لماذا تزداد سرعة المحرك ارتفاعًا وأعلى بسبب التكلفة؟

مقدمة

 

 

في "مؤتمر ربيع العلامة التجارية Dongfeng Motor لعام 2023" في 10 أبريل، تم إطلاق العلامة التجارية الجديدة للطاقة Mach E. يرمز E إلى الكهرباء والكفاءة العالية وتوفير الطاقة وحماية البيئة.يتكون Mach E بشكل أساسي من ثلاث منصات منتجات رئيسية: المحرك الكهربائي والبطارية ومكملات الطاقة.

 

من بينها، يتميز جزء المحرك الكهربائي Mach بالخصائص التالية:

 

  • محرك مزود بتقنية الدوار المطلي بألياف الكربون، يمكن أن تصل السرعة إلى 30,000 دورة في الدقيقة؛
  • تبريد الزيت
  • الجزء الثابت من السلك المسطح بفتحة واحدة و8 أسلاك؛
  • وحدة تحكم SiC ذاتية التطوير؛
  • أقصى كفاءة للنظام يمكن أن تصل إلى 94.5%.

 

بالمقارنة مع التقنيات الأخرى،أصبح الدوار المغطى بألياف الكربون والسرعة القصوى البالغة 30.000 دورة في الدقيقة من أبرز الميزات المميزة لهذا المحرك الكهربائي.

 

الصورة_20230419181816
محرك كهربائي Mach E 30000 دورة في الدقيقة

 

ارتفاع عدد الدورات في الدقيقة والتكلفة المنخفضة بشكل جوهري

زادت السرعة القصوى لمحرك الطاقة الجديد من 10000 دورة في الدقيقة الأولية إلى السرعة الشائعة الآن والتي تتراوح بين 15000 إلى 18000 دورة في الدقيقة.في الآونة الأخيرة، أطلقت الشركات أكثر من 20.000 دورة في الدقيقة من أنظمة الدفع الكهربائي، فلماذا تزداد سرعة محركات الطاقة الجديدة أكثر فأكثر؟

 

نعم، نتائج مدفوعة بالتكلفة!

 

وفيما يلي تحليل للعلاقة بين سرعة المحرك وتكلفة المحرك على المستويين النظري والمحاكاة.

 

يشتمل نظام الدفع الكهربائي النقي للطاقة الجديد عمومًا على ثلاثة أجزاء، المحرك ووحدة التحكم في المحرك وعلبة التروس.وحدة التحكم في المحرك هي نهاية إدخال الطاقة الكهربائية، وعلبة التروس هي نهاية إخراج الطاقة الميكانيكية، والمحرك هو وحدة تحويل الطاقة الكهربائية والطاقة الميكانيكية.طريقة عملها هي أن جهاز التحكم يقوم بإدخال الطاقة الكهربائية (التيار * الجهد) إلى المحرك.من خلال تفاعل الطاقة الكهربائية والطاقة المغناطيسية داخل المحرك، فإنه يخرج الطاقة الميكانيكية (السرعة * عزم الدوران) إلى علبة التروس.يقوم صندوق التروس بتشغيل السيارة عن طريق ضبط السرعة وعزم الدوران الناتج بواسطة المحرك من خلال نسبة تخفيض التروس.

 

من خلال تحليل صيغة عزم دوران المحرك، يمكن ملاحظة أن عزم دوران خرج المحرك T2 يرتبط بشكل إيجابي مع حجم المحرك.

 

صورة_20230419181827
 

N هو عدد دورات الجزء الثابت، I هو تيار الإدخال للجزء الثابت، B هو كثافة تدفق الهواء، R هو نصف قطر قلب الجزء الدوار، وL هو طول قلب المحرك.

 

في حالة التأكد من عدد دورات المحرك، وتيار الإدخال لوحدة التحكم، وكثافة تدفق فجوة هواء المحرك، إذا تم تقليل الطلب على عزم الدوران الناتج T2 للمحرك، فإن طول أو قطر يمكن تقليل نواة الحديد.

 

لا يتضمن تغيير طول قلب المحرك تغيير قالب الختم للجزء الثابت والدوار، والتغيير بسيط نسبيًا، لذا فإن العملية المعتادة هي تحديد قطر القلب وتقليل طول القلب .

 

مع انخفاض طول القلب الحديدي، تقل كمية المواد الكهرومغناطيسية (قلب الحديد، الفولاذ المغناطيسي، لف المحرك) للمحرك.وتمثل المواد الكهرومغناطيسية نسبة كبيرة نسبيا من تكلفة المحرك، وهو ما يمثل حوالي 72٪.إذا أمكن تقليل عزم الدوران، سيتم تقليل تكلفة المحرك بشكل كبير.

