لقد كانت المحركات الكهربائية ومحركات الاحتراق الداخلي محور الحديث حول مستقبل التنقل والصناعة لسنوات عديدة.. في حين أن المركبات الكهربائية تدخل بقوة بفضل ميزاتها والتقدم التكنولوجي، إلا أن المحركات التقليدية كانت الركيزة الأساسية للنقل لأكثر من قرن من الزمان.
في هذه المقالة سوف تجد اكتشف بوضوح وعمق كيفية عمل كل نوع من أنواع المحركاتما هي الاختلافات البنيوية الرئيسية بينهما، وتأثيرهما البيئي، وكفاءتهما، ومكوناتهما الرئيسية، ولماذا تكتسب المركبات الكهربائية أرضية في التنقل العالمي. إذا كنت قد شككت يومًا فيما يجعلهم مختلفين أو ما هو الخيار الأفضل لكل احتياج, هنا المعلومات التي تحتاجها.
مقارنة أساسية بين محركات الاحتراق الكهربائي ومحركات الاحتراق الداخلي
الفرق الأكبر بين المحرك الكهربائي ومحرك الاحتراق هو المصدر والطريقة التي يحصلون بها على الطاقة اللازمة لتحريك المركبة. تعمل محركات الاحتراق الداخلي عن طريق حرق الوقود الأحفوري - مثل البنزين أو الديزل - في عملية انفجارات محكومة داخل الأسطوانات. وتؤدي هذه الانفجارات إلى تحريك المكابس التي تنقل الطاقة إلى عجلات السيارة، من خلال آليات مثل العمود المرفقي وعلبة التروس.
في المقابل ، يعتمد تشغيل المحرك الكهربائي على تحويل الطاقة المخزنة في البطارية (على شكل كهرباء) إلى طاقة ميكانيكية. من خلال التفريغ المتحكم فيه، يستخدم المحرك المجالات المغناطيسية للتسبب في الحركة الدورانية للعمود، والتي تترجم إلى حركة العجلات. وبالتالي، فإن النقل يكون عادة أكثر مباشرة وبساطة.
مكونات المحرك الكهربائي وكيفية عمله
محركات كهربائية، وخاصة تلك الموجهة إلى المركبات، تتميز هذه المحركات بوجود بنية أقل تعقيدًا وأجزاء متحركة أقل بكثير من محركات الاحتراق. وهذا لا يقلل الوزن فحسب، بل يقلل أيضًا من الصيانة ويقلل من فرص التعطل.
- البطارية: هو عبارة عن مُجمِّع للطاقة يقوم بتخزين الكهرباء اللازمة. وهو يعادل خزان الوقود في السيارة التقليدية.
- معكوس: يقوم بتحويل التيار المستمر (DC) من البطارية إلى تيار متناوب (AC)، وهو ضروري لتشغيل المحرك الكهربائي.
- محرك كهربائي: تتكون بشكل أساسي من الجزء الثابت (الجزء الثابت الذي يولد مجالًا مغناطيسيًا) و دوار (الجزء المتحرك الذي يدور عند استقبال النبضات المغناطيسية).
- مخفض السرعة: إنه يعادل علبة التروس. عادةً ما يكون لها نسبة ثابتة واحدة فقط، حيث أن عزم الدوران المتوفر يسمح لها بالعمل من الصفر إلى سرعات عالية دون الحاجة إلى تروس متعددة.
- نظام التحكم والإدارة الإلكتروني: ينظم تدفق الطاقة من البطارية إلى المحرك، ويحدد السرعة، والتسارع، وحتى الكبح المتجدد.
- الكبح المتجدد: ويسمح للمحرك بعكس وظيفته أثناء الكبح أو التوقف وإعادة شحن البطارية من خلال الاستفادة من قصور السيارة.
- نظام التبريد: على الرغم من أنها أقل تطلبًا من محركات الاحتراق، إلا أنها تساعد في الحفاظ على المحرك عند درجة حرارة مثالية، خاصة أثناء الاستخدام المكثف.
تبدأ العملية عندما يضغط السائق على دواسة الوقود: تطلق البطارية الكهرباء التي تصل إلى العاكس، والذي يقوم بتحويل التيار وتغذية المحرك؛ يخلق الجزء الثابت مجالًا مغناطيسيًا يحفز الحركة الدورانية للدوار، مما ينقل الطاقة مباشرة إلى العجلات.
