يختلف هيكل وتصميم السيارة الكهربائية النقية عن السيارة التقليدية التي تعمل بمحرك الاحتراق الداخلي. إنها أيضًا هندسة أنظمة معقدة. إنها تحتاج إلى دمج تكنولوجيا بطاريات الطاقة وتكنولوجيا محرك السيارات وتكنولوجيا السيارات ونظرية التحكم الحديثة لتحقيق عملية التحكم المثلى. في خطة تطوير علوم وتكنولوجيا المركبات الكهربائية، تواصل الدولة الالتزام بتخطيط البحث والتطوير "ثلاثة عمودي وثلاثة أفقي"، وتسلط الضوء أيضًا على البحث حول التقنيات الرئيسية المشتركة "ثلاثية أفقية" وفقًا لاستراتيجية التحول التكنولوجي لـ "المحرك الكهربائي الخالص"، أي البحث عن محرك القيادة ونظام التحكم الخاص به، وبطارية الطاقة ونظام إدارتها، ونظام التحكم في مجموعة نقل الحركة. تقوم كل شركة مصنعة كبرى بصياغة استراتيجية تطوير الأعمال الخاصة بها وفقًا لاستراتيجية التنمية الوطنية.
يقوم المؤلف بفرز التقنيات الرئيسية في عملية تطوير مجموعة نقل الحركة للطاقة الجديدة، مما يوفر أساسًا نظريًا ومرجعًا لتصميم واختبار وإنتاج مجموعة نقل الحركة. وتنقسم الخطة إلى ثلاثة فصول لتحليل التقنيات الرئيسية للمحرك الكهربائي في مجموعة نقل الحركة للسيارات الكهربائية النقية. اليوم، سنقدم أولاً مبدأ وتصنيف تقنيات القيادة الكهربائية.
الشكل 1: الروابط الرئيسية في تطوير مجموعة نقل الحركة
في الوقت الحاضر، تشمل التقنيات الرئيسية الأساسية لمجموعة نقل الحركة في السيارة الكهربائية النقية الفئات الأربع التالية:
الشكل 2: التقنيات الأساسية الأساسية لمجموعة نقل الحركة
تعريف نظام محرك القيادة
وفقًا لحالة بطارية طاقة السيارة ومتطلبات طاقة السيارة، فإنها تحول مخرجات الطاقة الكهربائية عن طريق جهاز توليد الطاقة لتخزين الطاقة على متن السيارة إلى طاقة ميكانيكية، ويتم نقل الطاقة إلى عجلات القيادة من خلال جهاز الإرسال والأجزاء يتم تحويل الطاقة الميكانيكية للمركبة إلى طاقة كهربائية ويتم تغذيتها مرة أخرى إلى جهاز تخزين الطاقة عند فرملة السيارة. يشتمل نظام القيادة الكهربائية على المحرك وآلية النقل ووحدة التحكم في المحرك والمكونات الأخرى. يتضمن تصميم المعلمات التقنية لنظام قيادة الطاقة الكهربائية بشكل أساسي الطاقة، وعزم الدوران، والسرعة، والجهد، ونسبة نقل التخفيض، وسعة مصدر الطاقة، وطاقة الخرج، والجهد، والتيار، وما إلى ذلك.
1) وحدة تحكم المحرك
يُسمى أيضًا العاكس، فهو يغير مدخلات التيار المباشر بواسطة حزمة بطارية الطاقة إلى تيار متردد. المكونات الأساسية:
◎ IGBT: مفتاح الطاقة الإلكتروني، المبدأ: من خلال وحدة التحكم، التحكم في ذراع جسر IGBT لإغلاق تردد معين ومفتاح تسلسلي لتوليد تيار متناوب ثلاثي الطور. من خلال التحكم في مفتاح الطاقة الإلكتروني للإغلاق، يمكن تحويل الجهد المتردد. ثم يتم توليد جهد التيار المتردد عن طريق التحكم في دورة العمل.
◎ سعة الفيلم: وظيفة الترشيح؛ المستشعر الحالي: الكشف عن تيار اللف ثلاثي الطور.
