Autor:

Kumar V. Mahtani Mahtani

Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.

La transmisión en corriente continua de alta tensión (HVDC, por sus siglas en inglés) ha revolucionado el transporte de energía eléctrica a largas distancias. Esta tecnología ofrece una serie de ventajas sobre la transmisión en corriente alterna (HVAC), especialmente cuando se trata de distancias largas o de la interconexión de redes de distintas frecuencias. En este artículo, exploraremos cómo funciona la transmisión HVDC, sus principales ventajas y desventajas, los tipos de enlaces utilizados y algunos detalles técnicos sobre los convertidores involucrados.

¿Cómo funciona el sistema HVDC?

El sistema HVDC convierte la energía de corriente alterna (CA), generada en las plantas eléctricas, en corriente continua (CC) para su transporte a largas distancias, y luego reconvierte esta corriente continua nuevamente a corriente alterna en el extremo receptor para ser distribuida en la red. Este proceso de conversión se realiza mediante el uso de rectificadores y convertidores.

1. Conversión de CA a CC: En el extremo de generación, la energía en corriente alterna pasa por un rectificador, un dispositivo que convierte la corriente alterna en corriente continua. Los rectificadores son componentes clave en el sistema HVDC, y su función es asegurar una conversión eficiente de la energía para su transporte a largas distancias.

2. Transporte de Energía en CC: Una vez convertida en corriente continua, la energía viaja a través de las líneas de transmisión HVDC. Esta forma de transmisión tiene la ventaja de reducir las pérdidas de energía, ya que la corriente continua no sufre los efectos de la resistencia del conductor de la misma manera que la corriente alterna.

3. Conversión de CC a CA: En el extremo receptor, la corriente continua pasa por un inversor, que convierte la corriente continua nuevamente en corriente alterna para su distribución en la red eléctrica. Los inversores son esenciales para devolver la energía a la forma en que los sistemas de distribución de energía la utilizan comúnmente.

El sistema de conversión a través de rectificadores e inversores es clave para la efectividad del sistema HVDC. Estos dispositivos, aunque costosos, permiten una transmisión más eficiente, especialmente en líneas largas.

Ventajas de la transmisión HVDC

La tecnología HVDC tiene varias ventajas notables sobre la transmisión en corriente alterna, particularmente en distancias largas o cuando se interconectan redes con diferentes frecuencias:

Menores pérdidas de energía: La transmisión en corriente continua presenta menos pérdidas de energía en comparación con la corriente alterna, lo que la hace más eficiente, especialmente a distancias superiores a los 600 km en líneas aéreas o 50 km en cables subterráneos.

Reducción de costes en infraestructura: Aunque el coste inicial de los sistemas HVDC es alto debido a los equipos de conversión, el coste de las líneas de transmisión en sí mismas es más bajo en comparación con las líneas de corriente alterna. Además, se requieren menos conductores y aisladores, lo que reduce los costes operativos.

Interconexión de redes con diferentes frecuencias: Un aspecto importante de HVDC es su capacidad para interconectar redes que operan a diferentes frecuencias, sin que haya necesidad de sincronizar las frecuencias de ambas redes. Esto permite la conexión de redes que, de otra manera, no podrían compartir energía.

No hay pérdidas por efecto piel o proximidad: A diferencia de los sistemas HVAC, que experimentan pérdidas de energía debido al efecto piel (la tendencia de las corrientes alternas a concentrarse en la superficie de los conductores) y el efecto de proximidad (la influencia de la corriente en los conductores cercanos), los sistemas HVDC no están sujetos a estos fenómenos, lo que mejora la eficiencia en la transmisión.

Inconvenientes de la transmisión HVDC

A pesar de sus ventajas, la transmisión HVDC también presenta algunas desventajas:

Coste inicial alto: La principal desventaja de los sistemas HVDC es el alto coste inicial de las estaciones convertidoras (rectificadores e inversores), que son mucho más caros que los transformadores empleados en los sistemas HVAC.

Generación de armónicos: Los rectificadores y los inversores generan armónicos, que son distorsiones de la señal eléctrica que pueden afectar a otros equipos y sistemas conectados a la red. Para minimizar estos efectos, es necesario emplear filtros activos, lo que añade más costes al sistema.

Fallos en subestaciones de CA: Si ocurre una falla en la subestación de corriente alterna (por ejemplo, en el extremo de recepción), esto puede causar una interrupción en la transmisión de energía en el sistema HVDC. Esta dependencia de la subestación HVAC puede ser un inconveniente en situaciones de emergencia.

Tipos de enlaces HVDC

Existen varios tipos de enlaces HVDC, que se utilizan según las necesidades específicas del proyecto de transmisión:

Enlace monopolar: Este tipo de enlace utiliza un solo conductor de polaridad negativa y una ruta de retorno que generalmente es la tierra o el mar. Aunque es más económico, el enlace monopolar tiene limitaciones importantes, como el riesgo asociado con el uso de la tierra como retorno.

Enlace bipolar: El enlace bipolar utiliza dos conductores, uno positivo y otro negativo, con un sistema de retorno a tierra. Este tipo de enlace es más robusto, ya que si uno de los conductores falla, el sistema puede operar en modo monopolar, lo que garantiza que la transmisión de energía continúe. Es el tipo de enlace más común en los sistemas HVDC modernos.

Enlace homopolar: En este enlace, ambos conductores tienen la misma polaridad (generalmente negativa), y utilizan un sistema de retorno a tierra o metálico. Aunque es más económico, no se utiliza mucho hoy en día debido a problemas de estabilidad y eficiencia.

Convertidores en los sistemas HVDC

El núcleo de un sistema HVDC es el proceso de conversión de energía entre corriente alterna y corriente continua, que se lleva a cabo mediante rectificadores e inversores. Los rectificadores convierten la energía de corriente alterna a corriente continua, mientras que los inversores realizan el proceso inverso.

Rectificadores: Se utilizan principalmente en el extremo de generación de energía para convertir la corriente alterna a corriente continua. Los rectificadores más comunes en sistemas HVDC son los de electrónica de potencia, como los rectificadores de tiristores. Estos dispositivos permiten una conversión eficiente, pero generan armónicos que deben ser controlados mediante filtros.

Inversores: Al final de la línea de transmisión, los inversores convierten la corriente continua nuevamente a corriente alterna. Estos dispositivos son esenciales para asegurar que la energía transmitida a través de las líneas HVDC pueda ser utilizada por los sistemas de distribución convencionales. Al igual que los rectificadores, los inversores también generan armónicos que deben ser mitigados.

