En este caso hemos abierto una controladora de 1000W a 48V, de origen chino.
Esta controladora tiene la funcionalidad básica suficiente para controlar un motor BLDC instalado en un vehículo eléctrico, visualizar en una pequeña consola los parámetros de velocidad, distancia recorrida, estado de carga de la batería y nivel velocidad máxima.
Aunque la idea general de los equipos electrónicos chinos es de baja calidad, aquí se ve que no se corresponde con esta controladora. Si bien la referencia de los componentes tiene denominación asiática, la estructura de construcción del circuito es correcta y cuidada.
La soldadura del cableado es correcta y la soldadura de los componentes es también. Se ha reforzado la sección de las pistas de potencia y los cables tienen también una sección importante teniendo en cuenta la potencia de la controladora.
Si en el modelo anterior tenía 18 transistores para 1500W de potencia total parece razonable que esta tarjeta tiene 12 mosfets para 1000W. Esto no tendría sentido si consideramos que distintos modelos de mosfet pueden tener corriente IDS, pero podemos aproximar que en estos casos los transistores son similares en capacidad de conducción de corriente, para tensiones similares, aunque tengan diferencias en algunos parámetros relativos a su polarización.
Es aceptable en modelos de igual tensión, que una mayor potencia lleva aparejado que la controladora tenga mayor número de transistores.
El modelo actual tiene un precio bien inferior que el anterior, aún para potencia similar.
La aplicación de estos dos modelos de 1000W y 1500W, ambos a 48V está destinada a patinetes de alta potencia, ciclomotores eléctricos, scooter, quad de pequeña potencia, karts de iniciación, etc.
En el mercado existe ya un enorme catálogo de modelos entre los que se puede elegir en base a la calidad, funcionalidad, potencia y precio. Todos ellos necesariamente deben ofrecer la información técnica necesaria para la instalación en condiciones de seguridad y funcionalidad.
En este apartado se muestran unos enlaces a páginas de interés general en electrónica donde se muestran los esquemas de construcción de una tarjeta controladora para motor BLDC.
A continuación se cita un enlace donde se describe el uso de circuitos integrados de origen chino, y amplio uso en tarjetas controladoras de motores BLDC. El precio de estas tarjetas es bajo y pueden servir de base para desarrollar circuitos básicos excitadores de motores, o estudiar su funcionamiento.
Para esta actividad se dispone de un vehículo eléctrico tipo QUAD, de pequeño tamaño, pero que dispone de la mayoría de los elementos eléctricos y de control de cualquier vehículo eléctrico destinado para la movilidad personal
Se trata de un vehículo suspensión en las ruedas delanteras y una suspensión en el brazo trasero, elementos de dirección necesarios, elementos estructurales y carenado que cubre la estructura y la instalación eléctrica.
Es un quad eléctrico con una potencia de 1200w, que corresponde al motor BLDC que incorpora. La controladora administra esta potencia al motor, y está alimentada por un conjunto de 4 baterías de 12v en serie, que suman una tensión total de 48v. Realmente hemos medio 55v en la batería cuando está totalmente cargada. También disponemos de un cargador específico para las baterías.
Identificar y reconocer los elementos eléctricos y electromecánicos que componen la instalación eléctrica de un QUAD ELÉCTRICO.
Interpretar correctamente el esquema eléctrico del vehículo atendiendo a la información disponible.
Localizar documentación técnica en la web.
Medir los parámetros eléctricos en la instalación eléctrica del vehículo que permiten localizar posibles fallos o averías eléctricas en la instalación.
Identificar, diferenciar y reconocer las conexiones eléctricas en un quad eléctrico.
Es un motor BLDC o brushless con sensores hall. Es un motor trifásico alimentado por la controladora. Tiene una potencia de 1200w, y transfiere el par directamente al eje trasero sin diferencial.
Al alimentarse desde la controladora, debe tener tres cables de alimentación de sección suficiente, y colores azul, verde y amarillo. También tendrá otros cables más finos, procedentes de los sensores hall internos y la alimentación de estos sensores. Por tanto ya son 5 los hilos, con colores estándar rojo-negro para alimentación de los sensores , y amarillo verde y azul para la señal procedente se ellos.
