Comparison of Aluminum and Copper Winding Materials for Switched Reluctance Machines with Finite Element Analysis

Comparación de materiales de bobinado de aluminio y cobre para máquinas de reluctancia conmutada con análisis de elementos finitos

Hoy en día, con la disminución de las reservas de combustibles fósiles, ha crecido el interés por los vehículos eléctricos. Sin duda, las máquinas eléctricas son una de las partes más importantes de los vehículos eléctricos. Los estudios sobre las máquinas eléctricas afectan directamente al rendimiento del vehículo. Dado que la máquina eléctrica utilizada está montada en el vehículo, reducir el peso total sin cambiar la potencia de salida afectará positivamente al rendimiento general del vehículo. Los bobinados utilizados para crear el campo magnético en las máquinas eléctricas están hechos de cobre. Los fabricantes de maquinaria eléctrica intentan utilizar materiales completamente diferentes en lugar de cobre o reducir parcialmente su uso. En este punto, el aluminio emerge como un material atractivo para varios fabricantes. En este estudio se analizó la estructura del bobinado de una máquina de reluctancia conmutada (SRM) propuesta para un vehículo eléctrico utilizando cobre y aluminio con un valor de resistencia equivalente, cuyos resultados se compararon. Como resultado de un análisis de elementos finitos 2D, se observó que el rendimiento de salida de la máquina se mantiene en gran medida cuando se utiliza aluminio en lugar de cobre para el bobinado. También se observó que el peso total del bobinado de aluminio disminuía un 43,40% en comparación con el de cobre.

INTRODUCCIÓN

El desarrollo de las tecnologías, el aumento de la población y la creciente industrialización han incrementado el consumo de energía y la cantidad de energía necesaria (Ayaz et al., 2020). Además, debido a la disminución gradual del uso de combustibles fósiles y al daño que causan al medio ambiente, las prácticas respetuosas con el medio ambiente han ocupado un lugar importante en nuestras vidas. Las emisiones de CO₂ se consideran la fuente de los daños más graves causados por los combustibles fósiles al medio ambiente. Según los valores de referencia de 1990 del Protocolo de Kioto, la Unión Europea (UE) pretende reducir sus emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) en un 80-95% a partir de 2050. Asimismo, el transporte por carretera, ferroviario, marítimo y aéreo debe contribuir a este objetivo reduciendo los niveles de emisiones de 1990 en un 60% a partir de 2050 (de Gennaro et al., 2019). En este contexto, los vehículos eléctricos (VE) son una solución eficaz para reducir las emisiones de CO₂ (Cai y Zhao, 2021).

Los VE, que constituyen la mejor alternativa para un vehículo de transporte respetuoso con el medio ambiente, son también una solución ideal a los problemas experimentados en relación con la calidad del aire urbano (Hooftman et al., 2016). Especialmente en los últimos años, la producción y el desarrollo de vehículos eléctricos o híbridos ha ido en aumento debido a cuestiones energéticas y medioambientales (Jang et al., 2015).