Los convertidores de tiristores son cruciales en este proceso, ya que permiten una regulación precisa del flujo de energía. Sin embargo, los sistemas más avanzados también emplean convertidores de IGBT (transistores bipolares de puerta aislada), que ofrecen un control más preciso y una mayor capacidad de sobrecarga, lo que mejora la eficiencia general del sistema.

Ejemplos de proyectos HVDC

Algunos ejemplos destacados de proyectos de transmisión HVDC incluyen:

• Xiangjiaba-Shanghai en China, que transporta 6.400 MW a través de una distancia de 2.071 km.
• Murraylink en Australia, un sistema de transmisión subterránea de 180 km.
• NorNed entre Noruega y los Países Bajos, con una interconexión de 580 km.
• NordE.ON 1 en el Mar del Norte, conectando plataformas marítimas con la tierra firme.

Estos proyectos muestran cómo la tecnología HVDC ha sido fundamental para mejorar la transmisión de energía, conectar redes eléctricas distantes y asegurar un suministro estable de energía en diferentes regiones del mundo.

Conclusión

La transmisión HVDC ofrece una serie de ventajas significativas, especialmente en la transmisión de energía a largas distancias. Aunque el coste inicial y los equipos involucrados pueden ser elevados, la reducción de las pérdidas de energía, la posibilidad de interconectar redes de diferentes frecuencias y la mayor eficiencia hacen de esta tecnología una opción cada vez más atractiva. Con el continuo avance de los convertidores y otros equipos electrónicos de potencia, es probable que la transmisión HVDC juegue un papel cada vez más importante en el futuro de la infraestructura energética global.

Fuente: Sécheron.

Autor:

Kumar V. Mahtani Mahtani

Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.

La producción de hidrógeno a partir de la electrólisis del agua es una de las tecnologías más prometedoras en la transición hacia fuentes de energía renovables y sostenibles. Los electrolizadores, dispositivos que descomponen el agua en oxígeno e hidrógeno utilizando electricidad, requieren fuentes de alimentación de alta calidad para operar de manera eficiente. La tecnología de rectificadores juega un papel crucial en la conversión de corriente alterna (CA) a corriente continua (CC) necesaria para los procesos electroquímicos dentro de los electrolizadores. En este contexto, diversas topologías de rectificadores han sido desarrolladas para satisfacer las demandas específicas de los sistemas de electrólisis, especialmente en aplicaciones que requieren integración con redes eléctricas, eficiencia energética y fiabilidad operativa. A continuación, se describen algunas de las soluciones de rectificadores de última generación propuestas por Sécheron, que representan avances significativos en esta área.

1. Rectificador de diodos + Convertidor DC/DC: Alta eficiencia y bajo coste

Una de las soluciones más sencillas y rentables para los electrolizadores es el rectificador de diodo + convertidor DC/DC. Esta topología proporciona una alta eficiencia con un factor de potencia superior a 0,95, lo que minimiza las pérdidas de energía y mejora el rendimiento global del sistema. Al utilizar diodos como elementos de conmutación, se elimina la necesidad de ajustes de tapping en el transformador, simplificando la configuración y reduciendo los costos operativos. Además, esta configuración es adecuada tanto para sistemas de refrigeración por agua como por aire, lo que facilita su implementación en una variedad de entornos. La principal ventaja de este tipo de rectificador es su excelente relación calidad-precio, lo que lo convierte en una opción atractiva para instalaciones de electrólisis de hidrógeno de menor escala o donde el presupuesto es limitado. Aunque esta topología no ofrece la capacidad de entregar potencia reactiva a la red, es una solución sólida para aplicaciones en redes estables.

2. Rectificador IGBT + convertidor DC/DC opcional: flexibilidad y control Avanzado

Para aplicaciones más avanzadas y exigentes, como aquellas que están conectadas a redes eléctricas débiles o alimentadas por fuentes renovables intermitentes, la tecnología IGBT combinada con un convertidor DC/DC opcional ofrece ventajas significativas. Los rectificadores IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) permiten un factor de potencia unitario (1.0), lo que significa que la corriente absorbida de la red es casi totalmente activa, sin generar una gran cantidad de potencia reactiva que pueda afectar la estabilidad de la red. Además, esta topología ofrece la posibilidad de entregar potencia reactiva a la red, una característica especialmente importante cuando se trabaja con fuentes de energía renovables como la solar o la eólica, que pueden fluctuar en función de las condiciones climáticas. Al igual que la topología anterior, los sistemas basados en IGBT también pueden ser enfriados por aire o por agua, lo que otorga flexibilidad a los diseñadores de sistemas. La integración de un convertidor DC/DC opcional permite ajustar aún más la tensión de salida según las necesidades del electrolizador, lo que mejora la eficiencia general del sistema y permite una mayor estabilidad operativa.

3. Rectificador de tiristores: alta corriente y potencia con refrigeración natural

Para aplicaciones de mayor escala y potencias elevadas, el rectificador de tiristores es una opción destacada. Los tiristores, a diferencia de los diodos y los IGBT, son dispositivos de conmutación controlada que permiten una regulación precisa de la corriente y una respuesta más rápida a las variaciones de carga. Este tipo de rectificador es capaz de manejar salidas de alta corriente, lo que lo convierte en ideal para electrolizadores que requieren grandes cantidades de energía continua. Además, los rectificadores de tiristores pueden operar con refrigeración natural, lo que reduce la necesidad de sistemas de refrigeración complejos y costosos. Con la posibilidad de emplear transformadores con taps, se pueden ajustar fácilmente los parámetros de salida para optimizar el rendimiento del sistema en función de la demanda de energía. Los rectificadores de tiristores pueden ser enfriados tanto por agua como por aire, dependiendo de la aplicación específica. La principal ventaja de esta tecnología es su capacidad para manejar cargas elevadas de corriente con alta fiabilidad y eficiencia, lo que es esencial para instalaciones industriales de gran escala.

Consideraciones finales

La elección de la topología de rectificador adecuada para un sistema de electrólisis depende de varios factores, como la potencia requerida, las características de la red eléctrica y los requisitos específicos de la instalación. Las soluciones de rectificadores ofrecidas por Sécheron cubren un amplio espectro de necesidades, desde sistemas de electrólisis de bajo coste y alta eficiencia hasta soluciones avanzadas que requieren flexibilidad en la entrega de potencia reactiva y capacidad para operar en redes eléctricas dinámicas. En todos los casos, el objetivo es garantizar un suministro de energía estable y eficiente que permita a los electrolizadores operar de manera óptima, contribuyendo a la producción de hidrógeno como fuente de energía limpia y sostenible.

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Kumar V. Mahtani Mahtani

Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.