El módulo controlador o controladora recibe la energía en forma de corriente continua de la batería y entrega esa energía al motor en forma de tensión alterna trifásica de tensión PWM. Por lo tanto, la controladora hace función de inversor.
El resto de funciones de la controladora son funciones de control electrónico, aunque es importante el control de los sensores hall. Estos sensores están alojados en el motor, se alimentan a +5Vcc de la controladora, y emiten 3 señales desfasadas 0/1 que corresponden al paso de los imanes del rotor por el lugar donde se alojan. Las tres señales son recibidas por la controladora para la adaptación de los pulsos de tensión que envía a los bobinados principales del motor.
Otras funciones de la controladora son, alimentar y recibir señales del acelerador, que también es de efecto hall. Obtiene señal 0/1 de las manillas de freno, del contacto o llave principal, contacto de tres posiciones de nivel de potencia o velocidad. También ofrece la posibilidad de gobernar luces, intermitentes y bocina. Para todas esas funciones tiene asignada una denominación de pines, que es algo que el alumno debe conocer
Tabla de asignación de conectores de instalación eléctrica de quad eléctrico
Bajo el asiento hay una bandeja que soporta una bolsa con cremallera que tiene 4 baterías. Además hay una goma elástica con ganchos para asegurar las baterías a la bandeja.
Las 4 baterías tienen 12v de tensión nominal y 7Ah de capacidad cada una. Están conectadas en serie para ofrecer 48v y se comprueba que en vacío, recién cargadas tienen 55v.
En la foto se ve que las conexiones de los puentes se han protegido con plástico termofusible para aumentar su aislamiento, o evitar que se aflojen los contactos.
El tipo de batería es DZF que corresponde a baterías de plomo-ácido selladas y sin mantenimiento, para su uso en tracción eléctrica, movilidad eléctrica o sillas para personas con movilidad reducida. Hubiésemos preferido pilas de litio, aunque este tipo de batería es aceptable.
Hemos comprobado que resisten un uso intensivo y la autonomía es limitada aunque aceptable. El positivo de la batería va directamente a un portafusibles eléctrico, y el negativo va unido directamente a la alimentación en la controladora.
Se basa en el desmontaje, documentación y posterior montaje, por ello vamos a proponer el siguiente método de trabajo, que además incluye cierta parte de labor mecánica:
El procedimiento de estudio del quad tiene el alcance necesario para reconocer y comprobar sus componentes desde el punto de vista eléctrico. La parte electromecánica aparece constantemente durante los trabajos, por ello se hace referencia también a cuestiones mecánicas.
Procedimiento
1.-Comprobar que el vehículo posee todas sus partes instaladas.
A menudo, después del transporte con el vehículo paletizado el quad puede tener las ruedas, defensas, manillar o cualquier otro órgano suelto, y debe montarse en su lugar para completar el vehículo.
2.-Disponer de la documentación necesaria, como planos, esquemas, ficha, catálogo donde se indiquen las características del vehículo.
3.- Comprobar que disponemos de las herramientas necesarias para acometer los trabajos de inspección. Basta con observar el tipo y medida de la tornillería del vehículo para reunir la herramienta necesaria. No conviene amontonar herramienta que no va a usarse en el lugar de trabajo.
4.-Disponer del espacio seguro para operar en el vehículo. Observar las medidas de seguridad oportunas. Si vamos a elevar el vehículo tendremos la mesa preparada con espacio suficiente. Abrimos el interruptor general de alimentación de las baterías, y retiramos el fusible general. Avisaremos a los compañeros de las medidas de precaución que hemos adoptado para seguridad de todos.
5.-Puesto que el vehículo es nuevo, y fue montado en fábrica, sin comprobaciones suficientes, optamos por hacer una inspección previa de reapriete de tornillería y ajustes básicos. En las siguientes fotos se muestran
En nuestro caso se pudo comprobar que los discos de freno traseros estaban sueltos, con los tornillos poco apretados, y las pinzas de freno mal ajustadas. Todo ello se corrige.
