تويت
يعمل محرك السيارة الكهربائية باستخدام عملية فيزيائية تم تطويرها في نهاية القرن التاسع عشر. يتكون هذا من استخدام تيار لإنشاء مجال مغناطيسي في الجزء الثابت من الجهاز (the “stator”) الذي يؤدي إزاحته إلى تحريك الجزء الدوار (the “rotor”). سنلقي نظرة فاحصة على هذين الجزأين، والمزيد في الأسفل.
ما الفرق بين العامل أو الأنجین (engine) والمحرك (motor)؟ غالبًا ما يتم استخدام الكلمتين بالتبادل. لذلك، من المهم التمييز بينها منذ البداية. على الرغم من استخدامه كمرادف تقريبًا في الوقت الحاضر، عندما يتعلق الأمر بصناعة السيارات، يشير “المحرك”(motor) إلى آلة تحول الطاقة إلى طاقة ميكانيكية (وبالتالي حركة)، بينما يقوم “العامل أو الأنجین”(engine) بنفس الشيء، ولكن على وجه التحديد باستخدام طاقة. عندما نتحدث عن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، فإننا نعني الاحتراق وليس الكهرباء.
بمعنى آخر، الأنجین هو نوع من المحركات. لكن المحرك ليس بالضرورة انجیناً. في المركبات الكهربائية، نظرًا لأن الطاقة الميكانيكية يتم إنشاؤها من الكهرباء، فإننا نستخدم كلمة “محرك” لوصف الجهاز الذي يجعل السيارة الكهربائية تتحرك (ويعرف أيضًا باسم الجر) (aka traction).
كيف يعمل محرك السيارة الكهربائي بالداخل أو السيارة الكهربائية؟
الآن بعد أن علمنا أننا نتحدث عن المحركات وليس الأنجینات، كيف يعمل المحرك داخل السيارة الكهربائية؟
يمكن العثور على المحركات الكهربائية هذه الأيام في العديد من الأجهزة اليومية. أولئك الذين يستخدمون محركات التيار المباشر (DC) لديهم وظائف أساسية تمامًا. المحرك متصل مباشرة بمصدر للطاقة وتعتمد سرعة دورانه بشكل مباشر على شدة التيار. على الرغم من سهولة إنتاج هذه المحركات الكهربائية، إلا أنها لا تلبي متطلبات الطاقة أو الموثوقية أو الحجم للسيارة الكهربائية، على الرغم من أنك قد تجدها تشغل مساحات الزجاج الأمامي والنوافذ والآليات الأصغر الأخرى داخل السيارة.
ستاتور أو الجزء الثابت (THE STATOR) والدوار (THE ROTOR)
إذا كنت تريد أن تفهم كيفية عمل السيارة الكهربائية، فعليك أن تكون على دراية بالعناصر المادية لمحركها الكهربائي. ويبدأ بفهم مبادئ جزأيه الرئيسيين: الجزء الثابت والدوار. من السهل تذكر الفرق بين الاثنين: يكون الجزء الثابت ثابتًا، بينما يدور الجزء المتحرك. في المحرك، يستخدم الجزء الثابت الطاقة لإنشاء مجال مغناطيسي يقوم بعد ذلك بتحويل الجزء المتحرك.
إذن كيف يعمل المحرك عندما يتعلق الأمر بتشغيل سيارة كهربائية؟ لهذا يجب أن ننتقل إلى محركات التيار المتردد (AC)، والتي تتطلب استخدام دائرة تحويل لتحويل التيار المباشر (DC) الذي توفره البطارية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على نوعين مختلفين من التيار.
تشغيل السيارة الكهربائية/ AC VS DC
أولاً، إذا كنت تريد فهم كيفية عمل محرك السيارة الكهربائية، فأنت بحاجة إلى معرفة الفرق بين التيار المتردد والتيار المستمر (التيارات الإلكترونية).