Las subestaciones de tracción son instalaciones clave en el sistema de transporte eléctrico, como tranvías, metros y trenes de cercanías. Su principal función es suministrar energía eléctrica al material rodante, es decir, a los vehículos que se desplazan sobre las vías, mediante una línea aérea de contacto. Para lograr este cometido de manera eficiente, las subestaciones de tracción utilizan una serie de equipos y sistemas especializados que permiten transformar, controlar y proteger la energía eléctrica que se suministra.

Una subestación de tracción de corriente continua cuenta con varios componentes fundamentales para su correcto funcionamiento. Uno de los más importantes son los rectificadores de potencia. Estos dispositivos son los encargados de transformar la corriente alterna (CA) de la red eléctrica en corriente continua (CC), que es la forma de energía utilizada. La rectificación es un proceso clave, ya que la energía de la red suele ser alterna, pero los sistemas de tracción requieren una corriente continua estable para operar sin problemas.

Características técnicas de las subestaciones de tracción

La potencia instalada en estas subestaciones varía dependiendo del tipo de transporte. Para tranvías y metros, generalmente se emplean rectificadores de entre 1 y 3 MW, mientras que para trenes de cercanías y de media distancia se requieren potencias mayores, de entre 3 y 6 MW, debido a la mayor demanda energética de estos vehículos.

Para reducir el impacto de los armónicos (variaciones no deseadas en la señal eléctrica) en el sistema, se utilizan transformadores rectificadores de 12 pulsos. Esta tecnología disminuye el “rizado” de la tensión y mejora la calidad de la corriente continua suministrada, lo que se traduce en un funcionamiento más eficiente y menos perturbaciones en otros equipos electrónicos.

El transformador rectificador se conecta a la red de Alta Tensión a través de un sistema en triángulo y tiene dos secundarios: uno también en triángulo y otro en estrella. Esto permite obtener un desfase de 30 grados entre las tensiones y una pulsación dodecafásica, lo que mejora la estabilidad y eficiencia del sistema.

Existen diversas configuraciones para subestaciones de tracción que varían según la complejidad del sistema y la potencia requerida. Una opción simple es la subestación con un solo grupo rectificador dodecafásico, trabajando con un sistema de 1×3000 Vcc, donde un único grupo rectificador convierte la corriente alterna en continua a través de una configuración de 12 pulsos, lo que minimiza los armónicos y mejora la calidad de la energía. Esta configuración es común en sistemas de baja a media potencia, como en tranvías o metros.

En configuraciones más complejas, como las subestaciones con 2×3000 Vcc, se incorporan dos grupos rectificadores dodecafásicos que permiten manejar mayores demandas de potencia, siendo una opción ideal para trenes de cercanías o sistemas con alta carga. En estas subestaciones más avanzadas, además de los rectificadores dodecafásicos, se emplea un circuito simple con doble salida feeder, lo que permite distribuir la energía de manera más eficiente, brindando redundancia y mayor fiabilidad en el suministro.

En configuraciones aún más sofisticadas, como las subestaciones con 1 o 2 grupos rectificadores dobles de ±3 kV, el sistema permite una mayor flexibilidad y control sobre la energía suministrada, mejorando la estabilidad del sistema eléctrico al proporcionar dos salidas de corriente continua que pueden operar en diferentes polaridades. Este tipo de subestación es más adecuado para sistemas ferroviarios de alta demanda o en situaciones donde se requiera una mayor fiabilidad y capacidad de respuesta ante posibles fallos.

Los rectificadores y su funcionamiento

Los rectificadores de una subestación de tracción están formados por diodos de silicio de alta resistencia, capaces de soportar tensiones inversas elevadas y grandes corrientes. A la salida de estos rectificadores, se instalan filtros en paralelo formados por bobinas y condensadores que eliminan los armónicos, evitando que estos interfieran con las señales de comunicación y otros sistemas electrónicos.

El rectificador tiene características específicas para asegurar su fiabilidad y seguridad. Entre ellas se incluyen sistemas de control para la ruptura de los diodos en caso de fallo, señales que desconectan los interruptores de potencia si ocurre algún problema en el rectificador y un sistema de enfriamiento forzado de los diodos, que utiliza refrigerantes en tubos de calor y ventiladores con frecuencia variable para mantener la temperatura adecuada. está diseñado para convertir la corriente alterna en corriente directa en las subestaciones de tracción de los ferrocarriles eléctricos actuales y del transporte urbano eléctrico. Además, las puertas del rectificador están equipadas con cerradura de bloqueo electromagnético y contactos auxiliares para controlar el estado de las mismas.

La importancia del mantenimiento y la protección

Para garantizar el funcionamiento seguro y eficiente de las subestaciones de tracción, el diseño incluye sistemas de protección y control que se activan ante fallos en los equipos o condiciones de trabajo adversas. Esto incluye sistemas de detección de fallos de catenaria, control de temperatura de los rectificadores y mecanismos de desconexión automática en caso de mal funcionamiento.

En resumen, las subestaciones de tracción son esenciales para el correcto suministro de energía a los sistemas de transporte eléctrico. Su diseño incorpora una serie de componentes especializados que garantizan la transformación, protección y control de la electricidad, asegurando que los vehículos eléctricos puedan operar de manera eficiente y segura.

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Kumar V. Mahtani Mahtani

Profesor Ayudante en el Departamento de Automática, Ingeniería Eléctrica y Electrónica e Informática Industrial, Universidad Politécnica de Madrid.

Los motores de corriente continua sin escobillas, conocidos como motores BLDC (por sus siglas en inglés, Brushless DC Motors), son una tecnología que ha impulsado el desarrollo de nuevas aplicaciones, desde drones y patinetes eléctricos hasta vehículos eléctricos. A diferencia de los motores de corriente continua tradicionales, los BLDC requieren un enfoque de control más complejo debido a su diseño y funcionamiento. En este artículo, exploraremos cómo funcionan estos motores y cómo se pueden controlar de manera efectiva.

¿Qué son los motores BLDC?

Un motor BLDC es un motor eléctrico en el que no se utilizan escobillas para conmutar la corriente en las bobinas del rotor. Mientras que los motores de corriente continua tradicionales emplean un sistema mecánico con escobillas para alternar la dirección de la corriente en las bobinas, los BLDC utilizan un sistema de conmutación electrónica que cambia el flujo de energía a las bobinas del estator en un orden preciso. Este sistema de conmutación es esencial para mantener el rotor en movimiento de manera eficiente y controlada.

Una de las grandes ventajas de los motores BLDC es su mayor eficiencia energética y menor necesidad de mantenimiento, ya que, al no tener escobillas que se desgasten, se reduce la fricción y el calor generado en el motor. Esto les permite operar a altas velocidades con menos ruido y vibraciones, lo que los hace ideales para aplicaciones que requieren precisión y rendimiento a largo plazo.

