تطبيق محرك ثلاثي الأطوار في BEVs

أصبحت السيارات الكهربائية التي تعمل بالبطارية (BEVs) شائعة بشكل متزايد بسبب انبعاثاتها المنخفضة وتحسين كفاءة الطاقة مقارنة بالمركبات التقليدية. يعد المحرك الكهربائي مكونًا مهمًا في BEV ، وهو مسؤول عن تحويل الطاقة الكهربائية المخزنة في البطارية إلى طاقة ميكانيكية تدفع عجلات السيارة. أحد أنواع المحركات التي تكتسب شعبية في سياق BEVs هو المحرك ثلاثي الطور.

في هذه المقالة ، سوف نستكشف الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور في BEVs. سنبدأ بمناقشة أساسيات تقنية المحركات ثلاثية الطور وكيف تختلف عن الأنواع الأخرى من المحركات. ثم سنقوم بفحص مزايا المحركات ثلاثية الطور في سياق BEVs ، بما في ذلك كفاءتها وموثوقيتها وفعاليتها من حيث التكلفة. أخيرًا ، سنلقي نظرة على بعض أحدث الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور وكيف يقودون الابتكار في صناعة BEV.

أساسيات تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور

المحرك ثلاثي الطور هو نوع من محركات التيار المتردد يستخدم ثلاث مراحل من الطاقة الكهربائية لتوليد حركة دورانية. على عكس محرك التيار المستمر ، الذي يستخدم تيارًا مباشرًا لإنشاء مجال مغناطيسي يقوم بتدوير المحرك ، يستخدم المحرك ثلاثي الطور تيارًا متناوبًا لإنشاء مجال مغناطيسي دوار يحرك دوار المحرك.

تشتمل المكونات الأساسية لمحرك ثلاثي الطور على الجزء الثابت والدوار والمحامل. يتكون الجزء الثابت من مكون ثابت يحتوي على لف المحرك ، بينما الجزء المتحرك هو المكون الدوار الذي يحركه المجال المغناطيسي الذي تم إنشاؤه بواسطة الجزء الثابت. توفر المحامل الدعم للعضو الدوار وتسمح له بالدوران بحرية.

يعمل المحرك ثلاثي الطور على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي. عندما يمر تيار متناوب عبر لف الجزء الثابت ، فإنه يخلق مجالًا مغناطيسيًا دوارًا. يتفاعل هذا المجال المغناطيسي مع الدوار ، مما يؤدي إلى تدويره. عندما يدور الجزء المتحرك ، فإنه يولد قوة دافعة كهربائية خلفية (EMF) تعارض تدفق التيار عبر لف الجزء الثابت. هذا EMF الخلفي هو ما يسمح للمحرك بالحفاظ على سرعة ثابتة تحت الأحمال المتغيرة.

هناك أنواع مختلفة من المحركات ثلاثية الطور المستخدمة في تطبيقات السيارات:

• المحرك التعريفي: هذا هو المحرك الأكثر استخدامًا في المركبات الكهربائية. يعمل على مبدأ الحث الكهرومغناطيسي وله تصميم بسيط ومتين.
• محرك متزامن مغناطيسي دائم (PMSM): تستخدم PMSM على نطاق واسع في المركبات الكهربائية والهجينة. تتميز بكفاءة عالية وتوفر كثافة عالية الطاقة. تحتوي PMSM على دوار بمغناطيس دائم وتتطلب تحكمًا دقيقًا في تيار الجزء الثابت للعمل.
• محرك التردد المحول (SRM): تتميز SRMs ببنية بسيطة وتوفر كفاءة عالية بسرعات منخفضة. يستخدمون عزم دوران الممانعة الذي ينشأ بسبب التدفق المغناطيسي الذي يبحث عن مسار منخفض التردد عبر الجزء الثابت والدوار.
• محرك DC بدون فرشات (BLDC): تُستخدم محركات BLDC في أنظمة توجيه الطاقة الكهربائية والتطبيقات الأخرى التي تتطلب التحكم الدقيق في السرعة وعزم الدوران. لديهم دوار بمغناطيس دائم وعضو ثابت مع لفات يتم تبديلها إلكترونيًا.
• محرك ناقل الحركة ثنائي القابض (DCT): تُستخدم محركات DCT في المركبات ذات ناقل الحركة ثنائي القابض. لديهم قابضان مستقلان ويمكنهما نقل التروس بسرعة وسلاسة.
• محرك متزامن AC: تُستخدم المحركات المتزامنة AC في أنظمة توليد القوة الكهربائية للسيارات الكهربائية والهجينة. لديهم دوار بمغناطيس دائم ويتطلبون تحكمًا دقيقًا في تيار الجزء الثابت للعمل.

