المحرك ، كما يوحي اسمه ، هو جهاز يحول الطاقة الكهربائية والميكانيكية. يمكن لأي محرك أن يعمل كمحرك أو كمولد. إنه لا يولد الطاقة بنفسه ، ولكنه يدرك فقط تحويل الطاقة الكهروميكانيكية ، ولكن الخسارة في عملية التحويل سيتم تحويلها إلى حرارة ، لذلك فإن أي تصميم محرك يتضمن التصميم الكهرومغناطيسي والتصميم الميكانيكي والتصميم الحراري. نحن نولي المزيد من الاهتمام للطاقة الكهربائية ، والطاقة الميكانيكية ، والخسارة والكفاءة ، ودرجة الحرارة ومعلمات الأداء الأخرى.
اعتمادًا على الهيكل والتطبيق ، هناك العديد من أنواع المحركات. ومع ذلك ، فإن المحركات الرئيسية المستخدمة في محرك السيارة الحالي هي المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم ، والمحركات غير المتزامنة (المحركات الحثية) ، ومحركات التردد التبديل ، ومحركات الإثارة الكهربائية ، ومحركات التيار المستمر. في هذه المرحلة ، لا يسع الجميع إلا الانتباه إلى الاختلافات بين هذه المحركات ، وما هي مزايا وعيوب كل منها؟ لنجعل علمًا شائعًا بسيطًا هنا.
العاصمة
يعد محرك DC أقدم اختراع في عائلة المحركات. مخترعه هو فاراداي المعروف. يتكون محرك التيار المستمر التقليدي بشكل أساسي من لف المحرك على الدوار ، ولف الإثارة على الجزء الثابت ، والجزء الثابت والعضو الدوار ، والإطار والفرشاة - يتم تشكيل المبدل ، ويوفر ملف الإثارة المجال المغناطيسي للإثارة ، والمحرك يوفر اللف التيار الذي ينتج عزم الدوران.
كما ذكرنا سابقًا ، يحتوي محرك DC على ملف إثارة ولف حديد التسليح. يمكن التحكم في حجم المجال المغناطيسي من خلال التحكم في تيار ملف الإثارة ، ويمكن ضبط عزم الدوران عن طريق التحكم في تيار ملف المحرك. لذلك ، فإن أكبر ميزة لمحرك DC هي أنه يتمتع بأداء تحكم جيد. يمكن ضبط سرعة الإخراج وعزم الدوران للمحرك بشكل خطي تقريبًا فقط من خلال المقاوم المتغير الخارجي.
ومع ذلك ، نظرًا لوجود الفرشاة ، فإن الموثوقية منخفضة ، وتكلفة الصيانة مرتفعة ، والخسارة الإضافية الناتجة عن مقاومة التلامس للفرشاة والمقاومة الخارجية كبيرة ، وكفاءة المحرك منخفضة نسبيًا. في الوقت الحالي ، لم تعد السيارات الكهربائية المطورة حديثًا تستخدم محركات DC المصقولة ، والتي تُستخدم عمومًا فقط في أماكن مثل مصاعد النوافذ ، ومساحات القيادة ، وما إلى ذلك ، وهناك ميل لاستخدام المبدل الإلكتروني لاستبدال محولات الفرشاة.
المحرك التعريفي
مخترع المحرك التعريفي هو عملاق تقني آخر تسلا. بشكل عام ، يتم تضمين قلب الجزء الثابت مع ملفات AC ثلاثية الطور ، ويتكون الجزء المتحرك من قلب الحديد ولفائف القفص ذات الدائرة القصيرة. عندما يتم توصيل التيار المتردد ثلاثي الأطوار بملفات الجزء الثابت ، سيولد مجالًا مغناطيسيًا دوارًا متزامنًا صناعيًا للفضاء ، ويقطع لف الدوار ، وبالتالي يولد تيارًا في لف القفص الدوار ، وسيخضع التيار لعمل مغناطيسي لتوليد قوة كهرومغناطيسية لدفع الدوار إلى الدوران.
نظرًا لعدم وجود حاجة للفرش على الدوار ، فإن الهيكل بسيط ، والموثوقية جيدة ، وتكنولوجيا الإنتاج ناضجة نسبيًا ، لذلك فهي تستخدم على نطاق واسع في الإنتاج الصناعي. الآن يتم استخدامه في بعض سيارات الركاب ، ولكن نظرًا لكثافة الطاقة المنخفضة والتحكم المعقد ، فإنه نادرًا ما يستخدم في سيارات الركاب. من أجل إحياء ذكرى هذا الرقم العظيم ، استخدمت Tesla Motor تحريض قفص السنجاب ذو القضبان النحاسية في منتجاتها المبكرة. ومع ذلك ، نظرًا لكفاءتها الإجمالية وكثافة طاقتها وأداءها الآخر ، فإنها لا تزال غير قادرة على المقارنة مع محركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة. تحول أحدث طراز 3 إلى محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم كمحركات دفع.
المحركات المتزامنة التقليدية والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم
هيكل الجزء الثابت للمحرك المتزامن هو نفس هيكل المحرك التعريفي السابق. إنه ينتمي إلى محرك التيار المتردد. يمر لف الجزء الثابت فقط من خلال تيار التيار المتردد المتماثل ، والذي سيولد قوة دافعة مغناطيسية دورانية معينة في فجوة الهواء. الاختلاف عن المحرك غير المتزامن هو أن سرعة دواره تتوافق مع سرعة المجال المغناطيسي الدوار.