2) دائرة التحكم والقيادة: لوحة التحكم بالكمبيوتر، قيادة IGBT
يتمثل دور وحدة التحكم في المحرك في تحويل التيار المستمر إلى تيار متردد، واستقبال كل إشارة، وإخراج الطاقة وعزم الدوران المقابلين. المكونات الأساسية: مفتاح الطاقة الإلكتروني، ومكثف الفيلم، ومستشعر التيار، ودائرة محرك التحكم لفتح مفاتيح مختلفة، وتشكيل التيارات في اتجاهات مختلفة، وتوليد الجهد المتردد. لذلك، يمكننا تقسيم التيار المتردد الجيبي إلى مستطيلات. يتم تحويل مساحة المستطيلات إلى جهد بنفس الارتفاع. يحقق المحور السيني التحكم في الطول من خلال التحكم في دورة العمل، ويحقق أخيرًا التحويل المكافئ للمنطقة. بهذه الطريقة، يمكن التحكم في طاقة التيار المستمر لإغلاق ذراع جسر IGBT عند تردد معين ومفتاح تسلسل من خلال وحدة التحكم لتوليد طاقة تيار متردد ثلاثية الطور.
في الوقت الحاضر، تعتمد المكونات الرئيسية لدائرة القيادة على الواردات: المكثفات، وأنابيب مفاتيح IGBT/MOSFET، وDSP، والرقائق الإلكترونية والدوائر المتكاملة، والتي يمكن إنتاجها بشكل مستقل ولكن ذات قدرة ضعيفة: دوائر خاصة، وأجهزة استشعار، وموصلات، والتي يمكن تصنيعها يتم إنتاجها بشكل مستقل: مصادر الطاقة، الثنائيات، المحاثات، لوحات الدوائر متعددة الطبقات، الأسلاك المعزولة، المشعات.
3) المحرك: تحويل التيار المتردد ثلاثي الطور إلى آلات
◎ الهيكل: الأغطية الأمامية والخلفية والأصداف والأعمدة والمحامل
◎ الدائرة المغناطيسية: قلب الجزء الثابت، قلب الجزء الدوار
◎ الدائرة: لف الجزء الثابت، موصل الجزء الدوار
4) جهاز الإرسال
يقوم صندوق التروس أو المخفض بتحويل سرعة عزم الدوران الناتجة عن المحرك إلى السرعة وعزم الدوران المطلوبين للمركبة بأكملها.
نوع محرك القيادة
تنقسم محركات القيادة إلى الفئات الأربع التالية. في الوقت الحاضر، تعد المحركات الحثية ذات التيار المتردد والمحركات المتزامنة ذات المغناطيس الدائم أكثر أنواع المركبات الكهربائية ذات الطاقة الجديدة شيوعًا. لذلك نحن نركز على تكنولوجيا المحرك التعريفي AC والمحرك المتزامن ذو المغناطيس الدائم.
| محرك العاصمة | المحرك التعريفي للتيار المتردد | محرك متزامن بمغناطيس دائم | محرك التردد المتغير | |
| ميزة | تكلفة أقل، ومتطلبات منخفضة لنظام التحكم | تكلفة منخفضة، تغطية واسعة للطاقة، تكنولوجيا تحكم متطورة، موثوقية عالية | كثافة طاقة عالية، كفاءة عالية، حجم صغير | هيكل بسيط، متطلبات منخفضة لنظام التحكم |
| عيب | متطلبات صيانة عالية، سرعة منخفضة، عزم دوران منخفض، عمر افتراضي قصير | منطقة فعالة صغيرة، كثافة طاقة منخفضة | تكلفة عالية. ضعف القدرة على التكيف البيئي | تقلب عزم الدوران الكبير، ضوضاء العمل العالية |
| طلب | سيارة كهربائية صغيرة أو صغيرة منخفضة السرعة | المركبات التجارية الكهربائية وسيارات الركاب | المركبات التجارية الكهربائية وسيارات الركاب | مركبة ذات قوة مختلطة |
1) محرك التيار المتردد التعريفي غير المتزامن