Los motores BLDC tienen una estructura más compleja que los motores con escobillas, aunque los principios básicos siguen siendo similares. Estos motores generalmente constan de tres partes principales: el rotor, que está compuesto por un imán permanente; el estator, que está formado por bobinas de alambre que generan el campo magnético; y el sistema de conmutación electrónica que activa las bobinas en el orden adecuado.

En un motor BLDC, el rotor tiene imanes permanentes que crean un campo magnético. Las bobinas del estator están dispuestas de manera que puedan generar un campo magnético variable cuando se energizan en una secuencia específica. La clave para que el motor gire correctamente es que las bobinas se enciendan y apaguen en el momento adecuado, generando un campo magnético que empuja al rotor a lo largo de su camino.

¿Cómo se conmutan los motores BLDC?

A diferencia de los motores de corriente continua con escobillas, donde la conmutación es un proceso mecánico simple, en los motores BLDC la conmutación es electrónica. Esto significa que necesitamos un sistema que controle el encendido y apagado de las bobinas del estator de manera precisa. En general, los motores BLDC operan mediante un proceso de conmutación de seis pasos, lo que implica que cada bobina se energiza en un orden específico para crear un campo magnético rotatorio que siga al rotor.

Este proceso de conmutación es realizado por un microcontrolador o un circuito integrado dedicado que gestiona la activación de los transistores (MOSFETs) conectados a las bobinas. Cada paso de la conmutación corresponde a un cambio en el campo magnético, y este cambio debe ocurrir de manera sincronizada con la posición del rotor. De no ser así, el rotor puede no seguir el campo magnético de manera eficiente, lo que generaría un movimiento errático o ineficiente.

Control de la velocidad de un motor BLDC

El control de la velocidad de un motor BLDC se basa en la variación de la cantidad de tensión aplicada a las bobinas del estator. Al igual que con los motores de corriente continua tradicionales, aumentar la tensión hará que el motor gire más rápido, mientras que reducir la tensión disminuirá su velocidad. Sin embargo, dado que los motores BLDC no utilizan escobillas, el control de la velocidad requiere ajustar la frecuencia de conmutación de las bobinas, es decir, la rapidez con la que se alternan las fases del motor.

Para controlar la velocidad de manera eficiente, se utilizan técnicas de modulación por ancho de pulso (PWM), donde el microcontrolador ajusta el ciclo de trabajo de la señal PWM que se aplica a los MOSFETs. A baja frecuencia, el motor girará lentamente, y a medida que la frecuencia de conmutación aumente, también lo hará la velocidad del rotor. Esto se realiza controlando la cantidad de tiempo que las bobinas están energizadas en cada ciclo, lo que permite variar la potencia que se entrega al motor y, por ende, su velocidad de rotación.

El papel de los sensores en los motores BLDC

Una de las principales complicaciones al controlar un motor BLDC es saber en qué posición se encuentra el rotor en todo momento. Sin esta información, la conmutación de las bobinas no se puede hacer de manera precisa, lo que podría causar un funcionamiento errático o ineficiente del motor. Para resolver este problema, muchos motores BLDC incorporan sensores, como los sensores Hall, que permiten detectar la posición del rotor.

Los sensores Hall envían señales al microcontrolador que indican la orientación del rotor, permitiendo que el sistema de control decida qué bobinas deben ser energizadas en cada momento. Sin embargo, no todos los motores BLDC requieren sensores, ya que algunos sistemas utilizan la retroalimentación del motor, como la fuerza electromotriz (EMF), para estimar la posición del rotor de manera indirecta.

Conclusión

El control de motores BLDC es un tema fundamental en la electrónica moderna, especialmente en aplicaciones que requieren alto rendimiento y eficiencia, como vehículos eléctricos y drones. Aunque los motores BLDC presentan desafíos adicionales en comparación con los motores de corriente continua con escobillas, las ventajas que ofrecen en términos de eficiencia, fiabilidad y mantenimiento los han convertido en una opción popular.

Para controlar estos motores, es necesario comprender no solo su estructura física, sino también cómo se lleva a cabo la conmutación electrónica y cómo se regula su velocidad. Con el uso de controladores adecuados, sensores y algoritmos de conmutación, es posible lograr un control preciso y eficiente de los motores BLDC, lo que permite su uso en una amplia variedad de aplicaciones tecnológicas avanzadas.

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Las energías renovables han revolucionado la forma en que generamos energía eléctrica, pero su integración en la red no está exenta de desafíos. Uno de los problemas más relevantes es la distorsión armónica, un fenómeno que puede afectar la calidad de la energía y la estabilidad del sistema eléctrico. Esta distorsión se manifiesta como una deformación en la onda sinusoidal de la corriente y la tensión, causada por la interacción entre las corrientes generadas por dispositivos no lineales y la impedancia de la red.

Los sistemas de generación renovable basados en electrónica de potencia, como la energía solar fotovoltaica, la eólica y los sistemas de almacenamiento en baterías (BESS), dependen de convertidores electrónicos para conectarse a la red. Estos convertidores, al operar mediante conmutaciones rápidas de semiconductores, generan ciertos niveles de armónicos que pueden afectar tanto a la red como a los equipos conectados a ella.

La distorsión armónica es indeseable por varias razones. En primer lugar, provoca pérdidas adicionales de energía, ya que los armónicos generan sobrecalentamiento en transformadores, motores y líneas de transmisión. Además, puede causar interferencias electromagnéticas, afectando el funcionamiento de dispositivos sensibles como equipos de comunicación o sistemas de protección. También acelera el envejecimiento del aislamiento eléctrico, reduciendo la vida útil de cables y transformadores, e incluso puede dar lugar a fallos catastróficos en ciertos componentes si los niveles de armónicos son demasiado elevados.

Sin embargo, la emisión de armónicos varía según la tecnología de generación utilizada. Los aerogeneradores más antiguos, de Tipo I y Tipo II, no utilizan electrónica de potencia y, por lo tanto, no generan armónicos directamente. Su impacto en la red se debe más bien a su influencia sobre la impedancia de la red, lo que puede modificar los niveles de distorsión armónica en la zona. En contraste, los aerogeneradores de Tipo III (DFIG) sí emiten armónicos e interarmónicos, principalmente debido a los convertidores electrónicos utilizados. Este tipo de aerogenerador puede producir armónicos de orden superior debido a la modulación cruzada entre las corrientes del rotor y del estator.

