التكنولوجيا الأساسية للمحرك الكهربائي ل
مركبات الطاقة الجديدة
نظام القيادة الكهربائية هو الجزء الأساسي من السيارات الكهربائية والمركبات الهجينة. وتشمل مكوناته الرئيسية المحركات ووحدات التحكم في المحركات ومخفضات السرعة. تلعب هذه المكونات أدوارًا مختلفة في نظام القيادة الكهربائية وتعمل معًا لتحقيق تشغيل فعال وعالي الأداء للسيارة.
1. المحرك
المحرك هو جوهر نظام القيادة الكهربائية. وتتمثل مهمتها في تحويل الطاقة الكهربائية الناتجة عن البطارية إلى طاقة ميكانيكية لدفع السيارة إلى الأمام. في السيارات الكهربائية والمركبات الهجينة، تشتمل المحركات شائعة الاستخدام على محركات متزامنة ذات مغناطيس دائم (PMSM)، ومحركات تحريضية، ومحركات ذات ممانعة مبدلة.
1.1 محرك متزامن بمغناطيس دائم (PMSM)
المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم هو محرك فعال وعالي الأداء يستخدم على نطاق واسع في السيارات الكهربائية والمركبات الهجينة. إنه يحقق التشغيل الفعال للمحرك باستخدام المغناطيس الدائم لتوليد مجال مغناطيسي.
يتميز PMSM بكثافة طاقة عالية، وضوضاء منخفضة، واستهلاك منخفض للطاقة، ويمكنه تحقيق كفاءة عالية عبر نطاق سرعة واسع. بالإضافة إلى ذلك، فإن استراتيجية التحكم في PMSM ناضجة نسبيًا ويمكنها تحقيق التحكم الدقيق في عزم الدوران والسرعة.
1.2 المحرك التعريفي
المحرك التعريفي هو محرك كهربائي يعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. مبدأ العمل المحدد هو كما يلي:
في المحرك التحريضي، يتم تمرير تيار متردد عبر الجزء الثابت ويتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار من خلال ملفات الجزء الثابت. نظرًا لأن الجزء الدوار للمحرك التعريفي عبارة عن قرص معدني مغلق، فعندما يمر المجال المغناطيسي الدوار عبر الجزء الدوار، يتم تحفيز تيارات إيدي في الدوار. تخلق هذه التيارات الدوامية مجالًا مغناطيسيًا عكسيًا يتفاعل مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت لإنتاج عزم الدوران. يبدأ الدوار في الدوران ويستمر في الدوران مع تغير المجال المغناطيسي الدوار. لا تواكب سرعة دوران الجزء المتحرك تردد المجال المغناطيسي الدوار، لذلك تسمى المحركات التحريضية أيضًا بالمحركات غير المتزامنة.
من خلال التحكم في المعلمات مثل تسلسل التيار والطور في الجزء الثابت، يمكن تحقيق التحكم الدقيق في سرعة المحرك التعريفي والتوجيه وعزم الدوران.
تتميز المحركات الحثية بمزايا الهيكل البسيط، والتشغيل الموثوق، وسهولة الصيانة، والتكلفة المنخفضة نسبيًا، وهي مناسبة لمعظم التطبيقات، مثل الأجهزة المنزلية، وأدوات الطاقة، والآلات الصناعية، والنقل.
1.3 محرك التردد المتغير
يعتمد مبدأ عمل محرك الممانعة التبديلية (SRM) على مبدأ أن التدفق المغناطيسي يكون دائمًا مغلقًا على طول مسار النفاذية المغناطيسية القصوى. عندما لا تتطابق الخطوط المركزية لأسنان الجزء الثابت والدوار، ولا تصل النفاذية المغناطيسية إلى الحد الأقصى، فإن المجال المغناطيسي سيولد قوة سحب مغناطيسية ويشكل عزم دوران ممانعة، مما يتسبب في دوران الجزء المتحرك إلى موضع أقصى نفاذية مغناطيسية. عندما يتم توفير التيار لكل مرحلة من ملفات الجزء الثابت بالتسلسل، فإن الجزء الدوار للمحرك سوف يدور خطوة بخطوة في الاتجاه المعاكس لتسلسل الطور المنشط. سيؤدي تغيير تسلسل التنشيط لكل مرحلة من مراحل الجزء الثابت إلى تغيير اتجاه المحرك. ومع ذلك، فإن التغييرات في اتجاه تدفق تيار الطور لن تؤثر على دوران الجزء المتحرك.