Del mismo modo se corrigen los defectos en los frenos delanteros. También se procede al reapriete general de la tornillería de todo el vehículo comprobando varios defectos de ajuste en el montaje.
Todo este trabajo sirve además para disponer por completo de toda la herramienta necesaria en un lugar cercano al vehículo, y tener la oportunidad de analizar el grado de precisión en el montaje, calidad general de los materiales, y proponer puntos de mejora.
6.-Retirada del asiento y del depósito simulado.
Al ser un vehículo eléctrico, el depósito es simulado, y sirve para instalar un voltímetro medidor de la carga de la batería, y también sirve para proteger a la controladora y al mazo de conexiones que están bajo él.
7.-Despejar sitio entre los diversos conectores cortando las bridas de apriete que oprimen los cables y conexiones.
En este momento podemos observar las conexiones diversas, diferenciando los conectores de potencia de las conexiones de control. Muchos conectores llevarán marcas identificatorias con caracteres chinos u/o inglés. Podemos obviar esto, y observar donde se dirigen estos cables para anotar en nuestra tabla los detalles del cableado. En nuestro caso particular hemos redactado una tabla con los detalles del cableado que nos han permitido retirar completamente la controladora y volver a instalarla después. Ello nos dio la oportunidad de estudiar en profundidad la instalación eléctrica, resolver algunos defectos que presentaban faltas de aislamiento posibles, aumentar en cierto grado la calidad del cableado general y posteriormente cerrar la tapa del depósito simulado y poner en marcha el vehículo.
Evaluación del proceso de inspección en profundidad del quad.
Se observan por separado los aspectos mecánicos y eléctricos del quad.
En el apartado mecánico se enumeran los defectos en cuanto a calidad de los materiales y precisión en el montaje, observando aquellos detalles patentes que suponen riesgo de avería y de seguridad. El resultado general de esta evaluación es de varias deficiencias encontradas que han podido corregirse, y de otras que debido a la baja calidad de los materiales suponen una limitación de las prestaciones del vehículo. Especial interés tienen los defectos:
-Frenos deficientes por su baja calidad. Mal ajuste de fábrica. Se han ajustado en la medida posible
-Tornillería de aleación de baja calidad, que debe ajustarse con buenas herramientas para no deteriorarlos. Algunos tornillos tenían deterioro en sus roscas y se han sustituido.
-Tornillería general con bajo apriete. Se ha reapretado en general.
-Podemos calificar la calidad mecánica del vehículo como BAJA CALIDAD, SUFICIENTEMENTE FUNCIONAL.
En el apartado eléctrico se han encontrado las deficiencias siguientes:
-Cables tirantes, sin longitud suficiente por apriete de bridas. Se corrige cambiando las bridas de posición.
-Posible falta de aislamiento, con bridas que aprietan directamente a los cables contra el chasis metálico. Se corrige dotando al cable de un aislamiento puntual en el lugar de apriete, o cambiando la brida de posición.
-Mazo de conexiones y cables agrupado y desordenado. Se corrige agrupando el cableado por conjuntos de conexiones, al mismo tiempo que se toma nota de indicaciones y esquema eléctrico. Se intenta ordenar el cableado de forma lógica y con cierto grado estético, que de impresión de calidad.
Por todo ello podemos calificar la calidad de instalación eléctrica del vehículo como BAJA CALIDAD DE EJECUCIÓN DE LA INSTALACIÓN, CON COMPONENTES DE CALIDAD FUNCIONAL MEDIA
Los criterios de evaluación utilizados servirán como autoevaluación de esta actividad aunque se proponen otros criterios que pueden considerarse para que este proyecto sea evaluado de forma externa.
Se evalúa la actividad desde el punto de vista de la OPORTUNIDAD, que indica el grado de adecuación de la actividad a la madurez técnica del alumno y su aportación a los objetivos del módulo, valor para el Dto. de Electricidad teniendo en cuenta el histórico de la matriculación y la expectación que suscita en los alumnos para conseguir matriculaciones futuras. Por último se evalúa la oportunidad en términos del momento tecnológico actual.
a.-Grado de adecuación de la actividad a los módulos de F.P. afectados, y su aportación a estos módulos.