Los aerogeneradores de Tipo IV y los inversores fotovoltaicos, que utilizan convertidores de potencia en configuración back-to-back, de plena potencia, presentan otro tipo de emisiones armónicas. En estos casos, los armónicos generados suelen estar en frecuencias más altas, relacionadas con la frecuencia de conmutación de los semiconductores de potencia. Además, los inversores fotovoltaicos pueden mostrar variaciones en sus emisiones armónicas dependiendo de las condiciones de la red y de su punto de operación, lo que complica su control y mitigación.

La cuestión: ¿cómo mitigar los efectos de los armónicos en la red?

Para minimizar el impacto de los armónicos en la red eléctrica, se han desarrollado diversas estrategias y tecnologías que ayudan a reducir su generación o a compensar sus efectos. Algunas de las soluciones más utilizadas incluyen:

Cables aislados y líneas de transmisión adecuadas: La elección de los conductores en la red de transmisión y distribución es clave, ya que los cables largos pueden amplificar ciertos armónicos debido a efectos de resonancia. La correcta selección del tipo de cable y su disposición puede minimizar la amplificación de las distorsiones armónicas.

Transformadores diseñados para mitigar armónicos: Los transformadores pueden ser diseñados con devanados especiales o configuraciones específicas para reducir la circulación de armónicos en la red. Algunos transformadores utilizan técnicas como el desplazamiento de fase para cancelar ciertos armónicos específicos, ayudando a mantener la calidad de la energía.

Filtros pasivos de armónicos: Son dispositivos diseñados para absorber o desviar los armónicos de la red, evitando que se propaguen y afecten a otros equipos. Funcionan utilizando inductancias y condensadores sintonizados a frecuencias específicas para reducir la amplitud de los armónicos más problemáticos.

Filtros activos: A diferencia de los filtros pasivos, los filtros activos utilizan electrónica de potencia para inyectar corrientes de compensación que contrarrestan los armónicos generados por los convertidores de las renovables. Son más flexibles y efectivos, pero también más costosos y complejos de implementar.

Optimización de los controles de los convertidores: Ajustar los algoritmos de control de los inversores y aerogeneradores puede ayudar a reducir la emisión de armónicos. Algunas estrategias incluyen el uso de técnicas avanzadas de modulación, como la modulación por ancho de pulso (PWM) con estrategias de cancelación de armónicos.

A medida que la penetración de energías renovables sigue aumentando, las exigencias para la conexión de estos sistemas a la red también se vuelven más estrictas. Los operadores de red están implementando normativas más rigurosas sobre los niveles de emisión de armónicos permitidos, obligando a los fabricantes y desarrolladores a mejorar la calidad de sus sistemas de conversión de energía. En el futuro, es probable que surjan nuevas tecnologías y estrategias para mitigar aún más el impacto de los armónicos y garantizar que la transición hacia una matriz energética más sostenible no comprometa la estabilidad y la eficiencia del sistema eléctrico.

En conclusión, los armónicos representan un desafío importante en la integración de energías renovables, pero existen diversas estrategias para mitigarlos. Desde el uso de filtros y transformadores optimizados hasta mejoras en el diseño de los convertidores electrónicos, la industria sigue avanzando en el desarrollo de soluciones que permitan una convivencia armónica entre las renovables y la red eléctrica.

El cálculo preciso de los niveles de cortocircuito en los sistemas eléctricos es esencial para el diseño de equipos, la planificación de la red y la configuración de los sistemas de protección. Tradicionalmente, estos cálculos se realizaban con relativa facilidad en sistemas dominados por generadores síncronos, ya que su respuesta ante fallos eléctricos es bien comprendida. Sin embargo, con la creciente penetración de fuentes de energía basadas en electrónica de potencia, como la energía solar fotovoltaica, la eólica y los sistemas de almacenamiento en baterías, este análisis se ha vuelto mucho más complejo.

En los sistemas eléctricos modernos, el comportamiento de la corriente de cortocircuito ya no depende exclusivamente de la impedancia de los generadores, sino también de los algoritmos de control de los convertidores de potencia. A diferencia de los generadores síncronos, que aportan corrientes de cortocircuito elevadas y sostenidas, los convertidores limitan su corriente de salida para evitar daños en los componentes electrónicos. Esto ha generado nuevos desafíos en el dimensionamiento de equipos y en la protección del sistema eléctrico, ya que los modelos tradicionales de cálculo pueden arrojar resultados inexactos cuando se aplican a redes con alta penetración de generación renovable.

Los sistemas de generación basados en convertidores de potencia, como la energía solar fotovoltaica, la eólica con convertidores de potencia total (Tipo IV) y los sistemas de almacenamiento en baterías (BESS), presentan un comportamiento específico ante fallos en la red. Su respuesta de cortocircuito se divide en tres etapas principales.

a) En la fase subtransitoria, que ocurre en los primeros milisegundos después del fallo, el convertidor aún no ha identificado la falta y sigue operando como una fuente de tensión. En esta etapa, la corriente puede elevarse temporalmente por encima de la corriente de operación normal, aunque generalmente se establece un límite máximo cercano a 2 veces la corriente nominal para evitar daños en los componentes electrónicos.

b) Posteriormente, en la etapa transitoria, el convertidor detecta la falta e inicia su mecanismo de control de respuesta ante fallos, conocido como Fault Ride Through (FRT), reduciendo progresivamente la corriente hasta valores más controlados, en torno a 1,1 veces la corriente nominal.

c) Finalmente, en la etapa estacionaria, que ocurre después de aproximadamente 50 milisegundos, la corriente se estabiliza en el nivel definido por el código de red, que puede variar según la normativa de cada país.

Por otro lado, los generadores eólicos doblemente alimentados (DFIG), en sistemas eólicos Tipo III que incluyen un convertidor parcial en el rotor, presentan un comportamiento intermedio entre los generadores síncronos y los convertidores de potencia total. En estos sistemas, la respuesta ante fallos está influenciada por un mecanismo de protección llamado crowbar, que se activa en los primeros instantes tras la aparición de un cortocircuito. De forma intuitiva, el crowbar podría entenderse como un banco de resistencias conectado al rotor. Durante la fase inicial, el generador se comporta como una máquina de inducción convencional y puede aportar corrientes de hasta 4 veces su corriente nominal. A medida que la corriente comienza a disminuir, el crowbar se desactiva y el regulador de corriente del convertidor toma el control, reduciendo progresivamente la corriente hasta niveles seguros y regulados.

