أنواع المحركات المستخدمة في السيارات الكهربائية

السيارات الكهربائية ليست شيئًا جديدًا في هذا العالم ، ولكن مع التقدم التكنولوجي وزيادة الاهتمام بالسيطرة على التلوث قد أعطاها علامة على التنقل في المستقبل. يعتبر المحرك الكهربائي هو العنصر الأساسي للمركبة الكهربائية ، بصرف النظر عن بطاريات السيارات الكهربائية ، والذي يحل محل محركات الاحتراق الداخلي. أدى التطور السريع في مجال إلكترونيات الطاقة وتقنيات التحكم إلى خلق مساحة لأنواع مختلفة من المحركات الكهربائية لاستخدامها في المركبات الكهربائية. يجب أن تتمتع المحركات الكهربائية المستخدمة في تطبيقات السيارات بخصائص مثل عزم الدوران العالي ، كثافة الطاقة العالية ، الكفاءة الجيدة ، إلخ.

أنواع مختلفة من المحركات الكهربائية المستخدمة في المركبات الكهربائية

محرك سلسلة DC
محرك DC بدون فرشات
محرك متزامن مغناطيسي دائم (PMSM)
ثلاث مراحل تحريض التيار المتردد
محركات التردد المحول (SRM)

1. محرك سلسلة DC

قدرة عزم الدوران العالية لبدء محرك سلسلة DC تجعله خيارًا مناسبًا لتطبيق الجر. كان المحرك الأكثر استخدامًا لتطبيق الجر في أوائل القرن العشرين. تتمثل مزايا هذا المحرك في سهولة التحكم في السرعة ويمكنه أيضًا تحمل الزيادة المفاجئة في الحمل. كل هذه الخصائص تجعله محرك جر مثالي. العيب الرئيسي لمحرك سلسلة DC هو الصيانة العالية بسبب الفرشاة والمبدلات. تستخدم هذه المحركات في السكك الحديدية الهندية. يأتي هذا المحرك ضمن فئة المحركات المصقولة بالتيار المستمر.

2. محركات DC بدون فرشات

إنه مشابه لمحركات التيار المستمر ذات المغناطيس الدائم. يطلق عليه فرش لأنه لا يحتوي على المبدل وترتيب الفرشاة. يتم التبديل إلكترونيًا في هذا المحرك نظرًا لأن محركات BLDC لا تحتاج إلى صيانة. تتميز محركات BLDC بخصائص الجر مثل عزم الدوران العالي ، والكفاءة العالية حول 95-98٪ ، وما إلى ذلك. محركات BLDC مناسبة لنهج تصميم كثافة الطاقة العالية. تعد محركات BLDC هي المحركات الأكثر تفضيلًا لاستخدامات السيارات الكهربائية نظرًا لخصائص الجر فيها. يمكنك معرفة المزيد عن محركات BLDC بمقارنتها بالمحرك العادي المصقول.

تحتوي محركات BLDC أيضًا على نوعين:

أنا. محرك BLDC من النوع الخارجي:

في هذا النوع ، يكون دوار المحرك موجودًا في الخارج والجزء الثابت موجود بالداخل. يطلق عليه أيضًا اسم المحركات المحورية لأن العجلة متصلة مباشرة بالدوار الخارجي. هذا النوع من المحركات لا يتطلب نظام تروس خارجي. في حالات قليلة ، يحتوي المحرك نفسه على تروس كوكبية داخلية. يجعل هذا المحرك السيارة أقل كتلة لأنه لا يتطلب أي نظام تروس. كما أنه يلغي المساحة المطلوبة لتركيب المحرك. هناك قيود على أبعاد المحرك مما يحد من خرج الطاقة في تكوين العداء. هذا المحرك مفضل على نطاق واسع من قبل الشركات المصنعة للدورات الكهربائية مثل Hullikal و Tronx و Spero والدراجات ذات سرعة الضوء وما إلى ذلك. كما يتم استخدامه من قبل الشركات المصنعة ذات العجلتين مثل 22 Motors و NDS Eco Motors ، إلخ.

ثانيا. محرك BLDC من نوع العداء:

في هذا النوع ، يوجد دوار المحرك بالداخل ويكون الجزء الثابت بالخارج مثل المحركات التقليدية. يتطلب هذا المحرك نظام نقل خارجي لنقل الطاقة إلى العجلات ، ولهذا السبب يكون تكوين العداء الخارجي ضخمًا قليلاً عند مقارنته بتكوين العداء. العديد من الشركات المصنعة ذات الثلاث عجلات مثل Goenka Electric Motors و Speego Vehicles و Kinetic Green و Volta Automotive تستخدم محركات BLDC. يستخدم مصنعو سكوتر الأداء المنخفض والمتوسط أيضًا محركات BLDC للدفع.

وبسبب هذه الأسباب ، يفضل استخدام المحرك على نطاق واسع لاستخدامات السيارات الكهربائية. العيب الرئيسي هو التكلفة العالية بسبب المغناطيس الدائم. يؤدي التحميل الزائد للمحرك إلى ما بعد حد معين إلى تقليل عمر المغناطيس الدائم بسبب الظروف الحرارية.

