 0.50
16 16 16 16
12 12
275 175
275 175
200 130
125 75
0.35 0.50
9 9
24– 36 36– 48 12
400 350 400
400 350 400
275 250 275
175 150 175
0.25 0.30 0.25
(volts)
24– 24– 24– 24–
36 36 36 36
36– 48 36– 48
(amps)
275 175
(amps)
275 175
(amps)
200 130
(amps)
125 75
(volts)
0.35 0.50
(volts)
21 21
16 21 9
Models for use with permanent magnet motors (no A2 bus bar provided).
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43 C-1
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Cálculos de autonomía y rendimiento. Como se relacionan la potencia, el peso y la velocidad. Los futuros usuarios de coches eléctricos, nos plantean sus dudas con respecto a las autonomías anunciadas por las distintas marcas de vehículos eléctricos. Nosotros como Organización que promueve esta tecnología, presentamos este estudio que intenta resolver esta situación, con datos de la realidad en distintas situaciones de manejo. La autonomía real va a depender del estilo de manejo y del uso de accesorios de alto consumo como aire acondicionado o la calefacción. La ventaja de contar con los valores de este estudio es que cada conductor, puede predecir según las condiciones de manejo los rendimientos de su vehículo. Consumo eléctrico en función de velocidad. La presentación de resultados es mediante tablas y en la primera veremos el consumo de Wh por kilómetro y como se hace mayor en función de la velocidad de circulación. Se considera un vehículo de hasta 1300 Kg de peso, en un régimen de funcionamiento de mínimo consumo, un pasajero sin aire acondicionado. La resistencia por coeficiente aerodinámico del modelo, es un valor promedio (0.32) en vehículos actuales, frente en cuña y formas redondeadas. La presión de los neumáticos es de 36 adelante, 39 atrás. Se presenta una tercera columna con la gama proyectada, con un banco de baterías de Litio (LI FePO4) de 17 Kw del que solo utilizamos el 88 % de su capacidad. Velocidad Km/h 10 20 40 60 80 100 120 130 140
Consumo Wh/Km 120 130 145 155 165 188 219 243 262
Gama con 15 KW. 125 Km. 116 Km. 103 Km. 97 Km. 91 Km. 80 Km. 69 Km. 62 Km. 57 Km.
Los valores de esta tabla se registraron en pruebas en funcionamiento continuo en ruta. Se ve claramente que a mayor velocidad, mayor el consumo y menor la autonomía final. Esto se comprende con facilidad en el siguiente cuadro, de potencia necesaria para determinadas velocidades.
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Cálculos de autonomía y rendimiento. Velocidad Km./h. 20 48 60 80 100 120 140
Potencia Kw. requerida 2 5 6,5 12 18 25 35
Si analizamos la potencia necesaria para desplazarnos a 60 Km./h y a 120 Km./h se ve que no es lineal, para moverse al doble de 60 Km./h se requiere casi 4 veces más de potencia. Este efecto se aplica a cualquier móvil que se desplaza horizontalmente en nuestras calles. Esto es claramente intuitivo, ya que es siempre creciente a medida que aumenta la velocidad. En un vehículo estándar de uso urbano los valores son más concretos y de promedio obtendremos 90 Km de autonomía con 15 Kwh de capacidad de batería. Vehículos rápidos de alto desempeño. En vehículos de alrededor de 1100 Kg con sistemas para circular a más de 160 Kmh se ha estudiado el consumo en función de velocidad. La forma de esta curva es, obviamente, no lineal. Por ejemplo en el deportivo eléctrico TESLA, a velocidad de crucero de 60 mph (1,6 Kmh = 1 mph) requiero alrededor de 15 kW. Sin embargo, consumiendo 30kW sólo se acelerará a cerca de 80 mph - mucho menos que el doble de rápido. Y si subimos a 60kW aceleramos a alrededor de 107 mph, usando 4 veces más de energía que a 60 mph, pero sólo viajaría alrededor de 1,8 veces más rápido. Distribución de pérdidas de energía: Para entender por qué estas curvas tienen esta forma, es útil examinar que ocurre realmente con la energía. Para simplificar, agrupamos el uso de la energía en cuatro "indicadores": 1. Pérdida de eficacia aerodinámica (arrastre del aire sobre el cuerpo del coche y área frontal) 2. Pérdidas de arrastre de neumáticos (aerodinámica y rodadura de los neumáticos) 3. Pérdidas del tren de tracción (variador, motor, caja de cambios, rodamientos) 4. Pérdidas auxiliares (cargas de 12V, ventiladores y bombas, luces, etc)
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Cálculos de autonomía y rendimiento. 1.