El aumento de la generación basada en convertidores de potencia ha demostrado que los modelos tradicionales de cálculo de cortocircuito, basados en máquinas síncronas, no son adecuados para representar con precisión la realidad de los sistemas eléctricos actuales. En redes con una baja penetración de generación renovable, estos modelos aproximados pueden ser suficientes, pero en sistemas con una alta presencia de electrónica de potencia, se requieren herramientas de simulación más avanzadas. Las simulaciones basadas en transitorios electromagnéticos (EMT – Electromagnetic Transient Simulations) han demostrado ser la opción más precisa, ya que permiten analizar el comportamiento dinámico de los convertidores y evaluar su impacto en la estabilidad de la red.

En conclusión, el comportamiento de la corriente de cortocircuito varía considerablemente según la tecnología de generación utilizada. Mientras que los generadores síncronos pueden sostener corrientes elevadas de manera natural, los convertidores electrónicos y los generadores DFIG dependen de algoritmos de control que limitan la corriente para proteger los equipos. Esto ha generado nuevos desafíos en el diseño de sistemas eléctricos y en la configuración de protecciones, obligando a la industria a desarrollar métodos de análisis más sofisticados para garantizar la seguridad y estabilidad de la red en un entorno con creciente presencia de energías renovables.

La transición hacia un sistema eléctrico basado en energías renovables ha traído consigo un cambio en la forma en que la energía es generada e integrada en la red. Tradicionalmente, la generación eléctrica estaba dominada por grandes generadores síncronos conectados mecánicamente a la red, los cuales proporcionaban estabilidad a través de su inercia natural. Sin embargo, con la creciente incorporación de parques eólicos y plantas solares, la generación se basa cada vez más en convertidores electrónicos de potencia, dispositivos que transforman la energía de fuentes renovables en corriente alterna sincronizada con la red.

Dentro de estos convertidores, los más utilizados en la actualidad son los inversores grid-following. Aunque estos dispositivos han permitido la masificación de la energía renovable, presentan desafíos importantes cuando operan en redes eléctricas débiles.

¿Cómo funcionan los inversores grid-following?

Los inversores grid-following funcionan bajo la premisa de que la red eléctrica ya tiene una señal de tensión estable a la cual pueden acoplarse. Para lograr esto, utilizan un mecanismo de sincronización conocido como Phase-Locked Loop (PLL). El PLL es un sistema de control que permite al inversor detectar la frecuencia y el ángulo de fase de la tensión de la red y ajustarse a ella. De esta manera, el inversor puede inyectar corriente con la misma frecuencia y en sincronía con la red existente.

Este enfoque funciona correctamente en redes fuertes, donde la tensión de la red se mantiene estable sin grandes fluctuaciones. Sin embargo, en redes débiles, donde la tensión varía de manera significativa debido a cambios en la carga o generación, el rendimiento del PLL y, por lo tanto, del inversor grid-following, puede deteriorarse.

¿Por qué los inversores grid-following presentan problemas en redes débiles?

Las redes débiles se caracterizan por tener una baja relación de cortocircuito (SCR), lo que significa que pequeñas variaciones en la potencia activa y reactiva pueden provocar cambios significativos en la tensión. Esto afecta el comportamiento de los inversores grid-following en varios aspectos:

a) Dependencia del PLL y dificultad para mantener la sincronización

En una red fuerte, el PLL puede seguir la señal de tensión sin problemas, permitiendo al inversor operar de manera estable. Sin embargo, en una red débil, las fluctuaciones en la tensión pueden hacer que el PLL tenga dificultades para detectar correctamente la frecuencia y el ángulo de fase. Esto puede llevar a situaciones como:

Errores en la detección de fase: El PLL puede estimar incorrectamente el ángulo de fase de la red, lo que genera desajustes en la inyección de corriente del inversor.

Oscilaciones de banda lateral: Debido a la interacción entre el PLL y la variabilidad de la red, pueden aparecer oscilaciones no deseadas en la salida del inversor, afectando la estabilidad del sistema.

Pérdida de sincronización: En casos extremos, el inversor puede perder completamente la sincronización con la red y desconectarse, lo que genera problemas de estabilidad en el sistema.

b) Impacto en el control de potencia reactiva

Otro problema crítico en redes débiles es el impacto en el control de potencia reactiva. Los inversores grid-following suelen operar regulando la potencia reactiva para mantener niveles de tensión adecuados en el sistema. Sin embargo, en redes con bajo SCR, los cambios en la inyección de potencia reactiva pueden generar fluctuaciones de tensión que desestabilizan aún más el sistema.

Cuando un inversor grid-following opera en una red débil un pequeño cambio en la potencia reactiva puede provocar una gran variación en la tensión. Además, el inversor puede volverse incapaz de controlar la tensión de manera efectiva. A todo ello, se suma que las oscilaciones de tensión pueden amplificarse, afectando la operación del inversor y la estabilidad general de la red.

c) Limitación en la capacidad de exportar potencia máxima

En redes fuertes, los inversores grid-following pueden operar a plena capacidad sin problemas. Sin embargo, en redes débiles, la interacción con el sistema puede hacer que el inversor no pueda exportar toda su potencia de manera estable. Esto se debe a que las oscilaciones de tensión pueden generar cortes en la generación, y a que la inestabilidad del PLL puede hacer que el inversor reduzca su potencia para evitar desconectarse. En algunos casos, el inversor simplemente deja de funcionar si la inestabilidad es demasiado grande.

¿Cómo se puede mitigar este problema?

Dado que los inversores GFL dependen de la estabilidad de la red, su uso en redes débiles representa un desafío importante. Para abordar estos problemas, se están explorando varias soluciones:

Uso de inversores grid-forming: Estos inversores, en lugar de seguir la tensión de la red, son capaces de generar una referencia de tensión propia, actuando de manera similar a los generadores síncronos. Esto les permite mejorar la estabilidad de la red en lugar de depender de ella.

Mejora en los algoritmos de PLL: Se están desarrollando algoritmos de sincronización más avanzados, capaces de operar de manera más robusta en redes débiles.

Optimización del control de potencia reactiva: Implementando estrategias más sofisticadas que minimicen el impacto de la inyección de potencia reactiva en la estabilidad de la tensión.

Diseño de redes más robustas: A nivel de planificación del sistema, se pueden reforzar las redes débiles mediante compensación reactiva, líneas de transmisión adicionales y almacenamiento de energía para estabilizar las variaciones de tensión.

En conclusión, los inversores grid-following han sido fundamentales en la integración de energías renovables en el sistema eléctrico, pero su dependencia de la estabilidad de la red los hace vulnerables en redes débiles. Su correcta operación requiere que la red tenga un SCR suficientemente alto, lo que en algunos casos limita la cantidad de generación renovable que puede conectarse sin comprometer la estabilidad del sistema.Para asegurar una transición energética exitosa, es crucial avanzar en el desarrollo de nuevas tecnologías, como los inversores grid-forming, y mejorar las estrategias de control para permitir que los convertidores electrónicos operen de manera estable incluso en redes eléctricas más débiles. En el futuro, el diseño de sistemas eléctricos deberá considerar estos desafíos para garantizar un suministro confiable y eficiente en un mundo cada vez más dependiente de las energías renovables.

