*Interior basado en el motor de 2da generación.
*
El proyecto consiste en el registro tecnológico de la componente motriz del proceso de
modernización de los trenes del Metro de Medellín, desde las máquinas de DC de la flota MAN,
hasta los motores de Inducción utilizados para la modernización de la flota, pasando por las
máquinas eléctricas utilizadas por la flota de segunda generación (CAF).
Este registro tecnológico se presenta la composición de cada tipo de máquina, y se explora sus
características electromecánicas con énfasis en la relación par-velocidad.
El motor de 1ra generación (DC) es una máquina de conmutador con conexión serie (devanado del
rotor conectado en serie con devanado estatórico), mientras que los motores de 2da y 3ra
generación corresponden a máquinas de inducción (AC) con rotor de Jaula de ardilla, el cual
consta de una serie de barras conductoras dispuestas dentro de ranuras y cortocircuitadas en
alguno de sus extremos.
El motor de DC cuenta con unas escobillas con material conductor que permiten la circulación
de corriente a través del rotor, las cuales requieren mantenimiento constante debido al
desgaste producido por la fricción, además de limpieza por el polvillo generado por el
desgaste de estas. A medida que se desgastan las delgas y las escobillas, la conmutación
genera arcos eléctricos que aceleran la degradación del conjunto colector. Esto representa
una desventaja si se compara con el motor de AC que no requiere estos elementos para su
funcionamiento, en la medida que la transferencia de energía al rotor se da por inducción,
sin escobillas.
Otra ventaja del motor de AC con respecto a los motores de DC, que se evidencia en la
actualización tecnológica y en la segunda generación de trenes, es la mayor densidad
gravimétrica de potencia la cual se traduce en motores más livianos para una misma potencia
de salida, reduciendo el peso del sistema de tracción.
| Motor | 1KB2021-0TA02 | 1TB1817-0TA02 |
| Serie | K2/2422122 | - |
| Voltaje | 1500 V CC | 1146 V LL |
| Corriente | 300 A | 121 A |
| Peso medido | 1180 kg | 860 kg |
| Logintud | 1.228 m | 0.98 m |
| Ancho | 0.89 m | 0.52 m |
| Altura | 0.64 m | 0.52 m |
| Velocidad Nominal | 1575 RPM | 1800 RPM |
| Velocidad Máxima | 3500 RPM | 3175 RPM |
| Frecuencia Operación | 60 Hz | 60 Hz |
| Número Polos | 4 | 4 |
3ra generación.
1ra generación.
El motor de DC (1ra generación) trabaja a una velocidad de 1800 rpm, tiene cuatro polos y un
devanado de compensación encargado de anular el campo magnético producido por una corriente
inducida, evitando así el desgaste del colector por pequeños arcos eléctricos.
Por otro lado, el motor de AC también cuenta con cuatro polos, lo que implica que el campo
magnético tiene una velocidad de 1800 rpm a 60 Hz para operar con deslizamiento nominal de
1,9 %, entregando su potencia nominal. Por lo tanto, la velocidad a esta potencia (sin
control) es de aproximadamente 1766 rpm.
Par: A partir de la información obtenida de los ensayos de laboratorio del motor de inducción, es posible construir la característica par-velocidad sin convertidor (curva azul) y usando el convertidor (curva amarilla).
Para lograr un funcionamiento óptimo con el motor de AC se puede emplear un control que mantenga el torque en un valor fijo cercano al punto de operación nominal. Esto evita el desgaste innecesario de la máquina si no se requiere un torque elevado y mantiene regulados los parámetros del motor.
En la gráfica se observan las curvas de torque contra velocidad del motor de AC y el de
DC. Para el segundo motor, se tienen curvas teóricas con distintos voltajes de
alimentación que interceptan en diferentes velocidades a la curva del motor de AC. Esto
permite identificar los valores de tensión que son alcanzados con un control de
corriente (Chopper) para que el motor de DC genere un torque equivalente al de AC.
Se evidencia que el motor de DC requiere mayores voltajes de alimentación para alcanzar
valores de torque similares al del motor de AC en operación nominal.
En la gráfica se observan las curvas de corriente en función de la velocidad de los dos
motores. En ambos casos la corriente presenta una tendencia a disminuir a medida que
aumenta la velocidad, pero en el motor de AC a partir de 1000 rpm, la caída de corriente
comienza a ser más marcada. También, es importante denotar que el motor de primera
generación alcanza niveles de corriente mucho mayores que el motor de tercera, incluso
cuando el motor de DC opera en voltajes mucho menores al nominal, como es el caso de 300
VDC.
Lo anterior tiene relación con que los devanados del motor de DC están conectados en
serie y por lo tanto este motor funciona con valores de corriente muy altos, en este
caso mayores a 1 kA.
En la gráfica se presenta el comportamiento de la corriente del motor de AC ante diferentes velocidades. Se evidencia una disminución abrupta de la corriente a partir de 1000 rpm, hasta que finalmente se hace cero cuando la velocidad es de 1800 rpm; instante en que la velocidad en el rotor es igual a la del flujo giratorio y por lo tanto el deslizamiento es cero. Luego, la corriente aumenta nuevamente cuando el deslizamiento es diferente de cero.
Teniendo en cuenta que la eficiencia del motor de DC es de 94.68% y la del motor de AC es de
94.99%, no se aprecia una diferencia significativa para determinar, en este aspecto, que un
motor es mejor que otro.
Con todo esto, el motor de tercera generación supera en gran medida al de primera generación
en aspectos como lo son el peso, el tamaño, y su capacidad de tener mayor torque con menor
valor de voltaje de alimentación. Dichas ventajas permiten trenes más livianos, con mayor
aprovechamiento del espacio de ubicación de los motores y con la facultad de alcanzar
mayores velocidades en un menor tiempo.
Curva Torque 60 Hz