تتحرك الكهرباء عبر موصل بطريقتين. يصف التيار المتردد (AC) تيارًا كهربائيًا تغير فيه الإلكترونات اتجاهها بشكل دوري. التيار المباشر (DC) ، كما يوحي اسمه، يتدفق في اتجاه واحد.
تعمل البطارية في السيارة الكهربائية باستخدام التيار المباشر. ولكن عندما يتعلق الأمر بالمحرك الرئيسي للسيارة الكهربائية (الذي يوفر قوة دفع للمركبة)، يجب تحويل طاقة التيار المستمر هذه إلى تيار متردد عبر العاكس.
إذن ماذا يحدث بمجرد وصول هذه الطاقة إلى المحرك؟ يعتمد ذلك على ما إذا كانت السيارة تستخدم محركًا متزامنًا(synchronous) أو غير متزامن(asynchronous).
أنواع المحركات الكهربائية
يوجد نوعان من محركات التيار المتناوب في صناعة السيارات: المحركات المتزامنة وغير المتزامنة. عندما يتعلق الأمر بمركبة كهربائية، فإن لكل من المحركات المتزامنة وغير المتزامنة قوتها الخاصة – فالإحداها ليس بالضرورة “أفضل” من الآخر.
محركات غیر متزامنه
يعتمد المحرك غير المتزامن، ويسمى أيضًا المحرك التعريفي(induction motor)، على الجزء الثابت الذي يعمل بالطاقة الكهربائية لتوليد مجال مغناطيسي دوار. يؤدي هذا بعد ذلك إلى جذب الدوار إلى مطاردة لا نهاية لها، كما لو كان يحاول اللحاق بالمجال المغناطيسي دون أن ينجح أبدًا. غالبًا ما يستخدم المحرك غير المتزامن في السيارات الكهربائية التي تستخدم بشكل كبير للقيادة بسرعات عالية لفترات طويلة من الزمن.
محركات متزامنه
في المحرك المتزامن، يعمل الدوار كمغناطيس كهربائي بحد ذاته، ويشارك بنشاط في إنشاء المجال المغناطيسي. وبالتالي فإن سرعة دورانه تتناسب طرديًا مع تردد التيار الذي يمد المحرك بالطاقة. هذا يجعل المحرك المتزامن مثاليًا للقيادة الحضرية، والتي تتطلب عادةً التوقف والبدء بشكل منتظم بسرعات منخفضة.
تعمل كل من المحركات المتزامنة وغير المتزامنة بطريقة عكسية، مما يعني أنه يمكنها تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء أثناء التباطؤ. هذا هو مبدأ الكبح المتجدد المشتق من المولد.
اقرا عن حافلات خلايا الوقود
قطع غيار المواتير الكهربائية
دعنا الآن نلقي نظرة فاحصة على بعض الأجزاء المختلفة الموجودة في محرك السيارة الكهربائية: من مغناطيس المحرك الكهربائي أو المحركات المتزامنة المثارة خارجيًا (EESM) إلى وحدة توليد القوة بشكل عام.
مغناطيس دائم
تستخدم بعض المحركات المتزامنة محركًا مغناطيسيًا دائمًا للدوار. يتم تضمين هذه المغناطيسات الدائمة في الدوار الصلب، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا. يتميز المغناطيس الكهربائي الدائم بميزة التشغيل بدون مصدر طاقة ولكنه يتطلب استخدام معادن أو سبائك مثل النيوديميوم(neodymium) أو الديسبروسيوم(dysprosium). هذه “الأتربة النادرة”(rare earths) مغنطيسية حديدية ، مما يعني أنه يمكن مغنطتها لتصبح مغناطيسًا دائمًا. يتم استخدامها لأغراض صناعية متعددة: من مولدات توربينات الرياح(wind turbine generators) ، والأدوات اللاسلكية(cordless tools) وسماعات الرأس(headphones) ، إلى دينامو الدراجات(bicycle dynamos) و … محركات الجر(traction motors) لبعض المركبات الكهربائية!