Cada uno de estos componentes de la pérdida tiene muy diferentes características y se ve afectada de diferentes maneras por hacer cambios en el mundo real en el vehículo. 1-Las pérdidas aerodinámicas son casi enteramente relacionadas por la velocidad de conducción. La otra cuestión a tener en cuenta es que estas pérdidas son determinadas por la velocidad relativa del viento sobre el vehículo - no necesariamente la velocidad sobre el suelo. Así que si usted está manejando con viento en contra en un 10 millas por hora, es casi lo mismo que conducir 10 mph más rápido desde el punto de vista de la pérdida aerodinámica. Como se puede ver en el gráfico, esto puede tener un impacto enorme en el consumo de Wh / kilómetro, incluso con cambios muy pequeños en el viento. 2-Las pérdidas de las llantas son determinadas principalmente por el peso del vehículo y la resistencia la rodadura de los neumáticos a sí mismos. Para el Roadster que hemos elegido los neumáticos que ofrecen una gran combinación de baja resistencia al rodamiento y tracción o el agarre. La presión de aire en los neumáticos tiene un gran efecto en esta resistencia a la rodadura, la adherencia y la pérdida de neumáticos en general. Una mayor presión da una menor resistencia al rodar, pero un viaje menos confortable. El modelo anterior se realiza en 30/40 psi delantero / trasero.
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Cálculos de autonomía y rendimiento. Usted puede esperar de un + / - variación 10Wh/mile con un + / - 20% de variación en la presión de los neumáticos. Del mismo modo, mediante la reducción de la masa del vehículo se ve una reducción proporcional de la pérdida de rodadura. Así que si se reduce la masa total de un 1%, entonces se reduciría la pérdida de rodadura alrededor de un 1%. 3. Las pérdidas del tren de tracción, incluyen las que están fuera de control del usuario: la eficiencia del controlador de motor, el motor en sí, la caja de cambios y en general todas las pérdidas en la conversión de la electricidad de corriente continua de la batería en par útil en las ruedas del coche. Esta es proporcional a la velocidad debido a las pérdidas que gira en la caja de cambios y motor y también es proporcional a la potencia debido a las pérdidas de conversión en los diversos subsistemas. 4. Auxiliares son las pérdidas causadas por todas las "otras" cargas eléctricas en el vehículo, en particular: sopladores de 12 V y bombas de enfriamiento, la radio, iluminación interna y externa, etc. Para el modelado de arriba, asumimos que no había calefacción o la carga de aire acondicionado. Estas pérdidas son algo diferentes a las demás, ya que representan un consumo más o menos constante y suceden en el vehículo, independientemente de la velocidad, los vientos o cambios de elevación.
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Cálculos de autonomía y rendimiento. Rango: Ahora que tenemos una mejor comprensión de la cantidad de la energía que un vehículo utiliza por milla, la siguiente pregunta es ¿hasta dónde puede ir? La plena capacidad típica de un paquete de batería de un Tesla cuando está cargada al 100% en modo de rango máximo y descargar de forma constante durante 3 horas es de unos 55kWh. Utilizando ese número se puede calcular un interesante campo de prácticas para la curva de varias velocidades.
Si bien este gráfico muestra que un mayor campo de prácticas de 300 millas debería ser posible, las condiciones para ello son muy raras: la conducción del estado estacionario a 30 mph (no se detiene o se inicia) para más de 10 horas!. Es más relevante para la conducción del mundo real y la planificación del viaje ver como el rango varía entre quizá 45 mph y 80 mph.
