المواضيع:
- مقدمة
- محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد (متزامن، مع مغناطيس دائم)
- التحكم في التيار المتردد للمحرك المتزامن
- محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد (محرك قفص السنجاب غير متزامن)
- خريطة كفاءة المحرك الكهربائي المتزامن وغير المتزامن
مقدمة:
يستخدم المحرك الكهربائي لقيادة سيارة هجينة أو كهربائية بالكامل. يقوم المحرك الكهربائي بتحويل الطاقة الكهربائية (من البطارية أو موسع النطاق) إلى حركة لقيادة العجلات. بالإضافة إلى ذلك، يمكن للمحرك الكهربائي أيضًا تحويل الطاقة الحركية إلى طاقة كهربائية عند فرملة المحرك: الكبح المتجدد. في هذه الحالة، يعمل المحرك الكهربائي كدينامو. وبسبب هاتين الوظيفتين، نسمي المحرك الكهربائي أيضًا "الآلة الكهربائية".
خيارات وضع المحرك الكهربائي في السيارة الهجينة هي:
- في محرك الاحتراق، حيث يتم نقل الحركة عبر أحزمة متعددة أو مباشرة عبر العمود المرفقي؛
- بين المحرك وعلبة التروس: يتم تشغيل عمود الإدخال لعلبة التروس بواسطة المحرك الكهربائي؛
- متكاملة في علبة التروس.
- على التفاضلية.
- في محاور العجلات (محرك المحور).
غالبًا ما يتم تركيب المحرك الكهربائي للسيارة الكهربائية بالكامل على المحور الخلفي. تُظهر الصورة أدناه المحرك الكهربائي مع العاكس في غلاف أسطواني والمحرك النهائي لسيارة تسلا.
محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد (متزامن مع مغناطيس دائم):
الصورة التالية توضح أجزاء محرك أودي الكهربائي (المتزامن). يُستخدم هذا النوع في الطرازين الهجينين من A6 وA8. سنقوم بإدراج المكونات بإيجاز. يتم وصف هذه المكونات بالتفصيل في الفقرات التالية.
سيبدأ الجزء المتحرك ذو المغناطيس الدائم في الدوران نتيجة للتغير في المجال المغناطيسي في الجزء الثابت. يتم توصيل الدوار بالقابض، والذي يمكنه توصيل أو فصل محرك الاحتراق والمحرك الكهربائي (بالاشتراك مع القابض (غير موضح)) في ظروف تشغيل مختلفة. يتم تحديد موضع الدوار بواسطة محلل تم قياسها: هذه البيانات مهمة لسائقي IGBT للتحكم في ملفات الجزء الثابت في الوقت المناسب.
يمكن التحكم في المحرك الكهربائي ذو المغناطيس الدائم عن طريق التيار المستمر (الجهد المباشر) والتيار المتردد (الجهد المتردد).
يعد المحرك المتزامن أحد المحركات الكهربائية الأكثر استخدامًا في السيارات الهجينة أو الكهربائية بالكامل. يتكون هذا النوع من المحركات الكهربائية من الجزء الثابت مع اللفات والدوار مع العديد من المغناطيس الدائم. يدور الجزء المتحرك بنفس سرعة المجال المغناطيسي للجزء الثابت. يمكن التحكم في المحرك المتزامن على النحو التالي:
- التيار المتردد: يتم التحكم فيه عن طريق الإشارة الجيبية (التيار المتردد).
- DC: يتم التحكم فيه بإشارة مربعة أو شبه منحرفة (التيار المباشر)
يتكون الجزء الثابت للمحرك المتزامن من ثلاث مجموعات من ملفات الجزء الثابت: U وV وW. تحتوي كل مجموعة على ثلاث مجموعات من ستة ملفات متصلة بالتوازي وموزعة على محيط الجزء الثابت بالكامل. كل ملف ثالث ينتمي إلى نفس السلسلة.
- ملفات U: أزرق
- ملفات على شكل حرف V: خضراء
- لفائف W: أحمر
يحتوي الدوار على عدة مغناطيسات دائمة. ومن خلال تنشيط الملفات في الجزء الثابت بالتناوب، يتم إنشاء مجال مغناطيسي دوار. يتبع الدوار المجال الدوار وبالتالي يدور.
التحكم في التيار المتردد للمحرك المتزامن:
يستخدم التحكم في التيار المتردد التحكم في التردد أو التخفيف الجيبي. يتم تزويد ملفات الجزء الثابت بجهد موجة جيبية متناوب ثلاثي الطور لتدوير الجزء المتحرك.
الصورة أدناه توضح موضع الدوار مع أقصى ملف U متحمس. نتيجة للمجال المغناطيسي، تم وضع القطبين الشماليين في مواجهة مباشرة لفائف U النشطة. المؤشر الموجود في الرسم البياني بجوار المحرك الكهربائي يشير إلى التحكم في الملفات في تلك اللحظة.
لمعلوماتك: يدور الدوار الموجود في الشرح عند التحكم في ملفات الجزء الثابت في اتجاه عقارب الساعة.
في الصورة التالية، تكون الموجة الجيبية، أي التيار المتردد عبر الملف U، سالبة إلى أقصى حد. خلال عملية التحكم هذه، تكون الأقطاب الجنوبية للجزء المتحرك في مواجهة مباشرة لملفات الجزء الثابت (U) النشطة.