المشكلة هي أن أسعار هذه “الأرض النادرة” متقلبة للغاية. على الرغم من اسمها ، فهي ليست بالضرورة نادرة إلى هذا الحد ، في الواقع ، ولكنها توجد بشكل حصري تقريبًا في الصين ، والتي تمتلك بالتالي شبه احتكار على إنتاجها وبيعها وتوزيعها. وهذا يفسر سبب عمل الشركات المصنعة بجد لإيجاد حلول بديلة لمحركات السيارات الكهربائية.
محركات متزامنه منفعله خارجيًا
يتضمن أحد هذه الحلول ، التي استخدمتها رينو(Renault) لـ New ZOE ، بناء مغناطيس محرك كهربائي من ملف نحاسي. يتطلب هذا عملية صناعية أكثر تعقيدًا ولكنه يجعل من الممكن تجنب مشاكل الإمداد ، مع الحفاظ على نسبة ممتازة بين وزن المحرك وعزم الدوران الناتج.
التيار الكهربائي
في السيارة الكهربائية ، يكون المحرك المكون من الدوار والجزء الثابت جزءًا من وحدة أكبر ، وهي مجموعة نقل الحركة الكهربائية ، وهي مجموعة تجعل المحرك الكهربائي يعمل.
ضمن هذه الوحدة أيضًا ، تجمع وحدة التحكم الإلكترونية (PEC) بين جميع إلكترونيات الطاقة المسؤولة عن إدارة مصدر طاقة المحرك وشحن البطارية. أخيرًا ، يتضمن محرك التروس ، الجزء المسؤول عن ضبط عزم الدوران وسرعة الدوران التي ينتقلها المحرك إلى العجلات.
تعمل هذه العناصر معًا على جعل المحرك الكهربائي يعمل بسلاسة وكفاءة. وماذا كانت النتيجة؟ سيارتك الكهربائية صامتة وموثوقة وأقل تكلفة ومتعة في القيادة!
ما الفرق بين العامل أو الأنجین (engine) والمحرك (motor)؟ غالبًا ما يتم استخدام الكلمتين بالتبادل. لذلك، من المهم التمييز بينها منذ البداية. على الرغم من استخدامه كمرادف تقريبًا في الوقت الحاضر، عندما يتعلق الأمر بصناعة السيارات، يشير “المحرك”(motor) إلى آلة تحول الطاقة إلى طاقة ميكانيكية (وبالتالي حركة)، بينما يقوم “العامل أو الأنجین”(engine) بنفس الشيء، ولكن على وجه التحديد باستخدام طاقة. عندما نتحدث عن تحويل الطاقة الحرارية إلى طاقة ميكانيكية، فإننا نعني الاحتراق وليس الكهرباء.
بمعنى آخر، الأنجین هو نوع من المحركات. لكن المحرك ليس بالضرورة انجیناً. في المركبات الكهربائية، نظرًا لأن الطاقة الميكانيكية يتم إنشاؤها من الكهرباء، فإننا نستخدم كلمة “محرك” لوصف الجهاز الذي يجعل السيارة الكهربائية تتحرك (ويعرف أيضًا باسم الجر) (aka traction).
كيف يعمل محرك السيارة الكهربائي بالداخل أو السيارة الكهربائية؟
الآن بعد أن علمنا أننا نتحدث عن المحركات وليس الأنجینات، كيف يعمل المحرك داخل السيارة الكهربائية؟
يمكن العثور على المحركات الكهربائية هذه الأيام في العديد من الأجهزة اليومية. أولئك الذين يستخدمون محركات التيار المباشر (DC) لديهم وظائف أساسية تمامًا. المحرك متصل مباشرة بمصدر للطاقة وتعتمد سرعة دورانه بشكل مباشر على شدة التيار. على الرغم من سهولة إنتاج هذه المحركات الكهربائية، إلا أنها لا تلبي متطلبات الطاقة أو الموثوقية أو الحجم للسيارة الكهربائية، على الرغم من أنك قد تجدها تشغل مساحات الزجاج الأمامي والنوافذ والآليات الأصغر الأخرى داخل السيارة.