3. محرك متزامن مغناطيسي دائم (PMSM)

يشبه هذا المحرك أيضًا محرك BLDC الذي يحتوي على مغناطيس دائم على الدوار. على غرار محركات BLDC ، تتمتع هذه المحركات أيضًا بخصائص جر مثل كثافة الطاقة العالية والكفاءة العالية. الفرق هو أن PMSM له EMF جيبي خلفي بينما BLDC لديه شبه منحرف EMF خلفي. تتوفر المحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم للحصول على معدلات طاقة أعلى. PMSM هو الخيار الأفضل للتطبيقات عالية الأداء مثل السيارات والحافلات. على الرغم من التكلفة العالية ، توفر PMSM منافسة شديدة للمحركات الحثية بسبب زيادة الكفاءة عن الأخيرة. PMSM أيضًا أكثر تكلفة من محركات BLDC. يستخدم معظم مصنعي السيارات محركات PMSM لسياراتهم الهجينة والكهربائية. على سبيل المثال ، تستخدم Toyota Prius و Chevrolet Bolt EV و Ford Focus Electric والدراجات النارية الصفرية S / SR و Nissan Leaf و Hinda Accord و BMW i3 وغيرها محرك PMSM للدفع.

4. ثلاث مراحل AC التعريفي المحركات

في المحركات الحثية لم يكن لديك القبعة بدءا العالية مثل سلسلة المحركات DC تحت الجهد الثابتة والعملية تردد ثابت. ولكن يمكن تغيير هذه الخاصية باستخدام تقنيات تحكم متنوعة مثل طرق FOC أو v / f. باستخدام طرق التحكم هذه ، يتم توفير أقصى عزم دوران عند بدء تشغيل المحرك وهو مناسب لتطبيق الجر. تتمتع المحركات الحثية على شكل قفص السنجاب بعمر طويل بسبب قلة الصيانة. يمكن تصميم المحركات الحثية بكفاءة تصل إلى 92-95٪. و العيب من المحرك التعريفي هو أنه يتطلب دائرة العاكس معقدة والسيطرة على المحرك هو الصعب.

في المحركات ذات المغناطيس الدائم ، تساهم المغناطيسات في كثافة التدفق ب. لذلك ، فإن تعديل قيمة B في المحركات الحثية أمر سهل مقارنة بمحركات المغناطيس الدائم. لأنه في المحركات الحثية ، يمكن تعديل قيمة B عن طريق تغيير الجهد والتردد (V / f) بناءً على متطلبات عزم الدوران. هذا يساعد في تقليل الخسائر مما يؤدي بدوره إلى تحسين الكفاءة.

Tesla Model S هو أفضل مثال لإثبات القدرة العالية على الأداء لمحركات الحث مقارنة بنظيراتها. من خلال اختيار المحركات الحثية ، ربما أراد تسلا التخلص من الاعتماد على المغناطيس الدائم. حتى Mahindra Reva e2o تستخدم محركًا تحريضيًا ثلاثي الطور لدفعها.خططت شركات تصنيع السيارات الكبرى مثل محركات TATA لاستخدام المحركات التعريفي في سياراتهم وحافلاتهم. ستطلق محركات TVS المصنعة ذات العجلتين دراجة بخارية كهربائية تستخدم محركًا تحريضيًا لدفعها. تعد المحركات الحثية هي الخيار المفضل للسيارات الكهربائية الموجهة للأداء نظرًا لتكلفتها الرخيصة. الميزة الأخرى هي قدرتها على تحمل الظروف البيئية القاسية. بسبب هذه المزايا ، بدأت السكك الحديدية الهندية في استبدال محركاتها DC بمحركات تحريض AC.

5. محركات التردد المبدلة (SRM)

محركات التردد المحول هي فئة من محركات ممانعة متغيرة ذات صفة مزدوجة. تعد محركات التردد المبدلة بسيطة في البناء وقوية. دوار SRM عبارة عن قطعة من الصلب الرقائقي بدون لفات أو مغناطيس دائم. هذا يجعل القصور الذاتي للدوار أقل مما يساعد في التسارع العالي. تجعل الطبيعة القوية لـ SRM مناسبة للتطبيق عالي السرعة. توفر SRM أيضًا كثافة طاقة عالية وهي بعض الخصائص المطلوبة للمركبات الكهربائية. نظرًا لأن الحرارة المتولدة تقتصر في الغالب على الجزء الثابت ، فمن الأسهل تبريد المحرك. و العائق الاكبر من SRM هو تعقيد في السيطرة وزيادة في الدائرة التحول. كما أن لديها بعض مشكلات الضوضاء. بمجرد دخول SRM إلى السوق التجاري ، يمكن أن تحل محل PMSM والمحركات الحثية في المستقبل.

رؤى لاختيار المحرك المناسب للمركبة الكهربائية

لاختيار محركات السيارة الكهربائية المناسبة، على المرء أن يسرد أولاً متطلبات الأداء الذي يجب أن تفي به السيارة وظروف التشغيل والتكلفة المرتبطة بها. على سبيل المثال ، تطبيقات المركبات ذات العجلتين go-kart والتي تتطلب أداءً أقل (أقل من 3 كيلوواط في الغالب) بتكلفة منخفضة ، فمن الجيد استخدام محركات BLDC Hub. بالنسبة للعجلات الثلاث وذات العجلتين ، من الجيد أيضًا اختيار محركات BLDC مع أو بدون نظام تروس خارجي. بالنسبة لتطبيقات الطاقة العالية مثل أداء العجلتين والسيارات والحافلات والشاحنات ، فإن الخيار المثالي للمحرك هو PMSM أو المحركات الحثية. بمجرد أن يصبح محرك الممانعة المتزامنة ومحرك التردد المبدئي فعالين من حيث التكلفة مثل PMSM أو المحركات الحثية ، فيمكن عندئذٍ الحصول على المزيد من الخيارات لأنواع المحركات لتطبيق السيارة الكهربائية.