كيف يعمل محرك الاحتراق الداخلي؟
في محركات الاحتراق، تبدأ الدورة بحقن الوقود في غرفة حيث يتسبب الهواء المضغوط وشرارة من شمعة الاحتراق (في البنزين) أو الضغط (في الديزل) في حدوث انفجار. ويؤدي هذا الانفجار إلى دفع المكابس، والتي بدورها تحرك العمود المرفقي وبقية نظام ناقل الحركة. تتكون العملية من مراحل مختلفة:
- سماح بالدخول: مدخل خليط الهواء والوقود إلى الأسطوانة.
- ضغط: يرتفع المكبس ويضغط على الخليط.
- انفجار: يحدث الاحتراق، ويشتعل الخليط ويتمدد.
- الهروب: ويتم طرد الغازات الناتجة من خلال أنبوب العادم.
تتضمن هذه الآلية عددًا كبيرًا من المكونات المتحركة: المكابس، قضبان التوصيل، الصمامات، أعمدة الكامات، العمود المرفقي، علبة التروس، القابض، نظام العادم وأكثر من ذلك بكثير، مما يزيد من احتياجات الصيانة وإمكانية الأعطال.
العناصر الرئيسية للمحركات الكهربائية
دعونا نلقي نظرة عن كثب على المكونات الداخلية الأكثر أهمية للمحرك الكهربائي:
- الجزء الثابت: جزء ثابت يتكون من لفائف أو مغناطيسات دائمة. فهو المسؤول عن خلق المجال المغناطيسي اللازم.
- الدوار: الجزء المتحرك الذي يدور تحت تأثير المجال المغناطيسي للجزء الثابت. يمكنها حمل مغناطيسات دائمة أو ملفات.
- رمان: أنها تسمح للدوار بالدوران بسلاسة ودقة. إن حالتها الجيدة هي المفتاح لتجنب الاهتزازات والضوضاء.
- محور: ينقل الحركة الناتجة إلى خارج المحرك، ويتصل بناقل الحركة، وأخيرًا بالعجلات.
- صندوق الوصلات: غلاف آمن للكابلات والمحطات الكهربائية، يحمي النظام من الملوثات ويضمن اتصالاً مستقراً.
- السكن: يغلف ويحمي المكونات الداخلية من الغبار والرطوبة والصدمات المحتملة. ويساهم أيضًا في تبديد الحرارة.
- المروحة والأغطية: تساعد على طرد الحرارة الناتجة للحفاظ على درجة حرارة التشغيل المثالية.
- يُحوّل: في بعض المحركات الكهربائية، يتم الحفاظ على اتجاه التيار لضمان بقاء عزم الدوران ثابتًا.
- لوحة التعريف: ويحتوي على معلومات فنية أساسية مثل الجهد المدعوم وعدد الدورات في الدقيقة والطاقة ومعايير السلامة.
أكثر أنواع المحركات الكهربائية استخدامًا في صناعة السيارات…
- محرك متزامن ذو مغناطيس دائم (PMSM): ويستخدم مغناطيسات دائمة في الدوار، متزامنة مع المجال المغناطيسي للجزء الثابت. تتميز بكفاءتها العالية وتسارعها الفوري وأبعادها الأكثر إحكاما.
- المحرك غير المتزامن (أو الحثي): يفتقر الدوار إلى المغناطيس ويخلق مجالًا مغناطيسيًا خاصًا به من خلال التيارات المستحثة. أكثر اقتصادا ومقاومة لدرجات الحرارة المرتفعة، على الرغم من كفاءتها المنخفضة إلى حد ما.
- محرك ممانعة مبدل: إنه قوي جدًا، ويوفر عزم دوران مرتفعًا وهو مثالي للتطبيقات الصعبة، على الرغم من أنه عادة ما يكون أكثر ضوضاءً.
- محرك مغناطيسي دائم بدون فرشاة: يتم استخدامه في المركبات الهجينة، حيث يجمع بين القوة وعمر الخدمة الطويل للغاية بسبب عدم وجود أجزاء قابلة للتآكل.
الفروقات الخارجية والداخلية بين نوعي المحرك…
يتميز المحرك الكهربائي بـ إنها لا تتطلب نظام عادم أو سحب، وعادة ما يكون هناك قدر أقل بكثير من الرؤية تحت غطاء المحرك. من السيارة التقليدية. تستفيد بعض الموديلات من المساحة الإضافية لتخزين المزيد من الأشياء، وغالبًا ما يفقد صندوق السيارة بعضًا من سعته بسبب موقع البطاريات. عادةً ما يزيد الوزن الإجمالي للسيارة الكهربائية بسبب كتلة البطاريات، على الرغم من أن التوزيع عادة ما يكون أكثر تجانسًا، مما يحسن الاستقرار والسلوك الديناميكي على الطريق.
