Projeto do eVectra - Início

Para começar o meu projeto de conversão do Vectra em elétrico vou partir de alguns parâmetros:

Qual a potência elétrica de pico que eu preciso?

Carros de passageiros requerem 10Kw/125Kg para uma aceleração aceitável.
Carros sport requerem 13Kw/125Kg.
Compactos e sub compactos tendem a 8Kw/125Kg.

10Kw/125Kg => 8Kw/100Kg
13Kw/125Kg => 10,4Kw/100Kg
8Kw/125Kg => 6,74Kw/100Kg.

Vou partir deste número: 8Kw/100Kg.

O vectra pesa 1200Kg.

Tirando as partes desnecessárias:

Motor + Descarga + ar condicionado/aquecedor + radiador + mangueiras + acessórios = 250kg

Total = 950kg

Incluindo as partes elétricas:
Motor => 10CV = 45Kg Siemens 1LA7131
Motor => 15CV = 63Kg Siemens 1LA7135
Inversor WEG 45a 380/480V = 22Kg
Baterias => 37 baterias 24Ah selada da Global = 7kg x 37 = 259kg

Motor + inversor + baterias + acessórios = 45 + 22 + 259 = 325kg

Total = 1276kg

Potencia de pico => 8Kw/100kg * 1276kg => ou 8Kw * 12,7Kg = 102Kw.

Portanto a potencia de pico que eu preciso para uma aceleração aceitável é 102Kw.

Qual a potência que eu tenho neste exato momento?

Não esquecer que esta usando um inversor.

Usando um inversor, consigo aumentar a potencia nominal do motor pois consigo elevar a rotação nominal para 2x, por exemplo.

Então agora ele trabalha com 3600 rpm, ao invés de 1800 rpm.
Calculo da potência nominal operando em 3600 rpm:

               C(kgfm) * N(rpm)                      4,09 * 1755
P(kw) = --------------------- =>  P(kw) = ---------------------- = 7,4 kw
                          974                                        974



               C(kgfm) * N(rpm)                      4,09 *  3555
P(kw) = --------------------- =>  P(kw) = ---------------------- = 15 kw
                            974                                       974


Potencia de pico:
Conjugado máximo => 340% = 4,09 * 3,4 = 14kgfm
Potencia máxima => (14kgfm * 3555 rpm) / 974 = 51kw

Portanto com o motor de 7,5kw a potencia máxima que consigo é 51kw. Pouco.
Com o motor de 11kw, a potencia vai pra 81kw. 

Esta potência ainda esta abaixo de uma conversão para um carro compacto, que seria de 86kw.


De acordo com informações do fabricante Siemens:

O motor é capaz de operar com rotação de até 2x a rotação nominal.
O motor de 2 polos tem a rotação nominal em 3600. Portanto 2x 3600 é 7200rpm.

A diferença entre o 2 polos e 4 polos é basicamente o numero de bobinas, pois os rotores são os mesmos.
Se o 2 polos consegue girar até 7200, numa boa, o de 4 polos também vai girar numa boa. Eles estão balanceados pra isso.

Então, se girarmos o Motor => 15CV = 63Kg Siemens 1LA7135, até 6000 rpm, a potência alcançada será:

Motor kw
11	C(kgfm)	6
	N(rpm)	6000
	P(kw)	36,96099	kw
	P(cv)	50,27933	cv
	Conjugado Máximo		22,2	kgfm
	Conjugado Máximo		370
	Conjugado Nominal		6
	RPM		6000
	Potencia Máxima		136,7556	Kw

A potência de pico desenvolvida fará o Vectra acelerar em alta performance.

Como elevar a rotação do motor de 1800 rpm para 6000 rpm?

Aumentando a frequência de saída do inversor mantendo o mesmo torque.
Pra fazer isso devemos utilizar a função escalar que os inversores tem.
Fazendo isso verificamos que pra uma tensão nominal de 220v e 60hz, precisaríamos chegar em 200hz.
Sendo 200hz o limite para as perdas por magnetismo começarem a causar problemas.
Mas em 200hz, precisaríamos alimentar o motor com 734v.
Devemos então diminuir a tensão nominal do motor em 60hz para 127v. Veja tabela:

Hz	Tensão	rpm	V/F
60	127	1800	2
70	148	2100	2
80	169	2400	2
90	191	2700	2
100	212	3000	2
110	233	3300	2
120	254	3600	2
130	275	3900	2
140	296	4200	2
150	318	4500	2
160	339	4800	2
170	360	5100	2
180	381	5400	2
190	402	5700	2
200	423	6000	2

A corrente de partida de um MIT é 7x, mas isso é quando o motor está operando em linha. Direto na rede trifásica.

Quando operamos através de inversor, podemos controlar está corrente de partida. De modo que o que nos interessa é apenas a corrente em torque máximo.

Corrente de partida é a mesma do rotor bloqueado = 7,6x. Ip / In = 7,6.

Não se usa esta corrente para os cálculos, pois esta corrente provoca uma pancada na máquina e danifica os equipamentos. Além de ser uma corrente altíssima. Usa-se partir o motor com corrente menor.

Como usaremos inversor, a corrente de partida é a que quisermos, desde que fornecemos esta corrente ao motor através da aceleração.
Devemos portanto controlar a tensão de partida e consequentemente controlaremos a corrente e o torque:

Nesta curva podemos perceber que quando partimos com tensão 85% menor que a nominal, a corrente também não atinge seu valor de partida, consequentemente o torque também é reduzido.
Outra observação muito importante é com relação a corrente no torque máximo. Podemos ver que o torque cresce bem rápido, quando a rotação se encontra entre 80% e 98% da rotação nominal. E que o torque máximo se dá em torno de 90% e 95% da rotação nominal e neste instante a corrente está em 3x In.
Neste gráfico vemos que o torque máximo atinge 2x o conjugado nominal quando se encontra em 93% da RPM nominal e a corrente atinge um valor um pouco menor que 3x.
Se o MIT estiver em rotação síncrona a corrente será a nominal e o torque será o menor possível, mas ao menor sinal de aumento de carga que force o eixo a diminuir a velocidade de rotação, automaticamente a corrente se elevará em até 3x e o conjugado atingira 2x o conjugado nominal para este motor.

Partindo desta análise que a corrente aumentará no máximo 3x In para se atingir o conjugado máximo, adotarei o inversor que seja capaz de fornecer 3x In.

O MIT de 7,5Kw/10CV da Siemens que eu consegui tem In de 15,5A em 380V. 3x 15,5A = 46,5A.
O modelo de inversor da WEG será o 30/380-480.
De acordo com tabelas do inversor, este modelo fornece Imax de 45A.

O MIT de 11Kw/15CV da Siemens que eu preciso tem In de 22,7 em 380V. 3x 22,7A = 68,1A.
O modelo de inversor da WEG será o 45/380-480.
De acordo com tabelas do inversor, este modelo fornece Imax de 68A.


Vou procurar pelo modelo 45/380-480. Pois já vou estar preparando o veículo para o motor de 11Kw.

Não podemos esquecer que os inversores aguentam até 1,5 a potencia máxima por curto intervalo de tempo.

De acordo com a tabela, a potência dissipada nominal é de 0,90 Kw = 900W. 900/440 = 2,045A.
De acordo com as tabelas a corrente nominal de entrada do inversor 45/380-480 utilizando um motor de 7,5Kw será de 19 + 2 = 21A => Portanto, em teoria o consumo seria 21A. Baterias com capacidade de carga de 24A.  Estariam de bom tamanho. Para 1h de serviço.