Un equipo de la Universidad de Málaga (UMA) ha desarrollado un sistema capaz de mejorar la eficiencia de los motores eléctricos y aumentar la autonomía de vehículos eléctricos y aeronaves al reducir las pérdidas de energía que se producen durante su funcionamiento. La tecnología consigue una corriente eléctrica más limpia, disminuye el calentamiento del motor y permite recorrer más distancia con la misma batería.
El avance, financiado por la Consejería de Universidad, Industria, Energía e Innovación andaluza y realizado junto a la Universidad Politécnica de Madrid, se publica en la revista Scientific Reports y supone un paso adelante en el control de los motores multifásicos, una tecnología cada vez más utilizada en movilidad eléctrica y aeronáutica.
Un nuevo algoritmo mejora el rendimiento de los motores multifásicos
Los motores eléctricos multifásicos, que pueden disponer de cinco, seis, nueve o incluso más fases eléctricas frente a las tres habituales de los motores industriales convencionales, se emplean en vehículos eléctricos e híbridos, aeronaves y aplicaciones industriales avanzadas como generadores o ascensores ultrarrápidos. Su principal ventaja es que ofrecen una mayor eficiencia, una mejor distribución de potencia y una elevada tolerancia a fallos, aunque su control resulta mucho más complejo.
La principal aportación del estudio consiste en resolver uno de los problemas que más limita el rendimiento de estos motores: el denominado tiempo muerto. Se trata de una breve interrupción necesaria en los convertidores electrónicos para evitar cortocircuitos, pero que introduce distorsiones eléctricas y reduce la eficiencia del sistema.
Para superar esta limitación, los investigadores perfeccionaron una técnica de control predictivo basado en modelo, capaz de anticipar el comportamiento del motor y seleccionar en cada instante la acción de control más adecuada.
«El algoritmo diseñado aporta claves importantes para mejorar la calidad de la corriente, garantizando ultra eficiencia en su rendimiento y mitigando estas corrientes parásitas que existen pero que no producen energía útil«, explica ala Fundación Descubre, Mario Durán, investigador de la Universidad de Málaga y coautor del trabajo.
El sistema reduce las pérdidas energéticas y mejora la calidad de la corriente
El algoritmo estima y compensa en tiempo real el impacto del tiempo muerto sobre el funcionamiento del motor. «Gracias a esta información adicional, el sistema toma decisiones más precisas y reduce las corrientes responsables de pérdidas energéticas, calentamientos y vibraciones«, concreta Durán.
Para validar la tecnología, el equipo realizó ensayos experimentales en un banco de pruebas del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Escuela de Ingenierías Industriales de la Universidad de Málaga, que reproduce el sistema de propulsión de un vehículo eléctrico. La instalación está formada por un motor de propulsión de seis fases y otro que simula la resistencia de las ruedas, ambos controlados mediante un microcontrolador programado específicamente para el estudio.
Hasta un 50 % menos de distorsión y más autonomía con la misma batería
Los resultados muestran mejoras muy significativas. A una frecuencia de control de 20 kHz, el nuevo método reduce hasta un 31,7 % las corrientes armónicas no productivas, responsables de generar calor sin aportar energía útil.
Además, disminuye cerca de un 50 % la distorsión total de la corriente eléctrica respecto a los sistemas convencionales y logra reducciones superiores al 50 % en algunas de las componentes armónicas que más contribuyen a las pérdidas energéticas.
«Esto significa que el nuevo método de control eléctrico facilita una corriente más limpia y que genera menos pérdidas en comparación con los sistemas convencionales, que toman decisiones con más imprecisiones», garantiza Durán.
Una tecnología para la próxima generación de vehículos eléctricos
Los investigadores comprobaron también que estas mejoras se mantienen en un amplio rango de velocidades, ante cambios dinámicos de carga e incluso cuando existen errores en los parámetros del modelo del motor.
«Todas estas variables evidencian la robustez de este algoritmo, que se traduce en menos distorsiones en la corriente eléctrica, menos pérdidas y, por lo tanto, mayor autonomía del vehículo», asegura Ignacio González, investigador de la Universidad de Málaga y coautor del estudio.
Según los expertos, este avance permitirá impulsar el desarrollo de motores multifásicos para la próxima generación de vehículos eléctricos, aeronaves y sistemas industriales, ofreciendo un control más preciso, una respuesta más rápida ante cambios de carga o velocidad y un funcionamiento más suave, con menos ruido y vibraciones, sin renunciar a la eficiencia energética.