توجد في الواقع فجوة هوائية صغيرة بين القطبين الشمالي والجنوبي للدوار. أثناء التحول من القطب الجنوبي إلى القطب الشمالي، يتغير اتجاه التيار في الملف U. إضافي:
- التيار عبر الملف V (الأخضر) يكون إيجابيًا إلى أقصى حد تقريبًا؛ كما أن القطب الشمالي يقع تقريبًا مقابل الملف.
- كان التيار عبر الملف W سالبًا إلى الحد الأقصى وهو آخذ في الازدياد. لقد دار القطب الجنوبي خلف الملف.
لإعطاء انطباع عن كيفية تدفق التيار، الرسم المتحرك أدناه يوضح دوران الدوار بسبب التيار المتردد.
محرك كهربائي يعمل بالتيار المتردد (محرك قفص السنجاب غير متزامن):
إن قفص السنجاب أو المحرك الكهربائي ذو الدائرة القصيرة هو محرك غير متزامن. الفرق بين المحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم والمحرك غير المتزامن موجود في الدوار: وهو عبارة عن أسطوانة حديدية ناعمة ذات موصلات في الاتجاه الطولي. يعمل الجزء المتحرك بشكل غير متزامن مع الجزء الثابت، مما يعني أن هناك فرقًا في السرعة بين الجزء المتحرك والسرعة المغناطيسية للجزء الثابت. الجزء الثابت هو نفسه تمامًا.
يتكون دوار المحرك الكهربائي غير المتزامن من ملفات قصيرة الدائرة؛ ترتبط ملفات U وV وW ببعضها البعض من جانب واحد. عندما يكون الجزء المتحرك في مجال دوران الجزء الثابت، يتم إنشاء جهد تحريضي في ملفات الجزء الدوار. نظرًا لأن ملفات الجزء الدوار ذات دائرة قصيرة مع بعضها البعض، يتدفق التيار من خلالها. يؤدي هذا التيار إلى توليد الدوار مجالًا مغناطيسيًا، مما يؤدي إلى توليد عزم الدوران. نظرًا لأن تشغيل المحرك الكهربائي غير المتزامن يعتمد على قانون الحث، فإننا نسميه أيضًا محركًا تحريضيًا.
يؤثر عزم الدوران الناتج على الانزلاق بين المجال المغناطيسي الدوار في الجزء الثابت وسرعة الجزء المتحرك.
يتمتع المحرك غير المتزامن بعدد من المزايا والعيوب مقارنة بالمحرك المتزامن.
المزايا:
- دوار بسيط نسبيًا وقوي وغير مكلف؛
- عزم دوران عالي بسرعة منخفضة.
سلبيات:
- انخفاض كثافة الطاقة (لكل كتلة) والكفاءة (الكفاءة). تؤدي التيارات الموجودة في ملفات الجزء الدوار ذات الدائرة القصيرة إلى خسائر إضافية في الجزء الدوار؛
- لا يمكن التحكم في السرعة بدقة لأنها تعتمد على الحمل. وهذا في حد ذاته لا يجب أن يكون عيبًا: مع وجود نظام تحكم جيد، يمكن أيضًا تعديل سرعة المحرك غير المتزامن؛
- تيار البدء العالي.
يتم قياس موضع الدوار وسرعة المحرك غير المتزامن بواسطة أ مستشعر موضع الدوار. غالبًا ما توفر مستشعرات هول أربع نبضات على الأقل لكل دورة من الدوار لنقل موضع الدوار وسرعته. نحن لا نطلق على هذا النوع من مستشعر موضع الدوار محلل، كما هو الحال مع المحرك المتزامن.
على عكس المحرك المتزامن، ليس من الضروري أن يعرف مستشعر موضع الدوار موضع الدوار في حالة توقف تام. يعد موضع الجزء الدوار مهمًا أثناء الدوران: يجب توخي الحذر للتأكد من أن الانزلاق بين مجال الدوران المغناطيسي والدوار لا يصبح كبيرًا جدًا. عندما يتحرك المجال الدوار بسرعة كبيرة جدًا، قد تنشأ حالة حيث يرغب الجزء المتحرك فجأة في الدوران في الاتجاه الآخر. القوى التي تنشأ يمكن أن تكون كارثية على المكونات الميكانيكية والكهربائية.
تختار بعض الشركات المصنعة أيضًا استخدام محرك غير متزامن محلل تطبيق. السبب غير معروف بالنسبة لي. على أية حال، يكون المحلل دقيقًا للغاية سواء أثناء الوقوف أو أثناء التشغيل، مما قد يفيد التحكم الدقيق.
خريطة كفاءة المحرك الكهربائي المتزامن وغير المتزامن:
الصور أدناه توضح كفاءة المحرك الكهربائي المتزامن (يسار) والمحرك الكهربائي غير المتزامن (يمين).
- المحرك الكهربائي المتزامن فعال للغاية. تزيد الكفاءة عن 90% في مساحة كبيرة، وتصل قيم الذروة إلى 96%. ابتداءً من 2000 دورة في الدقيقة، يحدث ضعف في المجال، مما يؤدي إلى انخفاض الحد الأقصى لعزم الدوران.
- يتمتع المحرك غير المتزامن بكفاءة أقل بكثير من المحرك المتزامن عند السرعات المنخفضة.
الصفحات ذات الصلة:
