محرك اختبار متزامن: ماذا يعني ذلك؟

لا يزال تطوير البطاريات يطغى على السيارات الكهربائية

إن التطور السريع لمجموعة نقل الحركة الهجينة والتقدم غير المسبوق في السنوات الأخيرة في مجال السيارات الكهربائية هما المحور الرئيسي لتطوير تكنولوجيا البطاريات. إنها تتطلب أقصى قدر من الموارد من المطورين وهي التحدي الأكبر للمصممين. ومع ذلك ، لا ينبغي الاستهانة بحقيقة أن التقدم في تطوير تقنيات الليثيوم أيون المتقدمة مصحوب بتقدم كبير في مجال تنظيم الطاقة للتيارات الكهربائية والمحركات الكهربائية. اتضح أنه على الرغم من الكفاءة العالية للمحركات الكهربائية ، إلا أنها تمتلك مجالًا جادًا للتطوير.

يتوقع المصممون أن تنمو هذه الصناعة بمعدل مرتفع للغاية ، ليس فقط لأن السيارات الكهربائية أصبحت أكثر شيوعًا ، ولكن أيضًا لأن كهربة المركبات التي تعمل بالاحتراق عنصر مهم في مستويات الانبعاثات المحددة في الاتحاد الأوروبي.

على الرغم من أن المحرك الكهربائي له تاريخ قديم ، إلا أن المصممين يواجهون اليوم تحديات جديدة. يمكن أن يكون للمحركات الكهربائية ، حسب الغرض ، تصميم ضيق وقطر كبير أو قطر صغير وجسم طويل. يختلف سلوكهم في السيارات الكهربائية الخالصة عن سلوكهم في السيارات الهجينة ، حيث يجب مراعاة الحرارة الناتجة عن محرك الاحتراق الداخلي. بالنسبة للسيارات الكهربائية ، يكون نطاق السرعة أوسع ، ويجب تحسين تلك المثبتة في نظام هجين متوازي في ناقل الحركة لتعمل ضمن نطاق سرعة محرك الاحتراق. تعمل معظم الآلات بجهد عالٍ ، لكن الآلات الكهربائية بجهد 48 فولت ستصبح أكثر شيوعًا.

لماذا محركات التيار المتردد

على الرغم من أن مصدر الكهرباء في شخص البطارية هو التيار المباشر ، لا يفكر مصممو الأنظمة الكهربائية حاليًا في استخدام محركات التيار المستمر. حتى مع فقد التحويل ، تتفوق وحدات التيار المتردد ، خاصة تلك المتزامنة ، على وحدات التيار المستمر. ولكن ماذا يعني المحرك المتزامن أو غير المتزامن في الواقع؟ سنقدم لك هذا الجزء من عالم السيارات ، لأنه في حين أن السيارات الكهربائية موجودة منذ فترة طويلة في السيارات في شكل مبتدئين ومولدات ، فقد تم إدخال تقنيات جديدة تمامًا في هذا المجال مؤخرًا.

تعد Toyota و GM و BMW الآن من بين الشركات المصنعة القليلة التي تولت تطوير وإنتاج المحركات الكهربائية بأنفسهم. حتى شركة Lexus التابعة لشركة Toyota تزود هذه الأجهزة لشركة أخرى ، هي شركة Aisin اليابانية. تعتمد معظم الشركات على موردين مثل ZF Sachs أو Siemens أو Bosch أو Zytec أو الشركات الصينية. من الواضح أن التطور السريع لهذا العمل يسمح لمثل هذه الشركات بالاستفادة من الشراكات مع مصنعي السيارات. بالنسبة للجانب التكنولوجي للأشياء ، في الوقت الحاضر ، بالنسبة لاحتياجات السيارات الكهربائية والهجينة ، يتم استخدام محركات التيار المتردد المتزامنة مع الدوار الخارجي أو الداخلي.

ترجع القدرة على تحويل بطاريات التيار المستمر بكفاءة إلى تيار متردد ثلاثي الطور والعكس إلى حد كبير إلى التقدم في تكنولوجيا التحكم. ومع ذلك ، تصل المستويات الحالية في إلكترونيات الطاقة إلى مستويات أعلى بعدة مرات من تلك الموجودة في شبكة كهربائية منزلية ، وغالبًا ما تتجاوز 150 أمبير. هذا يولد الكثير من الحرارة التي يتعين على إلكترونيات الطاقة التعامل معها. في الوقت الحاضر ، لا يزال حجم أجهزة التحكم الإلكترونية كبيرًا لأن أجهزة التحكم الإلكترونية في أشباه الموصلات لا يمكن تقليلها باستخدام عصا سحرية.

تعد كل من المحركات المتزامنة وغير المتزامنة نوعًا من الآلات الكهربائية ذات المجال المغناطيسي الدوارة التي تتميز بكثافة طاقة أعلى. بشكل عام ، يتكون دوار المحرك التعريفي من حزمة بسيطة من الألواح الصلبة ذات اللفات ذات دائرة قصر. يتدفق التيار في لفات الجزء الثابت في أزواج متقابلة ، مع تدفق التيار من إحدى المراحل الثلاث في كل زوج. نظرًا لأنه في كل منها يتم إزاحته في الطور بمقدار 120 درجة بالنسبة للآخر ، يتم الحصول على ما يسمى بالمجال المغناطيسي الدوار. يؤدي هذا بدوره إلى إحداث مجال مغناطيسي في الجزء المتحرك ، ويؤدي التفاعل بين مجالين مغناطيسيين - يدوران في الجزء الثابت والمجال المغناطيسي للعضو الدوار ، إلى جذب الأخير والدوران اللاحق. ومع ذلك ، في هذا النوع من المحركات الكهربائية ، يتأخر الجزء المتحرك دائمًا خلف المجال لأنه إذا لم تكن هناك حركة نسبية بين المجال والدوار ، فلن يؤدي ذلك إلى إحداث مجال مغناطيسي في الجزء المتحرك. وبالتالي ، يتم تحديد مستوى السرعة القصوى من خلال تردد تيار العرض والحمل. ومع ذلك ، نظرًا للكفاءة العالية للمحركات المتزامنة ، فإن معظم الشركات المصنعة تلتزم بها.

محركات متزامنة

تتميز هذه الوحدات بكفاءة أعلى بكثير وكثافة طاقة. يتمثل الاختلاف الكبير عن المحرك التعريفي في أن المجال المغناطيسي في الجزء المتحرك لا يتم إنشاؤه بالتفاعل مع الجزء الثابت ، ولكنه ناتج إما عن تدفق التيار عبر الملفات الإضافية المثبتة فيه ، أو المغناطيس الدائم. وبالتالي ، فإن المجال في الجزء المتحرك والحقل في الجزء الثابت متزامنان ، وتعتمد السرعة القصوى للمحرك أيضًا على دوران المجال ، على التوالي ، على تردد التيار والحمل. لتجنب الحاجة إلى مصدر طاقة إضافي للملفات ، مما يزيد من استهلاك الطاقة ويعقد التنظيم الحالي في السيارات الكهربائية الحديثة والنماذج الهجينة ، يتم استخدام محركات كهربائية مع ما يسمى بالإثارة المستمرة ، أي بمغناطيس دائم. كما ذكرنا سابقًا ، تستخدم جميع الشركات المصنعة لهذه السيارات حاليًا وحدات من هذا النوع ، لذلك ، وفقًا للعديد من الخبراء ، ستظل هناك مشكلة في نقص العناصر الأرضية النادرة باهظة الثمن مثل النيوديميوم والديسبروسيوم. تأتي المحركات المتزامنة بأنواع مختلفة وحلول تقنية مختلطة مثل BMW أو GM ، لكننا سنخبرك المزيد عنها.

إنشاءات

عادة ما تقترن محركات السيارات الكهربائية البحتة مباشرة بالترس التفاضلي لمحور القيادة ويتم نقل الطاقة إلى العجلات عبر أعمدة المحور ، مما يقلل من خسائر النقل الميكانيكي. مع هذا التصميم الموجود أسفل الأرضية ، يتم تقليل مركز الثقل ويصبح تصميم الكتلة الكلي أكثر إحكاما. يختلف الوضع تمامًا مع تصميم النماذج الهجينة. بالنسبة إلى السيارات الهجينة الكاملة مثل الوضع الفردي (تويوتا ولكزس) والوضع المزدوج (شيفروليه تاهو) ، ترتبط المحركات الكهربائية بطريقة ما بالتروس الكوكبية في مجموعة الدفع الهجينة ، وفي هذه الحالة يتطلب الاكتناز أن يكون تصميمها أطول وأصغر في قطر الدائرة. في السيارات الهجينة الموازية الكلاسيكية ، تعني المتطلبات المدمجة أن التجميع الذي يناسب بين دولاب الموازنة وعلبة التروس له قطر أكبر ومسطح إلى حد ما ، حتى أن الشركات المصنعة مثل Bosch و ZF Sachs تعتمد على تصميم دوار على شكل قرص. هناك أيضًا اختلافات في الدوار - بينما في Lexus LS 600h يوجد عنصر الدوران في الداخل ، في بعض طرازات مرسيدس يكون الدوار الدوار في الخارج. يعتبر التصميم الأخير أيضًا مناسبًا للغاية في الحالات التي يتم فيها تثبيت المحركات الكهربائية في محاور العجلات.

النص: جورجي كوليف