من بين هذه الأنواع من المحركات ثلاثية الطور ، المحرك الأكثر استخدامًا والأكثر صلة بمناقشتنا هو المحرك المتزامن AC. هناك عدة أنواع من المحركات المتزامنة التي تعمل بالتيار المتردد والتي تُستخدم في أنظمة توليد القوة الكهربائية للسيارات. أحد الأنواع الشائعة هو محرك المغناطيس الدائم المثبت على السطح. في هذا النوع من المحركات ، يتم توصيل المغناطيس الدائم بسطح الدوار ، ويكون للجزء الثابت ملفات ملفوفة حول الجزء الخارجي من المحرك. يوفر هذا التصميم كثافة طاقة عالية وكفاءة جيدة ، ولكن قد يكون من الصعب التحكم في السرعات العالية.

نوع آخر من المحركات المتزامنة AC هو محرك المغناطيس الدائم الداخلي. في هذا النوع من المحركات ، يتم تضمين المغناطيس الدائم داخل الدوار ، ويحتوي الجزء الثابت على لفات ملفوفة حول الجزء الداخلي من المحرك. يوفر هذا التصميم كفاءة وتحكمًا جيدًا ، وغالبًا ما يستخدم في المركبات الهجينة.

بناء محركات ثلاثية الطور للتيار المتردد

اتصال دلتا النجم ، المعروف أيضًا باسم اتصال Y-، هو طريقة شائعة لتوصيل محركات التيار المتردد ثلاثية الطور. يسمح هذا النوع من الاتصال بتشغيل المحرك بجهد وتيار منخفضين ، مما يساعد على منع تيار البدء المفرط وتقليل الضغط الميكانيكي على لفات المحرك. في هذا القسم ، سوف نستكشف اتصال دلتا النجم بمزيد من التفصيل ونناقش مزاياها وعيوبها.

أولاً ، دعنا نناقش الأسلاك لمحرك AC ثلاثي الطور. يحتوي محرك التيار المتردد ثلاثي الأطوار على ثلاث لفات ، كل منها متصل بمرحلة مختلفة من مصدر طاقة التيار المتردد. عادةً ما يتم تسمية الملفات باسم A و B و C ، ويتم توصيلها عادةً في أحد التكوينين: التكوين النجمي أو دلتا.

في التكوين النجمي ، ترتبط اللفات الثلاث بنقطة مركزية ، وتشكل شكل النجم. تسمى هذه النقطة المركزية بالنقطة المحايدة ، وعادة ما تكون متصلة بالأرض. ترتبط أطراف المحرك ثلاثية الطور بنهايات اللفات الثلاث ، كما هو موضح في الشكل 2.

في تكوين دلتا ، يتم توصيل اللفات الثلاث في حلقة مغلقة ، لتشكيل شكل مثلث. ترتبط أطراف المحرك ثلاثية الطور بزوايا المثلث ، كما هو موضح في الشكل 3.

الآن ، دعنا نناقش اتصال دلتا النجم. في هذا التكوين ، يتم توصيل المحرك مبدئيًا في تكوين النجمة أثناء فترة البدء. هذا يقلل من الجهد والتيار المطبق على المحرك ، مما يساعد على منع تيار البدء المفرط وتقليل الضغط الميكانيكي على لفات المحرك.

بعد وصول المحرك إلى سرعة معينة ، يتم تحويل الاتصال إلى تكوين دلتا. يؤدي هذا إلى زيادة الجهد والتيار المطبق على المحرك ، مما يسمح له بالعمل بأقصى سرعة. عادةً ما يتم التبديل بين تكوينات النجمة والدلتا باستخدام موصل أو مرحل.

مزايا المحركات ثلاثية الطور في BEVs

أصبحت المحركات ثلاثية الطور اتجاهًا في سياق BEVs نظرًا لكفاءتها وموثوقيتها وفعاليتها من حيث التكلفة. دعنا نفحص كل من هذه المزايا بمزيد من التفصيل.

كفاءة

واحدة من المزايا الأساسية للمحركات ثلاثية الطور في سياق BEVs هي كفاءتها. تتميز المحركات ثلاثية الطور بنسبة طاقة إلى وزن أعلى مقارنةً بأنواع المحركات الأخرى ، مما يعني أنها يمكن أن تنتج طاقة أكبر بينما تكون أخف وزنًا. يعد هذا أمرًا ضروريًا في سياق السيارات الكهربائية ، حيث يعتبر الوزن عاملاً حاسمًا في تحديد نطاق السيارة وكفاءتها الإجمالية.

بالإضافة إلى ذلك ، تعد المحركات ثلاثية الطور أكثر كفاءة في تحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية من الأنواع الأخرى من المحركات. لديهم عامل طاقة أعلى ، مما يعني أنهم يهدرون طاقة أقل ، مثل الحرارة والضوضاء. هذا أمر بالغ الأهمية في سياق BEVs ، حيث تكون كفاءة الطاقة ضرورية لتعظيم نطاق السيارة وتقليل تأثيرها البيئي.