كفاءة الطاقة والأداء…
إن إحدى نقاط قوة المحركات الكهربائية هي كفاءتها المذهلة. وفي المتوسط، يقومون بتحويل ما بين 85 و95% من الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية مفيدة. في المقابل، نادراً ما تتجاوز محركات الاحتراق 40%، حيث تفقد جزءاً كبيراً منها على شكل حرارة واحتكاك ميكانيكي.
ويترجم هذا إلى توفير واضح للطاقة وانبعاثات أقل وحرارة مهدرة أقل. بالإضافة إلى ذلك، يتم توصيل عزم الدوران بشكل فوري من المحرك الكهربائي، مما يسمح بتسارع أسرع واستجابة فورية للخانق. المزيد عن كفاءة المحرك الداخلية.
الصيانة وعمر المحركات الكهربائية مقابل محركات الاحتراق
إن الصيانة المطلوبة للمحرك الكهربائي أقل بكثير. انسى أمر تغيير الزيت، أو جميع الفلاتر، أو شمعات الاحتراق، أو فحوصات علبة التروس المعقدة. تركز المهام الرئيسية على فحص نظام التبريد، والعاكس، والبطارية، ومحامل المحرك. يؤدي تقليل الأجزاء المتحركة إلى تقليل احتمالية الأعطال وخفض تكاليف الملكية على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، فإن وجود عدد أقل من الأجزاء يعني فرصة أقل للتآكل والتلف وموثوقية أكبر.
التأثير البيئي والاستدامة…
لا تنتج المحركات الكهربائية انبعاثات مباشرة من ثاني أكسيد الكربون أو الغازات الملوثة.مما يجعلها خيارًا رئيسيًا للتخفيف من التلوث ومكافحة تغير المناخ. ويمثل هذا الغياب للانبعاثات، إلى جانب إمكانية الشحن باستخدام مصادر الطاقة المتجددة، انخفاضًا كبيرًا في البصمة الكربونية. وفي المدن، تساعد السيارات الكهربائية أيضًا على تقليل الضوضاء المحيطة، مما يوفر بيئات حضرية أكثر هدوءًا وصحة.
لماذا تختار المحرك الكهربائي اليوم؟
- التوفير في تكاليف الطاقة والصيانة: سعر الكهرباء أقل وتكلفة الفحوصات الفنية منخفضة بشكل كبير.
- توسيع البنية التحتية للشحن: هناك عدد متزايد من محطات الشحن العامة والخاصة، مما يجعل الاستخدام اليومي أسهل.
- الابتكار والتطور التكنولوجي: توفر البطاريات نطاقات متزايدة باستمرار، وتستمر كفاءة المحركات الكهربائية في التحسن عامًا بعد عام.
- راحة أكبر: الصمت، وغياب الاهتزازات، والركوب السلس يجعلان من التجربة على متن الطائرة تجربة لا تقبل المنافسة.
- المساهمة في الاستدامة البيئية: تساعد في تقليل التلوث واستهلاك الموارد الأحفورية.
مراقبة الطاقة وتحسين الكفاءة…
تعتبر كفاءة الطاقة أمرا ضروريا في الصناعة الكهربائية وصناعة السيارات. تسمح مراقبة المعلمات مثل التيار والجهد ثلاثي الطور ومعامل القدرة بتحسين الاستهلاك وتوقع الأعطال وتحقيق عمليات أكثر استدامة وربحية. يساعد استخدام أنظمة إنترنت الأشياء وأجهزة الاستشعار الذكية على تقليل وقت التوقف غير المخطط له، ومراقبة صحة المحمل، ومنع ارتفاع درجة الحرارة أو الاستهلاك المفرط للطاقة.
تعمل المحركات الكهربائية على إعادة تعريف الطريقة التي نتحرك بها وننتج بها.. إن بساطتها الميكانيكية وكفاءتها واستدامتها وصيانتها المنخفضة تشكل حججًا مقنعة مقارنة بتكنولوجيا الاحتراق الداخلي التقليدية. إن اختيار المحرك الكهربائي يعني اختيار تنقل أكثر كفاءة وهدوءًا وصديقًا للبيئة، مع توفير تجربة قيادة أكثر مرونة وتميزًا.