إنه محرك متزامن للإثارة الكهربائية التقليدية ، ويتم لف أقطابه الدوارة البارزة بلف إثارة الجرح ويتم سحبها من خلال حلقات الانزلاق والفرشاة على العمود. أي أن قوة الإثارة المغناطيسية يتم توفيرها بواسطة تيار مباشر خارجي. لذلك ، فإن أداء التحكم فيها جيد نسبيًا ، ويمكن أن يكون عامل الطاقة والكفاءة مرتفعين نسبيًا. ومع ذلك ، نظرًا لأن المثير الخارجي مطلوب ، فإن الحجم كبير ، وتحتاج حلقة انزلاق الفرشاة إلى صيانة دورية ، لذلك يستخدم هذا النوع من المحركات في الغالب في مولدات محطات الطاقة ، وهو نادر نسبيًا في السيارات.
الأكثر استخدامًا في مركبات الطاقة الجديدة هو المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم. الفرق عن السابق هو أن قلب الدوار لا يحتوي على لفات ، فقط مغناطيس دائم مثبت على السطح أو مدمج. يحدث تحويل الطاقة الكهروميكانيكية بسبب عمل مجال مغناطيسي دوار.
نظرًا لأن سرعة السيارة تحتاج إلى تعديل بشكل متكرر ، فقد تم تصميم سرعة المحرك لتكون عالية نسبيًا ، لذا فإن محرك المغناطيس الدائم المتزامن مع الفولاذ المغناطيسي المدمج على اليمين يكون أكثر فائدة بسبب قوته الميكانيكية الجيدة ، و لديها قوة مغناطيسية عالية نسبيًا لهذا النوع من المحركات مع فولاذ مغناطيسي مدمج. إن عزم المقاومة أكثر ملاءمة لتوفير كمية الفولاذ المغناطيسي وتحسين أداء إضعاف المجال.
محرك ممانعة مبدلة
محرك التردد هو محرك بهيكل جديد. لا توجد مواد متعرجة أو مغناطيسية دائمة على الدوار ، ولكن توجد بنية صلبة من الأعمدة البارزة المكدسة بألواح فولاذية من السيليكون. يقوم على مبدأ الحد الأدنى من الممانعة (يجب دائمًا إغلاق التدفق المغناطيسي على طول المسار بأصغر ممانعة). من خلال تبديل تسلسل تنشيط اللفات على الأقطاب البارزة للجزء الثابت ، يتحرك الجزء المتحرك باستمرار إلى الموضع بأدنى تردد ، وبالتالي يقود الدوار إلى الدوران.
إن الهيكل المقاوم للمغناطيسية بسيط وثابت وموثوق ومنخفض التكلفة ولديه إمكانات كبيرة للتطوير. لذلك ، فقد تطورت بسرعة في مجال تنظيم سرعة الجر في السنوات الأخيرة. ومع ذلك ، نظرًا لتقلب عزم الدوران المتأصل فيه والاهتزاز والضوضاء الواضحة ، يتم استخدامه حاليًا فقط في بعض سيارات الركاب.
في الوقت الحاضر ، هناك أيضًا بعض محركات ممانعة نوع الإثارة الهجينة الجديدة. عادة ، يتم إدخال مادة مغناطيسية دائمة معينة من الفريت في فتحة ممانعة الدوار ، بحيث يكون أداء المحرك أعلى من أداء محرك الممانعة بسبب إدخال جزء من عزم دوران المغناطيس الدائم. ، والتكلفة ليست عالية مثل محركات المغناطيس الدائم الأرضية النادرة.
الخاتمة
تقدم هذه المقالة العديد من المحركات التي نعرفها. بشكل عام ، يتم التخلص من محركات التيار المستمر تدريجياً بسبب ضعف موثوقيتها وأدائها المتوسط ؛ لم تنضج تقنية التحكم في محركات التردد المبدَّلة بعد ، والضوضاء والاهتزاز واضحان عند السرعات المنخفضة ، كما أن الكفاءة منخفضة أيضًا. إنه ينتمي إلى البديل المستقبلي. يحتوي دوار المحرك التعريفي على استهلاك النحاس على الجانب الثانوي ، وتوليد حرارة خطير ، وكفاءة منخفضة ، وحجم كبير ، وغالبًا ما يكون مناسبًا للاستخدام في سيارات الركاب التي لا تتطلب متطلبات حجم صارمة ؛ نظام المحرك المتزامن للإثارة الكهربائية كبير الحجم ، وتتطلب حلقات الانزلاق المصقولة الكهربائية صيانة ولديها مخاوف تتعلق بالموثوقية ، وهي نادرة حاليًا بخلاف المولدات.
الصورة أعلاه هي مقارنة بين هيكل وأداء العديد من المحركات التي أعدتها وزارة الطاقة الأمريكية ومختبر أوك ريدج الوطني كمرجع. بالنسبة لسيارات الركاب الأصغر حجمًا ، لا تزال المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم هي المحركات الرئيسية ، وفي بلدي ، تتمتع احتياطيات المواد المغناطيسية الأرضية النادرة بمزايا فريدة من نوعها للموارد. ولكن مع النمو الهائل لمركبات الطاقة الجديدة ، يتزايد أيضًا الحماس البحثي لمحركات جديدة عالية الكفاءة ومنخفضة التكلفة وآمنة وموثوقة.