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Manual de Conversión de vehículos eléctricos mediante Kit AC 1 o AC 2 Armado de un vehículo eléctrico con sistemas de alta eficiencia
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Índice Tipos de vehículos a convertir ............................................................................................................................................ 3
Kit AC 1- Descripción ........................................................................................................................................................... 4
Kit AC 2- Descripción............................................................................................................................................................ 5
Cables de Potencia ............................................................................................................................................................... 6
Componentes del sistema ................................................................................................................................................... 8
Como se conecta .................................................................................................................................................................. 9
Descripción de componentes ............................................................................................................................................ 10
Instalación Mecánica ......................................................................................................................................................... 13
Formas de acoplar motor y caja ........................................................................................................................................ 14
Refrigeración del controlador............................................................................................................................................ 18
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2
Detalles Varios ................................................................................................................................................................... 20
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Ejemplos de modelos de vehículos que pueden ser convertidos con los Kit AC – AC1 y AC2
Pontiac Matiz, Chevrolet Spark, Chevrolet Joy, Pontiac G2, Daewoo, etc.
FAW BRIO, Foton, Chevroltet, etc.
Volkswagen, gol, Pointer, Golf, etc.
Página
3
Nissan D21, Fiat Fiorino, Toyota, Ford, etc.
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Tomaremos como ejemplo un Vehículo de características similares a un QQ. Los sistemas seleccionados son compatibles con vehículos de 700 a 1900 Kg. Se describen dos kit con características de confiabilidad y eficiencia comprobadas. Se desarrolla la metodología de instalación paso a paso.
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El kit AC-1 está compuesto de motor, controlador Curtis, juego de cables de control y monitor de control digital.
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KIT Autolibre AC-1: Motor de 48 Hp y Controlador Electrónico Curtis de 72 V a 108 V.
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Descripción Motor de inducción y corriente alterna que produce una excelente curva de potencia y par motor en excelentes niveles de eficiencia. Algunas de las ventajas de un motor de inducción AC son un mejor rango de potencia, más altas RPM, frenado regenerativo, y fácil puesta en retroceso. No requiere contactor manual, resistencias de precarga o diodos. Este motor puede impulsar varios tipos de vehículos de hasta 1500 Kg con velocidades de 90 Kmh. Especificaciones del motor: Diámetro: 8 pulgadas Peso: 45 Kg Voltaje: 72-108v Intensidad: 550 amperios Eficiencia del motor: 89% Pico de potencia: 48 Hp Torque: 110 pies / libra RPM: 6500 Características Controlador: 72 a 100 V 650 Ampers Diseñado para tracción. Capacidad de Frenado Regenerativo Refrigerado por aire.
Se reconoce al motor AC 2 por ser más largo que el AC 1 y con doble eje. AUTOLIBRE CONVERSIONES www.autolibreelectrico.com http://autolibre.blogspot.com Av. José Belloni 3813 Montevideo- Uruguay- Tel.0059825132478 Skype: autolibre
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KIT AUTOLIBRE AC 2– Motor de 60 Hp y Controlador Electrónico Curtis de 72 V a 120 V.
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Este motor puede impulsar varios tipos de vehículos de hasta 1900 Kg con velocidades de 110 Kmh. Especificaciones del motor Diámetro: 6,7 pulgadas Peso: 55 Kg Voltaje: 72 o 120v Intensidad máxima: 600 amperios Eficiencia del motor: 89% Pico de potencia: 65Hp Torque: 120 pies / libra RPM: 6000 Características del Controlador
72 a 120 V 650 Ampers Diseñado para tracción con Frenado Regenerativo Refrigerado por aire. Cables de potencia:
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Diámetro del multifilar de cobre: 8 a 10 mm
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Cables del controlador al motor y de las baterías al controlador:
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Debe ser flexible, comúnmente se utiliza el cable de soldadura eléctrica 0 AWG o 00 AWG. Negro o naranja. A los cables de potencia que unen las baterías, alimentan el controlador y de este al motor se le debe colocar terminales de la misma medida en mm. Aquí vemos una prensa de terminal que los fija a presión. Esta operación también se puede realizar con pinzas fabricadas para cerrar terminales.
Aquí el terminal colocado y prensado. Se le puede rodear también con tubo termo contraíble mediante pistola de calor. Para proteger al contacto.
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Aquí vemos accesorios varios: Cables, pinza de corte, termo contraíble, capuchones de goma, etc.
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Componentes del sistema:
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Como se conecta:
Circuito general con accesorios. Al circuito anterior le debemos sumar accesorios importantes como:
(Se adjunta manual original del cargador).
Convertidor DC DC
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Cargador de baterías
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La bomba de vacío
Llave de emergencia, corte general de servicio pesado.
El interruptor de corte inercial
En la próxima pagina el circuito de conexiones del banco de baterías.