ستاتور أو الجزء الثابت (THE STATOR) والدوار (THE ROTOR)
إذا كنت تريد أن تفهم كيفية عمل السيارة الكهربائية، فعليك أن تكون على دراية بالعناصر المادية لمحركها الكهربائي. ويبدأ بفهم مبادئ جزأيه الرئيسيين: الجزء الثابت والدوار. من السهل تذكر الفرق بين الاثنين: يكون الجزء الثابت ثابتًا، بينما يدور الجزء المتحرك. في المحرك، يستخدم الجزء الثابت الطاقة لإنشاء مجال مغناطيسي يقوم بعد ذلك بتحويل الجزء المتحرك.
إذن كيف يعمل المحرك عندما يتعلق الأمر بتشغيل سيارة كهربائية؟ لهذا يجب أن ننتقل إلى محركات التيار المتردد (AC)، والتي تتطلب استخدام دائرة تحويل لتحويل التيار المباشر (DC) الذي توفره البطارية. دعونا نلقي نظرة فاحصة على نوعين مختلفين من التيار.
تشغيل السيارة الكهربائية/ AC VS DC
أولاً، إذا كنت تريد فهم كيفية عمل محرك السيارة الكهربائية، فأنت بحاجة إلى معرفة الفرق بين التيار المتردد والتيار المستمر (التيارات الإلكترونية).
تتحرك الكهرباء عبر موصل بطريقتين. يصف التيار المتردد (AC) تيارًا كهربائيًا تغير فيه الإلكترونات اتجاهها بشكل دوري. التيار المباشر (DC) ، كما يوحي اسمه، يتدفق في اتجاه واحد.
تعمل البطارية في السيارة الكهربائية باستخدام التيار المباشر. ولكن عندما يتعلق الأمر بالمحرك الرئيسي للسيارة الكهربائية (الذي يوفر قوة دفع للمركبة)، يجب تحويل طاقة التيار المستمر هذه إلى تيار متردد عبر العاكس.
إذن ماذا يحدث بمجرد وصول هذه الطاقة إلى المحرك؟ يعتمد ذلك على ما إذا كانت السيارة تستخدم محركًا متزامنًا(synchronous) أو غير متزامن(asynchronous).
أنواع المحركات الكهربائية
يوجد نوعان من محركات التيار المتناوب في صناعة السيارات: المحركات المتزامنة وغير المتزامنة. عندما يتعلق الأمر بمركبة كهربائية، فإن لكل من المحركات المتزامنة وغير المتزامنة قوتها الخاصة – فالإحداها ليس بالضرورة “أفضل” من الآخر.
محركات غیر متزامنه
يعتمد المحرك غير المتزامن، ويسمى أيضًا المحرك التعريفي(induction motor)، على الجزء الثابت الذي يعمل بالطاقة الكهربائية لتوليد مجال مغناطيسي دوار. يؤدي هذا بعد ذلك إلى جذب الدوار إلى مطاردة لا نهاية لها، كما لو كان يحاول اللحاق بالمجال المغناطيسي دون أن ينجح أبدًا. غالبًا ما يستخدم المحرك غير المتزامن في السيارات الكهربائية التي تستخدم بشكل كبير للقيادة بسرعات عالية لفترات طويلة من الزمن.
محركات متزامنه
في المحرك المتزامن، يعمل الدوار كمغناطيس كهربائي بحد ذاته، ويشارك بنشاط في إنشاء المجال المغناطيسي. وبالتالي فإن سرعة دورانه تتناسب طرديًا مع تردد التيار الذي يمد المحرك بالطاقة. هذا يجعل المحرك المتزامن مثاليًا للقيادة الحضرية، والتي تتطلب عادةً التوقف والبدء بشكل منتظم بسرعات منخفضة.