مبدأ العمل للمحرك غير المتزامن الحثي المتناوب هو أن اللف سوف يمر عبر فتحة الجزء الثابت والدوار: يتم تكديسه بواسطة صفائح فولاذية رقيقة ذات موصلية مغناطيسية عالية. سوف تمر الكهرباء ثلاثية الطور من خلال اللف. وفقا لقانون فاراداي للحث الكهرومغناطيسي، سيتم توليد مجال مغناطيسي دوار، وهذا هو سبب دوران الجزء المتحرك. ترتبط الملفات الثلاثة للجزء الثابت بفاصل زمني قدره 120 درجة، ويولد الموصل الحامل للتيار مجالات مغناطيسية حولها. عندما يتم تطبيق مصدر الطاقة ثلاثي الطور على هذا الترتيب الخاص، فإن المجالات المغناطيسية ستتغير في اتجاهات مختلفة مع تغير التيار المتردد في وقت محدد، مما يولد مجالًا مغناطيسيًا بكثافة دوران موحدة. تسمى سرعة دوران المجال المغناطيسي بالسرعة المتزامنة. لنفترض أنه تم وضع موصل مغلق بالداخل، وفقًا لقانون فاراداي، نظرًا لأن المجال المغناطيسي متغير، فإن الحلقة سوف تستشعر القوة الدافعة الكهربائية، والتي ستولد تيارًا في الحلقة. هذا الوضع يشبه تمامًا حلقة الحمل الحالية في المجال المغناطيسي، مما يولد قوة كهرومغناطيسية على الحلقة، ويبدأ هوان جيانغ في الدوران. باستخدام شيء مشابه لقفص السنجاب، سينتج تيار متردد ثلاثي الطور مجالًا مغناطيسيًا دوارًا عبر الجزء الثابت، وسيتم تحفيز التيار في قضيب القفص السنجابي الذي تم قصره بواسطة الحلقة النهائية، لذلك يبدأ الجزء المتحرك في الدوران، وهو ما لماذا يسمى المحرك بالمحرك التعريفي. بمساعدة الحث الكهرومغناطيسي بدلاً من توصيله مباشرة بالدوار لتحفيز الكهرباء، يتم ملء رقائق الحديد العازلة في الدوار، بحيث يضمن الحديد الصغير الحجم الحد الأدنى من فقدان التيار الدوامي.
2) محرك متزامن يعمل بالتيار المتردد
يختلف دوار المحرك المتزامن عن دوار المحرك غير المتزامن. يتم تثبيت المغناطيس الدائم على الدوار، والذي يمكن تقسيمه إلى نوع مثبت على السطح ونوع مدمج. الدوار مصنوع من صفائح الفولاذ السيليكونية، والمغناطيس الدائم مدمج. يتم توصيل الجزء الثابت أيضًا بتيار متردد بفارق طور قدره 120، والذي يتحكم في حجم وطور الموجة الجيبية للتيار المتردد، بحيث يكون المجال المغناطيسي الناتج عن الجزء الثابت معاكسًا لذلك الذي يولده الجزء الثابت، والمغناطيسي الحقل يدور. بهذه الطريقة، ينجذب المغناطيس إلى الجزء الثابت ويدور مع العضو الدوار. يتم إنشاء دورة بعد دورة عن طريق امتصاص الجزء الثابت والدوار.
الخلاصة: أصبح محرك السيارات الكهربائية هو الاتجاه السائد بشكل أساسي، ولكنه ليس فرديًا ولكنه متنوع. يحتوي كل نظام قيادة للسيارات على فهرس شامل خاص به. يتم تطبيق كل نظام في محرك السيارة الكهربائية الحالي. معظمها محركات غير متزامنة ومحركات متزامنة ذات مغناطيس دائم، بينما يحاول بعضها تبديل محركات الممانعة. ومن الجدير بالذكر أن محرك السيارات يدمج تكنولوجيا إلكترونيات الطاقة، وتكنولوجيا الإلكترونيات الدقيقة، والتكنولوجيا الرقمية، وتكنولوجيا التحكم الآلي، وعلوم المواد وغيرها من التخصصات لتعكس آفاق التطبيق والتطوير الشامل للتخصصات المتعددة. إنه منافس قوي في محركات السيارات الكهربائية. من أجل احتلال مكان في السيارات الكهربائية المستقبلية، لا تحتاج جميع أنواع المحركات إلى تحسين هيكل المحرك فحسب، بل تحتاج أيضًا إلى استكشاف الجوانب الذكية والرقمية لنظام التحكم باستمرار.
وقت النشر: 30 يناير 2023