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(Incluimos manual original)
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Dos ejemplos donde vemos que no importa la ubicación de las baterías siempre debemos respetar la forma de conexión de una batería con otra.
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A- En algunos casos se pueden utilizar conectores Anderson. B- Vista del fusible de 325 Ampers. C- Hay sistemas de control de carga que se usan para equilibrar las 8 baterías, en ese caso debemos dejar un cable de 1 mm con conector para la conexión.
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Como se ve la llave de contacto de encendido (del vehículo) en su segundo golpe alimenta el relay de 12 V que permite el paso del polo positivo de 96 V al pin 1 (cable Azul) del controlador. Como se verá el controlador incluye su conector con cables de colores para el conexionado de las señales de control. Un detalle importante es que como utilizamos la caja de marchas que ya tiene marcha atrás no usaremos el retroceso eléctrico, entonces hacemos un puente permanente entre el cable blanco y el
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cable rojo general, dejando el amarillo sin conexión. Montaje mecánico:
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Ejemplo de ejecución de placa para montaje del motor eléctrico en una caja de marchas. En este caso de aluminio de 14 mm.
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Vista del Chery QQ y su caja de marchas. Antes de retirar motor de combustión tomar medidas para mantener la caja de marchas en su posición original.
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Vista de placa en hierro de 8 mm y acople al volante original donde también queda funcionando el embrague para un ágil cambio de marchas. Nótese el acople en aluminio que va en el eje con chaveta de seguridad del AC 1 y los seis orificios para tornillos que calzan en el volante.
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Vista del AC 1 con placa de adaptación y acoples al volante de embrague todo en aluminio.
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Vista del acople. Dos prisioneros actúan sobre la chaveta del eje del motor.
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Placa adaptadora y acople listo para conectar el volante. Más abajo, el volante colocado y listo para colocar placa y disco de embrague.
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Segundo ejemplo: Vista del AC 1 con su placa de adaptación y el acople listo para calzar el volante.
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Vista del Motor acoplado mediante una acople soldada al volante. (Recomendamos el acople con tornillos).
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Vista lateral con la placa y disco de embrague instalado.
Vista del motor ya instalado en la caja de marchas. AUTOLIBRE CONVERSIONES www.autolibreelectrico.com http://autolibre.blogspot.com Av. JosĂŠ Belloni 3813 Montevideo- Uruguay- Tel.0059825132478 Skype: autolibre
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Un sistema listo para acoplar a la caja de marchas.
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Refrigeración del controlador. La mejor forma de refrigerar el controlador Curtis es mediante la colocación de aletas de aluminio como disipador de calor. Si además estas aletas quedan en el camino de una corriente de aire frontal el sistema será óptimo, algunos ejemplos: Disipadores de aluminio.
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Sobre la rueda el controlador Curtis, y el disipador de aluminio durante la determinación del mejor lugar para instalar.
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La union del disipador a la placa de aluminio del controlador se realiza mediante 4 tornillos roscados y pasta termica entre las superficies planas. Los tornillos solo deben entrar un maximo de 5 mm en la placa del Curtis.
Vista del controlador ya instalado con la placa de aluminio y el disipador hacia arriba para tomar mejor el aire frontal. También se puede instalar hacia abajo sin problema.
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Se deben evitar posiciones del controlador que queden encerradas o no reciban circulación de aire. Este tiene que conducir las altas intensidades de corriente del sistema (hasta 500 Ampers) y estas causan aumentos de temperatura que debe ser disipada. La pantalla digital nos permite ver el dato de temperatura del controlador y esta no debería superar los 85 º centígrados.
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Vista Lateral.
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Detalles varios
Vista de controlador instalado en este caso, hacia arriba donde se ven los tres cables que van hacia el motor AC.
Típica entrada de carga mediante una toma 2 P+T de 16 a 32 amperes. Se instala en la anterior entrada de combustible y se dispondrá también de un cable de 4 m con conectores para la entrada de 120 o 220 V según el cargador.
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El modelo puede variar, pero en general nos dará varias lecturas que se alternan al presionar el botón “Menu Push rojo”. Estas son: RPM – Ampers – Voltaje – Temperatura Motor – Temperatura Controlador.
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Usualmente los Kit AC vienen con su pantalla digital para instalar en el tablero del vehículo.
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Guía de costos de conversión Presentación para proyectos de vehículos eléctricos o híbridos.
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11/03/2014
Motores para convertir vehículos a eléctrico y la inversión total. En este informe intentare dar una guía inicial sobre temas fundamentales cuando comenzamos a planear el armado de coche eléctrico. Sabemos que un vehículo hibrido o eléctrico importado de Europa o USA de buena calidad cuesta de 35.000 a 60.000 dólares y en el caso de hacer una conversión en forma local puede costar el 30% de ese valor. Estos datos también aplican para las empresas interesadas en fabricar su propio modelo de coche eléctrico. Recibimos consultas a diario de interesados en convertir vehículos a eléctrico y la mayoría de las veces es para saber que motor y controlador corresponde instalar en cada caso. Así que presentare cinco sistemas: sus características, capacidades, a que vehículos se puede aplicar y un aproximado de inversión total. Para calcular los costos, primero identifique el tipo de vehículo a convertir (o uno similar) a la izquierda de cada esquema. A la derecha tiene una descripción con el peso aproximado del vehículo, el Kit que recomendamos y algunas de sus características, las baterías mas económicas que puede llevar y la autonomía que permitirá con cada recarga. Y por último el costo total, incluido el Kit, el flete, aduana (los enviamos desde USA), baterías y gastos de colocación. Luego del esquema encontrara más datos relevantes a cada proyecto. Si necesita mayores prestaciones (mas velocidad) que las mencionada en cada cuadro, solo debe optar por el Kit del cuadro siguiente que por lo general dará un aumento de velocidad del 30%.
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Los sistemas ya están calculados para funcionar con pendientes importantes (uso en Colombia u otro país) y no son afectados por el agua, las reglas de conversión dicen que por donde pasa un vehículo de combustión pasa un eléctrico. Estos cuadros le permitirán calcular que proyecto se ajusta a sus necesidades y desde ahí nos envía un email a cocheelectrico@gmail.com con el Kit seleccionado para obtener más detalles.
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Como los interesados están en varias partes del mundo aquí generalizamos un poco y en algunos casos los costos pueden ser menores. Recordemos que los Kit están fabricados en USA y en caso de compras por cantidad los costos bajan.
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Primero un Kit de 30 Hp y 72V.
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Autonomías de 75 Km son generalmente correctas para el desplazamiento urbano diario donde el 80% de los usuarios realizan de promedio menos de 50 km. Si es necesaria mas autonomía por carga (ejemplo: 120 Km) la inversión en todo el sistema se duplica porque hay que usar baterias de Litio, con costos cercanos a los 10.000 dólares, contra solo 2800 dólares de las baterías de plomo ciclo profundo.
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Ahora presento el Kit de 41 Hp y 72V.
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Los costos de inversión total incluyen baterías, cargador, flete, impuestos y colocación. En todos los casos se deben calcular la capacidad de las baterías según la autonomía necesaria y estas se
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Ahora los detalles de dos sistemas AC de 50 y 65 Hp respectivamente.
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podrán comprar en cada país sin necesidad de traerlas del exterior. Todos los sistemas descriptos hasta aquí, están fabricados en USA y enviamos desde California por DHL, Fedex o Marítimo a su país.
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Contamos con un prototipo de vehículo Hibrido con este sistema, donde el motor de combustión continua instalado y el conductor decide cuando quiere ir solo eléctrico o solo a combustible.
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Ahora un sistema que incluye oportunidades de negocios.
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Respecto a este ultimo sistema un detalle importante, si usted está interesado en la compra de un equipo para uso propio deberá esperar a que en su país haya socios de Autolibre. Si quiere el sistema y la posibilidad de revender, distribuir y hacer negocios con VE entonces puede asociarse a Autolibre y dispondrá de estos Kit, directo en su país por desde USD 2900 o el equivalente en su moneda local (y no hay que importarlos). El acuerdo es muy amplio pues también incluye toda la capacitación técnica (a distancia) y la distribución de los equipos de origen USA. En el caso de las empresas los costos de conversión terminan siendo menores pues estas descuentan impuestos sobre los gastos de importación. Y además obtienen un retorno en publicidad y mejora de imagen. Aquí se pueden ver algunos Kit: http://www.autolibreelectrico.com/archives/category/productos
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Por mas información esperamos su consulta a cocheelectrico@gmail.com o info@autolibreelectrico.com
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