مما لا شك فيه أن تطوير السيارات الكهربائية تقدمت بسرعة، مدفوعة بالتحسينات التكنولوجية في مجال المحركات الكهربائية، والتي سمحت بالمزيد الكفاءة والاستدامة. وعلى الرغم من التقدم الكبير، لا يزال الكثير من الناس لا يعرفون بالضبط كيف يعمل المحرك الكهربائي.
في هذه المقالة، سنشرح بالتفصيل كيفية عمل المحركات الكهربائية، وما هي مكوناتها الرئيسية، وكيف تطورت، والأنواع المختلفة للمحركات الكهربائية الموجودة والمزايا التي تقدمها مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية.
سيارة كهربائية
يتم استخدام المحركات الكهربائية، التي تتميز بتصميمها البسيط وموثوقيتها، بشكل متزايد في المركبات الحديثة بسبب خصائصها صيانة منخفضةوقلة الأجزاء المتحركة وغياب علبة التروس التقليدية. لقد جذبت المزايا التي توفرها هذه المحركات انتباه صناعة السيارات وعامة الناس.
يعود تاريخ ظهور السيارات الكهربائية الأولى إلى عام 1839، عندما اخترع روبرت أندرسون سيارة تعمل بالبطارية. وفي الآونة الأخيرة، ظهرت شركات مثل تسلا كانت أساسية في الترويج للمحركات الكهربائية بفضل المزايا التي تقدمها، مثل غياب الانبعاثات وتقليل الحاجة إلى الصيانة. أوضحت شركة تسلا أن محركاتها الكهربائية لا تحتاج إلى خزانات زيتية، باستثناء المكونات البسيطة مثل مساحات الزجاج الأمامي أو سائل الفرامل.
أجزاء من محرك كهربائي
لفهم عمل أ المحركات الكهربائيةأولاً، من الضروري معرفة الأجزاء المختلفة التي يتكون منها. على الرغم من أننا لن نجد نفس العناصر الموجودة في محرك الاحتراق الداخلي (مثل المكابس أو أنظمة العادم)، إلا أن هناك عناصر أساسية تسمح له بالعمل بشكل صحيح:
- شاحن على متن الطائرة: يقوم بتحويل التيار المتردد (AC) من مصدر الشحن إلى تيار مباشر (DC) لتخزينه في بطارية السيارة.
- محول: يحول التيار المباشر (DC) إلى تيار متردد (AC) لتشغيل المحرك أثناء التسارع، وعلى العكس من ذلك، أثناء الكبح المتجدد.
- محرك كهربائي: هذا المحرك مسؤول عن تحويل الطاقة الكهربائية إلى حركة. أي أنها تحول الطاقة الصادرة من البطاريات إلى طاقة حركية لتحريك السيارة.
- البطارية: يقوم بتخزين الطاقة الكهربائية التي يستخدمها المحرك لتحريك السيارة.
تعمل هذه المكونات الأربعة في تآزر لتوفير الطاقة التي تحرك السيارة الكهربائية، واستبدال أنظمة الاحتراق المعقدة بتصميم أكثر كفاءة وأقل عرضة للفشل.
كيف يعمل المحرك الكهربائي
مبدأ تشغيل أ المحركات الكهربائية يعتمد على التفاعل بين عنصرين رئيسيين: الجزء الثابت و دوار. الجزء الثابت ثابت ويحتوي على ملفات يتدفق من خلالها تيار كهربائي. هذا التدفق الحالي يولد أ المجال المغناطيسي الدوار، الذي يحفز حركة الدوار، والذي قد يحتوي على مغناطيس أو يكون جزءًا من هيكل يولد مجالًا مغناطيسيًا مستحثًا.
عندما يدور الدوار، يتم توليد الحركة، مما يسمح بدفع عجلات السيارة بواسطة نظام تروس.