 

صورة_20230419181832
 

تكوين تكلفة المحرك

 

نظرًا لأن مركبات الطاقة الجديدة لديها طلب ثابت على عزم الدوران في نهاية العجلة، إذا كان سيتم تقليل عزم الدوران الناتج للمحرك، فيجب زيادة نسبة سرعة علبة التروس لضمان عزم الدوران في نهاية العجلة للمركبة.

 

ن1=ن2/ص

T1=T2×ص

n1 هي سرعة نهاية العجلة، n2 هي سرعة المحرك، T1 هي عزم دوران نهاية العجلة، T2 هي عزم دوران المحرك، وr هي نسبة التخفيض.

 

ولأن مركبات الطاقة الجديدة لا تزال تشترط السرعة القصوى، فإن السرعة القصوى للمركبة ستنخفض أيضاً بعد زيادة نسبة سرعة علبة التروس، وهو أمر غير مقبول، لذلك يتطلب ذلك زيادة سرعة المحرك.

 

لتلخيص،بعد أن يقلل المحرك من عزم الدوران ويسرع، مع نسبة سرعة معقولة، يمكن أن يقلل من تكلفة المحرك مع ضمان الطلب على الطاقة للمركبة.

تأثير تسريع إزالة الالتواء على الخصائص الأخرى01بعد تقليل عزم الدوران وتسريعه، يقل طول قلب المحرك، فهل يؤثر ذلك على الطاقة؟ دعونا نلقي نظرة على صيغة السلطة.

 

صورة_20230419181837
U هو جهد الطور، I هو تيار دخل الجزء الثابت، cos∅ هو عامل القدرة، وη هي الكفاءة.

 

يمكن أن نرى من الصيغة أنه لا توجد معلمات تتعلق بحجم المحرك في صيغة طاقة خرج المحرك، وبالتالي فإن تغيير طول قلب المحرك له تأثير ضئيل على الطاقة.

 

فيما يلي نتيجة محاكاة الخصائص الخارجية لمحرك معين. بالمقارنة مع المنحنى المميز الخارجي، يتم تقليل طول النواة الحديدية، ويصبح عزم الدوران الناتج للمحرك أصغر، ولكن الحد الأقصى لطاقة الخرج لا يتغير كثيرًا، وهو ما يؤكد أيضًا الاشتقاق النظري أعلاه.

صورة_20230419181842

مقارنة المنحنيات المميزة الخارجية لقدرة المحرك وعزم الدوران مع أطوال مختلفة للنواة الحديدية

 

02تؤدي الزيادة في سرعة المحرك إلى زيادة المتطلبات لاختيار المحامل، كما أن المحامل عالية السرعة مطلوبة لضمان عمر تشغيل المحامل.

03المحركات عالية السرعة أكثر ملاءمة لتبريد الزيت، والتي يمكن أن تزيل مشكلة اختيار ختم الزيت مع ضمان تبديد الحرارة.

04نظرًا للسرعة العالية للمحرك، يمكن اعتبار استخدام محرك سلكي دائري بدلاً من محرك سلكي مسطح لتقليل فقدان التيار المتردد للملف عند السرعة العالية.

05عندما يتم تثبيت عدد أقطاب المحرك، فإن تردد تشغيل المحرك يزداد بسبب زيادة السرعة. من أجل تقليل التوافقيات الحالية، من الضروري زيادة تردد التبديل لوحدة الطاقة. لذلك، تعتبر وحدة التحكم SiC ذات مقاومة تردد التبديل العالية شريكًا جيدًا للمحركات عالية السرعة.

06من أجل تقليل فقدان الحديد بسرعة عالية، فمن الضروري النظر في اختيار فقدان منخفض ومواد مغناطيسية عالية القوة.

07تأكد من عدم تعرض الدوار للتلف بسبب السرعة الزائدة بمقدار 1.2 مرة من السرعة القصوى، مثل تحسين جسر العزل المغناطيسي، وطلاء ألياف الكربون، وما إلى ذلك.

 

الصورة_20230419181847
صورة نسيج ألياف الكربون

 

تلخيص

 

 

يمكن أن تؤدي الزيادة في سرعة المحرك إلى توفير تكلفة المحرك، ولكن يجب أيضًا مراعاة زيادة تكلفة المكونات الأخرى بشكل متوازن.ستكون المحركات عالية السرعة هي اتجاه تطوير أنظمة القيادة الكهربائية. هذه ليست مجرد وسيلة لتوفير التكاليف، ولكنها أيضًا انعكاس للمستوى الفني للمؤسسة.لا يزال تطوير وإنتاج المحركات عالية السرعة أمراً صعباً للغاية. بالإضافة إلى تطبيق مواد جديدة وعمليات جديدة، فإنه يتطلب أيضًا روح التميز لدى مهندسي الكهرباء.


وقت النشر: 19 أبريل 2023