Inversor y motor eléctrico: trifásico sin trauma

El motor eléctrico es la pieza más simple y a la vez la más asombrosa del coche. Una sola parte gira. No hay pistones, ni cigüeñal, ni cambio de marchas. Y sin embargo es capaz de pasar de cero a velocidad de autopista en segundos, con una suavidad que ningún motor de combustión puede igualar. Detrás de ese gesto hay un viejo truco eléctrico — el campo magnético giratorio — y un acompañante imprescindible: el inversor.

El truco que hace girar todo

El motor eléctrico funciona gracias a una propiedad básica: una corriente eléctrica que pasa por una bobina genera un campo magnético. Si rodeas un núcleo de hierro con un alambre y haces pasar electricidad, ese núcleo se vuelve un imán mientras pasa la corriente.

Ahora imagina que pones tres bobinas distintas formando un círculo, separadas 120 grados (como las tres patas de una mesa de bar). En el centro del círculo, montas un eje libre que puede girar. Si haces pasar corriente por las tres bobinas en momentos distintos — primero la de arriba, luego la de la derecha, luego la de la izquierda, y vuelta a empezar muy rápido —, el "norte magnético" del conjunto va saltando de una bobina a otra, dando vueltas alrededor del centro. Lo que tienes es un campo magnético giratorio: como si un imán invisible diera vueltas alrededor del eje.

Pon ahora en el centro de ese círculo un imán (o algo que se comporte como tal). El campo giratorio lo arrastra. El eje gira. Le pones una rueda. La rueda se mueve. Ya tienes un coche.

tres bobinas a 120° ondas desfasadas rotor que sigue

El estator (la carcasa) tiene tres bobinas alimentadas por tres ondas eléctricas desfasadas entre sí. El campo magnético resultante gira. El rotor (la pieza central) sigue el campo y gira con él. Lo demás es ingeniería.

Lo que aporta el inversor

Para que las tres bobinas reciban sus tres ondas desfasadas hace falta una fuente que las produzca. La batería no sirve directamente: entrega DC, una corriente plana sin variaciones. Hace falta una pieza que fabrique AC trifásica a partir de DC. Esa pieza es el inversor.

Conmutando los semiconductores que vimos en la píldora anterior miles de veces por segundo, el inversor produce tres ondas senoidales, una por cada bobina, con un desfase de 120 grados entre ellas. Y aquí está la magia: puede cambiar la frecuencia y la amplitud de esas ondas en tiempo real. Si quieres que el motor gire más rápido, sube la frecuencia. Si quieres más par (más fuerza de giro), sube la amplitud. Es lo que hace el ordenador del coche cuando aprietas el acelerador: pedir al inversor más frecuencia, más amplitud, o ambas.

Esa es la razón por la que un coche eléctrico no necesita caja de cambios. Un motor de gasolina solo da par útil en un rango estrecho de revoluciones, y por eso necesita marchas que multipliquen su giro a distintas relaciones. Un motor eléctrico, gracias al inversor, puede entregar par desde cero revoluciones hasta sus revoluciones máximas. Una sola "marcha" cubre todo el rango. Por eso aceleras pisando, sin sentir cambios.

Dos familias de motor

Casi todos los motores de coche eléctrico hoy son una de dos familias. Hacen lo mismo conceptualmente, pero el rotor está hecho distinto.

Muchos coches con dos motores combinan ambos tipos: un PMSM atrás (eficiente para conducción normal) y un ASM delante (ligero, se desconecta cuando no hace falta, y aporta empuje extra al acelerar). Es una decisión de ingeniería pragmática: cada motor donde rinde mejor.

Por qué un coche eléctrico es tan rápido al arrancar

Un motor de gasolina necesita girar (revolucionar) para entregar par. Cuando arranca desde parado, está prácticamente sin par y por eso necesita un embrague o un convertidor de par para pasar la energía al eje.

Un motor eléctrico hace lo contrario: entrega par máximo desde 0 rpm. Aprietas el acelerador y todo el empuje disponible está ahí ya, en el primer instante. No hay que esperar a que el motor "coja vueltas". Por eso un coche eléctrico modesto ya se siente más vivo en ciudad que un gasolina parecido — y por eso un eléctrico potente acelera de forma que parece desafiar la física.

El inversor también ayuda en sentido contrario: como controla con precisión la corriente que entra al motor, modula la entrega de par con una finura imposible en mecánica. Por eso el control de tracción de un eléctrico es más rápido y preciso que el de un coche tradicional, y por eso los coches eléctricos suelen ir muy bien en superficies resbaladizas: el sistema reacciona en milisegundos.

Eficiencia que sorprende

Un buen motor eléctrico convierte entre el 90% y el 95% de la energía eléctrica que recibe en movimiento. Un motor de combustión raramente pasa del 35-40% en condiciones óptimas, y cae al 20% en uso urbano normal.

Esto explica por qué un coche eléctrico, aunque arrastre cientos de kilos de batería, gasta tan poca energía por kilómetro: gran parte de lo que sale de la batería llega a la rueda, sin tirarse por el escape como calor. Es un cambio de paradigma. Y es también la base de la siguiente píldora: si el motor convierte tan eficientemente electricidad en movimiento, también puede hacer lo contrario — convertir movimiento en electricidad cuando frenas.