A medida que los equipos de energía agrícola evolucionan hacia la electrificación y la inteligencia, los motores síncronos de imanes permanentes (PMSM) se han convertido en el ideal solución de accionamiento para tractores eléctricos debido a su alta eficiencia, alta densidad de potencia y control preciso. A continuación se detallan las consideraciones clave de diseño para PMSM en tractores.
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Característica |
PMSM |
Motor de inducción (IM) |
Motor CC |
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Eficiencia |
92%–96% |
85%–90% |
75%–85% |
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Densidad de potencia |
Alto (compacto y liviano) |
Medio |
Bajo (requiere conmutador) |
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Control de velocidad |
Excelente (control de vectores) |
Pobre (depende del VFD) |
Bueno (pero necesita pinceles) |
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Mantenimiento |
Sin mantenimiento |
Bajo mantenimiento |
Alto (desgaste del cepillo) |
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Costo |
Superior (imanes de tierras raras) |
Bajo |
moderado |
Aplicaciones:
• Accionamiento principal para tractores eléctricos (en sustitución de motores diésel).
• Electrificación de PTO (Toma de Fuerza).
• Accionamientos de la bomba hidráulica/sistema auxiliar.
Los tractores operan en condiciones complejas que requieren tanto alto par a bajas velocidades (arado) y transporte eficiente de alta velocidad:
• Tractores pequeños (25-50 HP): Motor PMSM de 20 a 40 kW, par nominal 150–300 Nm.
• Tractores medianos (50-100 CV): motor pmsm de 40-75 kW, par nominal 300-600 Nm.
• Tractores grandes (más de 100 CV): motor pmsm de 75–200 kW, par nominal de 600–1500 Nm.
Demanda de par máximo (Sobrecarga a corto plazo):
• Requiere un par nominal de 2 a 3 veces durante el arado o el ascenso.
• Se necesita control de debilitamiento del campo para extender la operación de alta velocidad.
• Modo de arado: 500–1500 RPM (alto par de salida).
• Modo de transporte: 1500–3000 RPM (optimizado para mayor eficiencia).
• Velocidades estándar de la TDF: 540/1000 RPM (debe coincidir con precisión).
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Solución de enfriamiento |
Solicitud |
Pros y contras |
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Enfriamiento natural |
Baja potencia ( |
Disipación de calor simple, de bajo costo, pero limitada. |
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Refrigeración por aire forzado |
Tractores medianos (20–50 kW) |
Requiere ventilador, aumenta el consumo de energía. |
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Refrigeración líquida |
Alta potencia (>50 kW) |
Refrigeración eficiente, adecuada para cargas pesadas continuas. |
Recomendación:
• Refrigeración dual líquido + aceite (para tractores de alta potencia, por ejemplo, más de 200 kW).
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Tipo |
Características |
Solicitud |
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Montado en superficie (SPM) |
Ondulación de par simple y baja, pero propensa a desmagnetizarse a altas velocidades. |
Tractores pequeños/medianos. |
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Interior (IPM) |
Alta resistencia a la desmagnetización, amplio rango de velocidades, robusto. |
Tractores grandes/de alta velocidad. |
Recomendación:
• PM interior (IPM) (equilibra los requisitos de alta velocidad y sobrecarga).
• pares de polos: Normalmente 4 a 8 polos (equilibra velocidad y par).
♦ Ejemplo: 1000 RPM → 4 polos (33 Hz), 8 polos (66 Hz).
• Ranuras del estator: 36 o 48 ranuras (reduce el par de engranaje y el ruido).
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Materiales |
Remanencia (Br) |
Coercitividad (Hc) |
Costo |
Idoneidad |
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NdFeB |
1,0–1,4 toneladas |
800-2000 kA/m |
Alto |
Tractores de alto rendimiento. |
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Ferrita |
0,4–0,5 toneladas |
200–400 kA/m |
Bajo |
Tractores ligeros de bajo coste. |
Recomendación:
• Imanes NdFeB (alta densidad energética, ideales para tractores de alto rendimiento).
Control orientado al campo (FOC):
• Desacopla el control de par/velocidad para una respuesta dinámica rápida.
• Ideal para demandas instantáneas de alto torque durante el arado.
Control de par directo (DTC):
• Funcionamiento sin sensores, robusto pero con mayor ondulación del par.
Codificadores (alta precisión, por ejemplo, codificadores absolutos de 17 bits).
Control sin sensores (reduce el costo pero degrada el rendimiento a baja velocidad).
Nivel de voltaje: 400V (pequeños/medianos), 600V (tractores eléctricos grandes).
MOSFET de SiC: Conmutación de alta frecuencia para reducir las pérdidas.
• accionamiento directo: El motor se conecta directamente al tren motriz (elimina la caja de cambios pero requiere motores de alto par).
• Paralelo híbrido: PMSM + motor diésel (solución transitoria).
• Capacidad de la batería:
♦ Eléctrico puro: 100–300 kWh (4–8 horas de funcionamiento).
♦ Híbrido: 20–50 kWh (energía auxiliar).
• Frenado regenerativo: Recupera energía durante la desaceleración.
• Clasificación de protección: IP67 (polvo/impermeable para condiciones agrícolas duras).
• Resistencia a las vibraciones: Rodamientos y estructura reforzados (para terrenos accidentados).
John Deere SESAM (tractor eléctrico puro):
• Doble accionamiento PMSM (300 kW en total), refrigeración líquida.
Tractor eléctrico YTO (China):
• Motor IPM de 120 kW, control FOC, autonomía de 5 horas.
► Plataformas de alta tensión (800V+): Reduce el peso del cable y mejora la eficiencia.
► Motores PM libres de tierras raras: Reduce la dependencia de NdFeB (por ejemplo, diseños de ferrita optimizados).
► Distribución de par inteligente: Accionamiento multimotor + diferencial electrónico (mejora la movilidad en el campo).
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Aspecto clave |
Solución recomendada |
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tipo de motor |
PMSM interiores (IPM) |
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Método de enfriamiento |
Refrigeración líquida (>50 kW) |
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Estrategia de control |
FOC + codificador de alta precisión |
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Material del imán |
NdFeB |
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Voltaje del sistema |
400 V-600 V |
El PMSM en los tractores debe equilibrarse alto par, amplio rango de velocidades y durabilidad en entornos hostiles. La optimización de los algoritmos de control, refrigeración y diseño electromagnético puede mejorar significativamente la eficiencia y confiabilidad de los tractores eléctricos.