مرحلة التسارع
عند الضغط على دواسة الوقود، يتم إرسال الطاقة المخزنة في البطارية إلى المحول، الذي يحول التيار المباشر إلى تيار متردد قادر على تشغيل البطارية المحركات الكهربائية. تعمل هذه العملية على تنشيط الجزء الثابت، مما يولد المجال المغناطيسي الذي يتفاعل مع الجزء الدوار، مما يجعله يدور ويوفر الدفع اللازم لعجلات السيارة.
مرحلة التباطؤ
عندما تقوم بإبطاء السرعة أو الفرامل، يتم عكس العملية. تولد حركة العجلات دوران الدوار الذي يعمل كمولد. تسمح هذه الآلية باستعادة جزء من الطاقة الحركية وتخزينها في البطارية من خلال عملية التجدد الكبح.
أنواع المحركات الكهربائية
هناك أنواع عديدة من المحركات الكهربائية حسب التصميم والتطبيق، ولكن يمكن التمييز بين محركات التيار المستمر والتيار المتناوب.
محركات التيار المباشر (DC).
تعمل هذه المحركات بالتيار المباشر وتنقسم إلى:
- محرك السلسلة: إنها توفر سرعة تختلف بشكل مباشر مع الحمل، مما يجعلها مثالية للتطبيقات التي تتطلب عمليات تشغيل بسيطة وأحمال متغيرة.
- المحرك الموازي: يستخدم عند الحاجة إلى سرعة ثابتة في ظل ظروف تحميل مختلفة.
- محرك مختلط: يجمع بين خصائص المحركات المتسلسلة والمتوازية.
محركات التيار المتردد (AC).
تعتمد محركات التيار المتردد على التغير في قطبية التيار لتوليد الحركة. من بين الأكثر شيوعا نجد:
- المحرك التعريفي: يُسمى أيضًا المحرك غير المتزامن، وهو الأكثر استخدامًا في التطبيقات الصناعية وفي السيارات الكهربائية نظرًا لبساطته وكفاءته.
- محرك متزامن: يدور الدوار بنفس سرعة تردد مصدر التيار المتردد. إنها ذات قيمة عالية لدقتها في السرعة.
مزايا المحرك الكهربائي
تتمتع المحركات الكهربائية بقائمة طويلة من المزايا مقارنة بمحركات الاحتراق الداخلي التقليدية. وفيما يلي، نسلط الضوء على بعض أهمها:
- انبعاثات صفرية: لا تولد المحركات الكهربائية غازات ملوثة، مما يجعلها خيارًا صديقًا للبيئة.
- كفاءة الطاقة: يقوم المحرك الكهربائي بتحويل ما يقرب من 90% من الطاقة التي يستهلكها إلى حركة، مقارنة بكفاءة العديد من محركات الاحتراق الداخلي التي تبلغ 30%.
- عملية صامتة: تولد المحركات الكهربائية ضوضاء أقل بكثير من محركات الاحتراق، مما يجعلها مثالية للاستخدام في البيئات الحضرية.
- صيانة أقل: نظرًا لأن المحركات الكهربائية تحتوي على عدد أقل من الأجزاء المتحركة، فإنها توفر فرصًا أقل للفشل وتتطلب صيانة أقل.
- الكبح المتجدد: ميزة أخرى هي أنه يمكنهم استعادة جزء من الطاقة أثناء الكبح، وتخزينها مرة أخرى في البطارية.
تعد المحركات الحثية ثلاثية الطور، إلى جانب وحدات التحكم الإلكترونية، هي الأفضل حاليًا من حيث الكفاءة والأداء، وهي مثالية لزيادة نطاق السيارات الكهربائية.
باختصار، بعد تقييم التقدم التكنولوجي والمزايا التي تتفوق على المحركات التقليدية، تستمر المحركات الكهربائية في اكتساب الأهمية. وسيساهم اعتمادها على نطاق واسع وتطويرها المستمر في التطور نحو نماذج نقل أكثر استدامة وكفاءة.