تعمل كل من المحركات المتزامنة وغير المتزامنة بطريقة عكسية، مما يعني أنه يمكنها تحويل الطاقة الميكانيكية إلى كهرباء أثناء التباطؤ. هذا هو مبدأ الكبح المتجدد المشتق من المولد.
اقرا عن حافلات خلايا الوقود
قطع غيار المواتير الكهربائية
دعنا الآن نلقي نظرة فاحصة على بعض الأجزاء المختلفة الموجودة في محرك السيارة الكهربائية: من مغناطيس المحرك الكهربائي أو المحركات المتزامنة المثارة خارجيًا (EESM) إلى وحدة توليد القوة بشكل عام.
مغناطيس دائم
تستخدم بعض المحركات المتزامنة محركًا مغناطيسيًا دائمًا للدوار. يتم تضمين هذه المغناطيسات الدائمة في الدوار الصلب، مما يخلق مجالًا مغناطيسيًا ثابتًا. يتميز المغناطيس الكهربائي الدائم بميزة التشغيل بدون مصدر طاقة ولكنه يتطلب استخدام معادن أو سبائك مثل النيوديميوم(neodymium) أو الديسبروسيوم(dysprosium). هذه “الأتربة النادرة”(rare earths) مغنطيسية حديدية ، مما يعني أنه يمكن مغنطتها لتصبح مغناطيسًا دائمًا. يتم استخدامها لأغراض صناعية متعددة: من مولدات توربينات الرياح(wind turbine generators) ، والأدوات اللاسلكية(cordless tools) وسماعات الرأس(headphones) ، إلى دينامو الدراجات(bicycle dynamos) و … محركات الجر(traction motors) لبعض المركبات الكهربائية!
المشكلة هي أن أسعار هذه “الأرض النادرة” متقلبة للغاية. على الرغم من اسمها ، فهي ليست بالضرورة نادرة إلى هذا الحد ، في الواقع ، ولكنها توجد بشكل حصري تقريبًا في الصين ، والتي تمتلك بالتالي شبه احتكار على إنتاجها وبيعها وتوزيعها. وهذا يفسر سبب عمل الشركات المصنعة بجد لإيجاد حلول بديلة لمحركات السيارات الكهربائية.
محركات متزامنه منفعله خارجيًا
يتضمن أحد هذه الحلول ، التي استخدمتها رينو(Renault) لـ New ZOE ، بناء مغناطيس محرك كهربائي من ملف نحاسي. يتطلب هذا عملية صناعية أكثر تعقيدًا ولكنه يجعل من الممكن تجنب مشاكل الإمداد ، مع الحفاظ على نسبة ممتازة بين وزن المحرك وعزم الدوران الناتج.
التيار الكهربائي
في السيارة الكهربائية ، يكون المحرك المكون من الدوار والجزء الثابت جزءًا من وحدة أكبر ، وهي مجموعة نقل الحركة الكهربائية ، وهي مجموعة تجعل المحرك الكهربائي يعمل.
ضمن هذه الوحدة أيضًا ، تجمع وحدة التحكم الإلكترونية (PEC) بين جميع إلكترونيات الطاقة المسؤولة عن إدارة مصدر طاقة المحرك وشحن البطارية. أخيرًا ، يتضمن محرك التروس ، الجزء المسؤول عن ضبط عزم الدوران وسرعة الدوران التي ينتقلها المحرك إلى العجلات.
تعمل هذه العناصر معًا على جعل المحرك الكهربائي يعمل بسلاسة وكفاءة. وماذا كانت النتيجة؟ سيارتك الكهربائية صامتة وموثوقة وأقل تكلفة ومتعة في القيادة!
الملفات المرفقة