Autor:

Kumar V. Mahtani Mahtani

Los sistemas eléctricos de potencia están experimentando una transformación sin precedentes debido a la creciente incorporación de energías renovables y generación basada en convertidores electrónicos de potencia. Este cambio ha llevado a la aparición de nuevos desafíos en la estabilidad del sistema eléctrico, lo que ha obligado a los expertos a replantear las clasificaciones tradicionales de estabilidad.

Históricamente, la estabilidad en los sistemas eléctricos estaba dominada por la generación síncrona, es decir, grandes generadores conectados mecánicamente a la red. En este contexto, se identificaban tres fenómenos principales:

Estabilidad de tensión: Se refiere a la capacidad del sistema de mantener voltajes dentro de rangos aceptables después de una perturbación, evitando caídas o sobrecargas que puedan afectar la operación de los equipos.

Estabilidad de frecuencia: Garantiza que la frecuencia del sistema (por ejemplo, 50 Hz o 60 Hz según la región) permanezca estable después de cualquier perturbación. Esto es crucial porque una desviación excesiva puede causar apagones masivos.

Estabilidad angular o transitoria: Se relaciona con la sincronización entre los generadores síncronos. Cuando un generador pierde el sincronismo con la red, puede provocar oscilaciones e incluso fallos en cascada.

Estos tres conceptos fueron la base del análisis de estabilidad durante décadas, pero la creciente participación de generación basada en convertidores ha traído nuevos desafíos.

Los convertidores electrónicos de potencia, utilizados en energías renovables como la solar y la eólica, dependen de sistemas de control avanzados para inyectar energía a la red. A diferencia de los generadores síncronos, estos convertidores no poseen inercia natural, lo que introduce fenómenos de estabilidad completamente nuevos.

En 2020, los expertos en el sector eléctrico ampliaron la clasificación tradicional de estabilidad, añadiendo dos nuevas categorías:

Estabilidad impulsada por convertidores: Dado que los convertidores dependen de algoritmos de control con tiempos de respuesta muy rápidos, pueden generar oscilaciones imprevistas cuando interactúan con la dinámica del sistema eléctrico. Estas oscilaciones pueden abarcar un amplio rango de frecuencias y, en algunos casos, provocar inestabilidad.

Estabilidad de resonancia: Se produce cuando el sistema entra en un estado de oscilación periódica debido a interacciones entre convertidores y otros elementos eléctricos. Estas resonancias pueden ser electromecánicas o puramente eléctricas y pueden comprometer la operación segura del sistema.

Las inestabilidades provocadas por convertidores pueden manifestarse en distintos rangos de tiempo y frecuencia:

Inestabilidad rápida impulsada por convertidores (Fast Converter-Driven Stability): Se produce cuando las interacciones entre los controles de los convertidores y los componentes del sistema generan oscilaciones en el rango de cientos de Hz hasta varios kHz.

Inestabilidad lenta impulsada por convertidores (Slow Converter-Driven Stability): Puede ocurrir cuando los convertidores operan en redes débiles o cuando los controladores no están bien ajustados. Estas inestabilidades se manifiestan en frecuencias menores a 10 Hz.

Debido a que estos nuevos fenómenos ocurren en tiempos mucho más cortos (del orden de milisegundos), su análisis requiere herramientas más avanzadas que las tradicionales. Se necesitan simulaciones más detalladas, como las basadas en transitorios electromagnéticos (EMT), así como mediciones de alta resolución. Además, es fundamental desarrollar modelos eléctricos más precisos y metodologías de análisis innovadoras que permitan a la industria comprender y mitigar estos nuevos desafíos.

El sistema eléctrico del futuro dependerá cada vez más de fuentes de energía basadas en convertidores electrónicos de potencia. Esto implica un cambio de paradigma en la estabilidad del sistema, con nuevos tipos de inestabilidad que deben ser comprendidos y abordados para garantizar un suministro eléctrico seguro y confiable.

A medida que esta transformación avanza, la investigación y el desarrollo de herramientas de análisis más sofisticadas serán clave para garantizar que la estabilidad de los sistemas eléctricos siga siendo una prioridad en la transición energética global.

Autores: Kumar V. Mahtani Mahtani (Profesor Ayudante en la Universidad Politécnica de Madrid y Profesor Visitante en la Universidad París-Saclay, Francia) y Alvaro Sanz (Ingeniero Industrial)

Tiempo de lectura: 8 minutos

La industria de los vehículos eléctricos (VE) está experimentando enormes avances tecnológicos . Este artículo profundiza en algunos de los temas más candentes (hot topics, como dirían nuestros amigos anglosajones) de la investigación sobre vehículos eléctricos, incluyendo baterías de alta densidad energética, sistemas de gestión de baterías (BMS), convertidores de potencia, cargadores rápidos y motores eléctricos.

1. Baterías de alta densidad energética: avances y desafíos

Las baterías de iones de litio siguen siendo la opción predominante en los vehículos eléctricos debido a su alta densidad energética, larga vida útil y coste relativamente bajo. Sin embargo, la demanda de mayor autonomía y tiempos de carga más rápidos ha impulsado la investigación hacia tecnologías de baterías de alta densidad energética.

Un área prometedora en este sentido es el desarrollo de baterías de estado sólido. Estas baterías utilizan electrolitos sólidos, lo que elimina los riesgos de incendio y mejora la densidad energética, permitiendo más energía en el mismo volumen y peso. Además, las baterías de litio-azufre se están investigando como una alternativa a las de iones de litio debido a su capacidad para ofrecer una mayor densidad energética, aunque aún enfrentan desafíos como la degradación rápida del cátodo y la solubilidad del sulfuro en el electrolito.

2. Sistemas de gestión de baterías (BMS): optimización de la eficiencia y seguridad

El Sistema de Gestión de Baterías (BMS) es clave para garantizar el rendimiento óptimo y la seguridad de las baterías de los vehículos eléctricos. Un BMS avanzado realiza funciones como monitorización de la temperatura, estado de carga (SOC) y estado de salud (SOH) de las celdas de la batería. Para mejorar su eficiencia, los BMS modernos integran inteligencia artificial (IA) y algoritmos predictivos que pueden anticipar fallos y optimizar el uso de las celdas, alargando su vida útil.

El balanceo activo es otra de las características de los BMS avanzados, que redistribuye la carga de las celdas de la batería utilizando convertidores DC-DC, asegurando que todas las celdas se descarguen y se carguen de manera uniforme, lo que evita el sobrecalentamiento y la degradación de las celdas.