يتميز محرك التردد المبدل بمزايا الهيكل البسيط والتكلفة المنخفضة والموثوقية العالية وأداء البدء الجيد وأداء تنظيم السرعة، كما أن جهاز التحكم بسيط نسبيًا. ومع ذلك، في التطبيقات العملية، فإن محركات الممانعة التبديلية لها عيوب مثل تموج عزم الدوران الكبير، والضوضاء العالية، والحاجة إلى كاشفات الموضع.
2. وحدة التحكم في المحرك
تعد وحدة التحكم في المحرك مكونًا رئيسيًا لنظام القيادة الكهربائية وهي مسؤولة عن التحكم في المحرك وتنظيمه. تشمل الوظائف الرئيسية لوحدة التحكم في المحرك ما يلي: قبول إشارات دواسة الوقود ودواسة الفرامل التي يدخلها السائق، وتحويل إشارات الدواسة إلى إشارات كهربائية وإرسالها إلى وحدة التحكم في المحرك؛ مراقبة المعلمات مثل جهد البطارية والتيار ودرجة الحرارة لضمان التشغيل الطبيعي لوحدة تحكم المحرك ؛ التحكم في سرعة وعزم دوران المحرك لتحقيق تسارع السيارة، والتباطؤ، والكبح وغيرها من العمليات؛ التواصل مع وحدات التحكم الأخرى من خلال ناقل CAN لتنسيق نظام طاقة السيارة ونظام التحكم ونظام السلامة، وما إلى ذلك.
تتكون وحدة التحكم في المحرك من أجهزة وبرامج التحكم. تشتمل أجهزة التحكم على وحدات التحكم الدقيقة وأجهزة الطاقة ودوائر الحماية وواجهات الاتصال وما إلى ذلك، وهي مسؤولة عن تحقيق تحويل الإشارات الكهربائية والتحكم فيها. برنامج التحكم مسؤول عن تحقيق استراتيجية التحكم في المحرك، وتشخيص الأخطاء ووظائف المعالجة.
3. المخفض
يعد المخفض أحد المكونات التي لا غنى عنها في نظام القيادة الكهربائية. وتتمثل مهمتها في تقليل سرعة المحرك وزيادة عزم الدوران الناتج. تتكون المخفضات عادة من التروس والمحامل والأختام. اعتمادًا على هيكلها وأدائها، يمكن تقسيمها إلى مخفضات تروس ومخفضات تروس كوكبية ومخفضات تروس دودية.
في السيارات الكهربائية والمركبات الهجينة، غالبًا ما يتم استخدام مخفضات التروس الكوكبية أو مخفضات التروس الدودية. يتميز مخفض التروس الكوكبي بكفاءة نقل عالية وحجم صغير، وهو مناسب للمركبات عالية السرعة. تتميز مخفضات التروس الدودية بعزم دوران أكبر وضوضاء أقل، وهي مناسبة للمركبات ذات السرعة المنخفضة والحمولة العالية.
باختصار، يعد المحرك الكهربائي ووحدة التحكم في المحرك ومخفض السرعة المكونات الأساسية في نظام القيادة الكهربائية التي تعمل معًا لتحقيق تشغيل فعال وعالي الأداء للمركبة. مع التطور المستمر للتكنولوجيا، فإن اتجاه تطوير تكنولوجيا القيادة الكهربائية المستقبلية هو التكامل والمنصة والكفاءة العالية والسرعة الأعلى. إن ظهور هذه الاتجاهات وتطورها سيجلب العديد من الفرص والتحديات، ومن الضروري أيضًا الانتباه إلى تأثير عوامل مثل NVH والتكلفة والموثوقية.