Los alumnos que intervienen cursan los módulos de Mantenimiento de Máquinas Eléctricas de 2º curso de grado medio de Instalaciones Eléctricas y Automáticas, y los alumnos del módulo Sistemas y Circuitos Eléctricos, DE 1º de grado superior del ciclo Sistemas Electrotécnicos y Automatizados. En ambos módulos están presentes contenidos referentes a motores eléctricos, y elementos de control asociados. En el ciclo de grado medio los contenidos tienen un mayor enfoque práctico y aquí cabe citar todas las tareas relativas a la construcción del chasis y a medidas eléctricas. En el módulo de grado superior además se considera relacionado con los contenidos de circuitos eléctricos, medidas eléctricas y electrónica general.
En ambos módulos la materia es afín a sus contenidos generales, por tanto puede considerarse oportuno el planteamiento de este proyecto en los módulos citados, máxime cuando los alumnos manifiestan repetidamente su interés por contenidos que incorporan parte práctica.
b.-Grado de adecuación de la actividad a los intereses del Dto. de Electricidad teniendo en cuenta la matrícula.
La zona de influencia del Instituto I.E.S.de Castuera fue disminuyendo hace algunos años mientras aparecieron nuevos centros que ofertaron E.S.O. y posteriormente cuando aparecieron ofertas de ciclos de F.P. en estos institutos cercanos.
Hoy existe un interés limitado de alumnos por los ciclos de F.P. Electricidad, a pesar del esfuerzo de los profesores por promocionar estos ciclos, poniendo especial énfasis en la empleabilidad de esta formación profesional que en nuestro caso roza el 100% de alumnos empleados después del primer año de finalizar los estudios.
También es conocido por todos la falta de técnicos en electricidad en pueblos y ciudades, y su tardanza en atender las peticiones de los clientes que necesitan de su servicio. Esto justifica la oportunidad cursar F.P. Electricidad, aunque los alumnos no tienen la motivación suficiente para decidirse a matricularse.
Diferentes métodos de promoción se han utilizado para captar el interés de los alumnos, y en ocasiones se ha recurrido a informar puntualmente a padres conocidos. Esto ha dado resultado limitado aunque los padres de alumnos así captados hoy están muy satisfechos por su decisión.
Se invita periódicamente a antiguos alumnos a hablar de su experiencia a los compañeros estudiantes de F.P. , y se visitan centros para promocionar nuestros ciclos en otros institutos.
Un paso más representa la imagen visual del trabajo de nuestros alumnos fuera de los talleres, y aquí intervienen los productos terminados, que son fruto del trabajo de las practicas de taller. Los vehículos eléctricos son atractivos para los jóvenes, y un kart eléctrico sin duda muy interesante para ellos. Conocer que un kart se ha hecho en el I.E.S. da imagen de modernidad, preparación tecnológica y da idea del completo equipamiento disponible. Los alumnos y los padres pueden convencerse de que la F.P. es una opción de futuro. La imagen es importante como tarjeta de visita la F.P. por lo tanto puede considerarse oportuno el uso de medios técnicos y la incorporación de este proyecto a los ciclos de F.P. como forma activa de captación de alumnos a través de la imagen proyectada.
c. Oportunidad del proyecto en el I.E.S. de Castuera por el momento tecnológico actual.
Puesto que se imponen los vehículos eléctricos en pueblos y ciudades, es oportuno desde el Dto. Electricidad explorar la tecnología para ofrecer oportunidades laborales al alumno que tenga intereses en enfocar su vida laboral a la tecnología de la movilidad eléctrica. Cada vez es más rápido el aumento de vehículos eléctricos, y desde los módulos afines de F.P. puede ofrecerse al alumno una adaptación en los contenidos que vaya en beneficio de todos. Por ello se considera oportuna la incorporación de prácticas de taller dirigidas al vehículo de movilidad eléctrica, siempre y cuando se mantengan los objetivos del módulo.