مصداقية

ميزة أخرى للمحركات ثلاثية الطور في سياق BEVs هي موثوقيتها. تتميز المحركات ثلاثية الطور بتصميم بسيط مع أجزاء متحركة قليلة ، مما يعني أنها تتطلب صيانة أقل وأقل عرضة للفشل. هذا مهم في سياق BEVs ، حيث تكون الموثوقية ضرورية ويمكن أن تكون تكلفة الصيانة والإصلاحات عالية.

بالإضافة إلى ذلك ، تعد المحركات ثلاثية الطور أقل عرضة لارتفاع درجة الحرارة مقارنةً بأنواع المحركات الأخرى. هذا بسبب نظام التبريد الفعال الخاص بهم ، والذي يسمح لهم بتبديد الحرارة بشكل أكثر فعالية. هذا أمر بالغ الأهمية في سياق السيارات الكهربائية ، حيث يمكن أن يتسبب ارتفاع درجة الحرارة في تلف المحرك وتقليل عمره.

الفعالية من حيث التكلفة

أخيرًا ، تعد المحركات ثلاثية الطور أكثر فعالية من حيث التكلفة من الأنواع الأخرى من المحركات. تستخدم على نطاق واسع في التطبيقات الصناعية والتجارية ، مما يعني أنها تنتج بكميات كبيرة وتكلفة أقل لكل وحدة مقارنة بأنواع المحركات الأخرى. يُترجم هذا إلى تكلفة أقل لمصنعي BEV ، مما يسهل عليهم تقديم سيارات كهربائية أكثر بأسعار معقولة للمستهلكين.

بالإضافة إلى ذلك ، من السهل التحكم في المحركات ثلاثية الطور ويمكن التحكم فيها باستخدام تقنيات التحكم في المحركات القياسية ، مما يقلل من الحاجة إلى المعدات والبرامج المتخصصة. هذا يقلل بشكل أكبر من تكلفة تنفيذ المحركات ثلاثية الطور في BEVs.

أحدث الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور للمركبات الكهربائية

أدى الاتجاه نحو استخدام المحركات ثلاثية الطور في BEVs إلى ابتكارات في التكنولوجيا المستخدمة لتصنيع هذه المحركات والتحكم فيها. دعنا ندرس بعضًا من أحدث الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور للمركبات الكهربائية.

مواد عالية الكفاءة

أحد أحدث الاتجاهات في تكنولوجيا المحركات ثلاثية الطور للمركبات الكهربائية هو استخدام المواد عالية الكفاءة في بناء المحرك. وتشمل هذه المواد السبائك المتطورة ومغناطيسات الأرض النادرة ومركبات ألياف الكربون. تتمتع هذه المواد بكثافة تدفق مغناطيسي أعلى وموصلية حرارية أفضل ، مما يسمح للمحرك بإنتاج المزيد من الطاقة مع توليد حرارة أقل.

بالإضافة إلى ذلك ، فإن استخدام مغناطيس الأرض النادرة في بناء المحرك يحسن كفاءته ويقلل من وزنه. ومع ذلك ، فإن إنتاج مغناطيسات أرضية نادرة يمكن أن يكون ضارًا بالبيئة ، وهناك اتجاه متزايد نحو استخدام مواد بديلة أكثر استدامة.

تحكم ذكي في المحرك

هناك اتجاه آخر في تقنية المحركات ثلاثية الطور للمركبات الكهربائية وهو استخدام أنظمة التحكم في المحركات الذكية. تستخدم هذه الأنظمة خوارزميات وأجهزة استشعار متقدمة لتحسين أداء المحرك استنادًا إلى بيانات الوقت الفعلي. يسمح هذا للمحرك بالعمل بأعلى كفاءة له مع تقليل استهلاكه الإجمالي للطاقة.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن لأنظمة التحكم الذكية في المحرك اكتشاف وتشخيص الأعطال في المحرك ، مما يسمح بالصيانة الوقائية ويقلل من مخاطر التعطل غير المتوقع.

أنظمة المحرك والعاكس المتكاملة

أخيرًا ، هناك اتجاه متزايد نحو دمج أنظمة المحرك والعاكس في BEVs. تقليديا ، كان هذان المكونان منفصلين ، ولكن من خلال دمجهما ، يمكن للمصنعين تقليل الحجم الكلي والوزن والتكلفة للمحرك ونظام العاكس. تتيح أنظمة المحرك والعاكس المدمجة أيضًا تحكمًا أكثر دقة في أداء المحرك وتقليل كمية الأسلاك المطلوبة في النظام الكهربائي للسيارة.