Mesa de ensayo de motores.

Se compone de una placa de acero con ranuras en T invertida, para el acoplamiento sencillo de las máquinas, que son fijadas a la mesa mediante tuercas de diseño adecuado y accesorios específicos. Estas placas se usan en fresadoras industriales. Nuestra mesa mide 400 mm x 1000 mm y tiene un espesor de 35 mm. Su gran peso de 60Kg asegura la estabilidad del ensayo.

Puede apreciarse el calibre de la mesa, que tiene acopladas dos máquinas, la de la izquierda actúa como motor y la de la derecha funciona como generador vertiendo su generación en unas resistencias de bajo valor óhmico.  Se observa que ambas máquinas se acoplan a través de acoplamientos semielásticos y con un dinamómetro .  Puesto que el dinamómetro no ofrece freno, se asegura su posición con unos simples muelles. Los soportes deben tener 90º y su ángulo recto se asegura mediante unas varillas roscadas midiendo con escuadra antes del apriete. Para terminar citamos que los acoplamientos flexibles pueden ser indicadores del mínimo ángulo axial, midiendo con galgas calibradas las ranuras que presentan, y así conseguir un alineamiento perfecto para evitar pérdidas y daño al dinamómetro o a las propias máquinas. En nuestro caso las máquinas tienen 3kw y 5kw, son motores BLDC de 48v. Todo el conjunto se montó sobre una estructura de acero de perfil cuadrado estructural de 50 mm.

En la siguiente foto se ve el conjunto de la estructura, que monta además un bastidor de cuadro eléctrico adaptado para montar en él, la aparamenta necesaria. La máquina de la derecha fue reutilizada desde un antiguo equipo de taller de automoción.

Puesto que se trata de un motor bruhsless como generador, podemos prescindir de sus sensores hall, aunque posteriormente pueden ser usados para observar en osciloscopio sus señales, y compararlas con las señales de las tensiones de sus líneas principales.

Toda esta estructura fue montada sobre ruedas de resistencia adecuada y cuenta además con un mueble metálico con cajones para tener a mano herramienta y accesorios de montaje.

Resistencias de frenado.

Son resistencias que se recuperaron de un antiguo equipo de ensayo eléctrico de taller de automoción, y se aplican aquí ahora. Tienen una R=2,5 ohm, están conectados en estrella para esta primera prueba. Puede combinarse su conexión de forma que puedan obtenerse resistencias del orden de 1 ohm, o menor y así obtener medidas realistas de la intensidad,

El valor óhmico de las resistencias puede medirse con un óhmetro apropiado, también con voltímetro y amperímetro puede contrastarse que la medida ha sido correcta.

Se  comprueba la relación entre la resistencia y la temperatura. Cuando la potencia que disipan es de 1,5kw ó 2kw las resistencias se calientan hasta 80c y su valor óhmico aumenta. Esto hace modificar todas las medidas del circuito, y la opción es efectuar el ensayo en el menor tiempo posible, dejar enfriar a las resistencias o sustituirlas por un semiconducrtor. En el momento oportuno probaremos con un rectificador trifásico que alimente una resistencia de tamaño mayor. Esto se documentará.

Detalle de la temperatura en las resistencias.

Con esta temperatura, y otras mayores se deben observar las medidas de seguridad pertinentes. En principio, al menos para la integridad de los contactos eléctricos, y la proximidad a los cables.

La fuente de alimentación ya se detalló en el apartado “ FUENTES DE ALIMENTACIÓN”  de esta web, y se estudiará más en profundidad en el futuro, al igual que el presente resumen de la mesa de ensayos.

La alimentación trifásica es aplicada directamente a tres transformadores monofásicos en estrella/estrella, y posteriormente rectificada en un puente trifásico en configuración B6U.

En este ensayo obtenemos una tensión rectificada aproximada de 50V, que es el equivalente a la tensión de una batería de litio de tensión nominal 48V. El uso de la fuente de alimentación evita el uso de baterías de litio, tiene mayor potencia y permite al alumno el estudio de un rectificador y el uso de un condensador de filtro a la salida del rectificador, el efecto en la tensión de salida y su dependencia de la carga. Veremos los parámetros principales de funcionamiento en carga.

El siguiente equipo es el conjunto de componentes de un kart eléctrico de 3kw, montado sobre un bastidor. Nos sirve así para alimentar a distintos motores desde 1,5kw hasta 5kw aproximadamente, y además dispone de ciertos elementos de medida útiles.

Es útil el uso de este bastidor que alimenta a la máquina motriz. Se alimenta desde la fuente de alimentación a 50 Vcc y proporciona la alimentación y control del motor a ensayar.

Entre los elementos del control hay un indicador usual en karts, que mide parámetros de batería, motor y consumo. En este caso nos da muestra de tensión e intensidad de alimentación en corriente continua.

Nos referimos a la seguridad de las conexiones cuando observamos este orden de intensidades, que puede ser mucho mayor en momentos de aceleración brusca en los motores BLDC de karts o motos eléctricas de motocross.

La sección de los conductores condiciona claramente la tensión de alimentación a estas intensidades, y más aún con temperaturas considerables. Aunque esto sea importante, la seguridad de los contactos eléctricos, instalación y uso de terminales apropiados, apriete de tornillería, libertad en el trazado de cables,… parecen detalles obvios pero tienen una importancia capital.

La medida de intensidad y tensión en la salida del generador-freno puede hacerse de diferentes maneras según la técnica de medida y el aparato de medida. En nuestro caso hemos usado un analizador de redes con medida de armónicos, aunque aquí solo mostramos las tres tensiones, intensidades y potencia en una de las pruebas.

Nótese el orden de valores también a la salida del generador-freno, que justifica la atención sobre el cableado y la seguridad del conexionado.

El uso de este equipo de medida permite comparar de manera dinámica los valores de una curva par-velocidad, con los valores eléctricos de consumo y trazar así una familia de curvas.

Aunque este es solo un ensayo previo para conocer el manejo del equipo, haremos una batería completa de ensayos de diferentes motores que tendrá valor didáctico.

El dinamómetro está marcando Par= 4,6Nm, P=1540w, n=3198rpm. Todo ello como una medida instantánea a modo de ejemplo. El aparato tiene asociado un programa y una comunicación con un ordenador para trazar de forma automática la curva de par-velocidad en un breve periodo de tiempo, el funcionamiento es cómodo y se evita el calentamiento de los elementos del equipo, durante las medidas desde 0 hasta la velocidad nominal, para cada uno de los valores del par de frenado o distintas intensidades de frenado para una velocidad dada. También pueden hacerse ensayos a diferentes tensiones de alimentación.

Equipo completo de ensayo.

 Se observa el conjunto formado por todos los elementos. Desde el fondo hacia aquí se ve la fuente de alimentación de potencia con el ordenador sobre el rectificador. Más adelante está el control de motor BLDC a ensayar, que tiene 3kw de potencia nominal. En primer lugar, se ve la mesa de ensayo con los diferentes aparatos de medida usados en esta prueba.

Puesto que esta prueba se ha realizado con éxito, concluimos esta primera toma de contacto con el equipo de ensayo mostrando su configuración general. No se han mostrado aquí en detalle los ensayos y esto es una tarea pendiente para próximas entregas.