3. Convertidores de potencia: eficiencia y nuevos semiconductores

La electrónica de potencia juega un papel crucial en los vehículos eléctricos, ya que regula la conversión de la energía entre la batería, el motor eléctrico y el sistema de carga. Uno de los avances más importantes en este campo ha sido el desarrollo de semiconductores avanzados como el carburo de silicio (SiC) y el nitruro de galio (GaN), que permiten mayor eficiencia en la conversión de energía.

Los MOSFETs SiC y los IGBTs de SiC permiten una operación a altas temperaturas y frecuencias más altas con menores pérdidas, lo que se traduce en una mayor eficiencia de los convertidores DC-AC y DC-DC en los sistemas de propulsión de los vehículos eléctricos. Además, la capacidad de los semiconductores SiC para manejar mayores tensiones y corrientes permite construir convertidores más pequeños y ligeros, lo que es fundamental para la eficiencia y autonomía de los vehículos eléctricos.

La topología de los convertidores también está evolucionando, permitiendo una mayor integración y miniaturización de los sistemas, al mismo tiempo que se optimiza la eficiencia energética. Investigaciones actuales están enfocadas en convertidores bidireccionales para facilitar la carga bidireccional, donde los vehículos eléctricos no solo consumen energía de la red, sino que también pueden inyectar energía de vuelta a la red o servir como almacenamiento para el hogar o instalaciones comerciales. El diseño de convertidores multicanal puedan gestionar mejor las cargas dinámicas de los motores eléctricos y adaptarse a las variaciones de carga sin perder eficiencia.

La refrigeración de los convertidores es otra área crítica, ya que los componentes como los IGBTs pueden generar una gran cantidad de calor. Se están desarrollando sistemas de refrigeración líquida más eficientes y materiales de gestión térmica avanzados para mantener la temperatura de los convertidores dentro de rangos seguros.

4. Cargadores rápidos y estaciones de carga: eficiencia y carga Inteligente

La carga rápida sigue siendo uno de los principales retos para los vehículos eléctricos, especialmente en cuanto a tiempos de recarga. El desarrollo de cargadores rápidos de corriente continua (DC) y estaciones de carga ultra-rápida está enfocado en reducir significativamente los tiempos de carga sin comprometer la seguridad de la batería. Convertidores de alta frecuencia y topologías de convertidores avanzadas están siendo estudiados para lograr una mayor eficiencia y una mayor capacidad de transferencia de energía sin causar un sobrecalentamiento en la batería.

El concepto de carga bidireccional está ganando terreno, permitiendo que los vehículos eléctricos no solo se recarguen, sino que también puedan devolver energía a la red eléctrica, ayudando a equilibrar las fluctuaciones de oferta y demanda de energía. Este enfoque está especialmente alineado con los objetivos de smart grids, donde los vehículos eléctricos pueden actuar como recursos de almacenamiento de energía distribuidos.

Además, la carga inalámbrica o inductiva está ganando popularidad, eliminando la necesidad de cables y haciendo la recarga más conveniente y accesible, especialmente en estaciones de carga públicas o lugares de estacionamiento.

5. Motores eléctricos en el powertrain de los vehículos eléctricos: investigación y avances

Los motores eléctricos son el corazón de los vehículos eléctricos, y la investigación en esta área se centra en mejorar su eficiencia, reducir su tamaño y peso, y mejorar su fiabilidad. En particular, se están realizando avances en los motores de imán permanente (PM), que ofrecen una alta eficiencia y una excelente densidad de potencia. Estos motores, basados en imanes permanentes de neodimio, son más compactos y livianos que los motores de inducción, y proporcionan un alto par a bajas revoluciones, lo que es ideal para la conducción de vehículos eléctricos.

Una de las áreas de investigación más emocionantes en el campo de los motores eléctricos es el motor síncrono de imán permanente (PMSM). Este tipo de motor es ampliamente utilizado en vehículos eléctricos debido a su alta eficiencia en una amplia gama de velocidades y cargas. La investigación está orientada a mejorar los imanes permanentes, utilizando imanes más eficientes o explorando el uso de materiales alternativos como el hierro sinterizado para reducir costes y mejorar el rendimiento.

Además, los motores de inducción también siguen siendo una opción viable, especialmente en aplicaciones de mayor potencia, como los camiones eléctricos. Estos motores no requieren imanes permanentes, lo que reduce los costes de los materiales y permite una mayor fiabilidad. Sin embargo, la eficiencia de los motores de inducción depende de su diseño y de la electrónica de control que los acompaña, que está evolucionando para proporcionar un rendimiento más eficiente y controlado.

6. Reciclaje de baterías y sostenibilidad

El reciclaje de las baterías de los vehículos eléctricos es una cuestión crítica en la transición hacia la sostenibilidad. La recuperación de materiales valiosos como el litio, cobalto, níquel y grafito de las baterías usadas es crucial para reducir el impacto ambiental y asegurar el abastecimiento a largo plazo. A medida que la adopción de vehículos eléctricos sigue aumentando, el reciclaje se convierte en una prioridad para mantener un flujo sostenible de materiales, reducir costes y minimizar la huella de carbono.

Las investigaciones están enfocadas en nuevas tecnologías de reciclaje que sean más eficientes, como los procesos hidrometalúrgicos y pirometalúrgicos para la extracción de estos materiales, y en la mejora de los métodos de purificación que aumenten el rendimiento y la rentabilidad del reciclaje de baterías.

Conclusión

La investigación en vehículos eléctricos sigue avanzando con rapidez, y los desarrollos en baterías, electrónica de potencia, motores eléctricos y sistemas de carga están llevando a la industria a nuevas fronteras de eficiencia, autonomía y sostenibilidad. Con el tiempo, estas innovaciones permitirán que los vehículos eléctricos sean más accesibles, más prácticos para los consumidores y más eficientes desde el punto de vista energético. Además, la recuperación de materiales, la optimización de sistemas de gestión de baterías y la mejora de la infraestructura de carga garantizarán que la adopción de vehículos eléctricos sea un motor clave en la transición hacia un futuro más limpio y sostenible.

Fuentes:

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C. Liu, K. T. Chau, C. H. T. Lee and Z. Song, “A Critical Review of Advanced Electric Machines and Control Strategies for Electric Vehicles,” in Proceedings of the IEEE, vol. 109, no. 6, pp. 1004-1028, June 2021

Liu, Wei & Placke, Tobias & Chau, K.T. (2022). Overview of batteries and battery management for electric vehicles. Energy Reports. 8. 4058-4084.