تصميم وتطوير المحركات الكهربائية عالية الكفاءة

عناصر الموضوع

1- أهمية المحركات الكهربائية عالية الكفاءة في الصناعة.
2- التقنيات الحديثة في تصميم المحركات الكهربائية.
3- دور المحركات الكهربائية في تقليل استهلاك الطاقة.
4- مقارنة بين المحركات التقليدية وعالية الكفاءة.
5- تطبيقات المحركات عالية الكفاءة في القطاعات المختلفة.
6- التحديات التي تواجه تصميم المحركات الكهربائية.
7- أمثلة على المحركات المبتكرة وتأثيرها على السوق.

تصميم وتطوير المحركات الكهربائية عالية الكفاءة,  اكتشف تطبيقات الأتمتة الصناعية ودورها في تعزيز الإنتاجية، تقليل التكاليف، وتحسين الكفاءة التشغيلية في مختلف الصناعات. بينما يعتمد تصميمها وتطويرها على دمج تقنيات مبتكرة لتحقيق استدامة بيئية واقتصادية في جميع التطبيقات.

1- أهمية المحركات الكهربائية عالية الكفاءة في الصناعة

يمكن أن تجد ذلك المحركات الكهربائية استخدامًا كبير جدا في الصناعات والقطاعات المتنوعة. فيما يلي بعض التطبيقات الأكثر شيوعًا:

1- الآلات الصناعية:

يمكن ان تقوم بعمل تصميم المحركات الكهربائية على تشغيل أنواع مختلفة من الآلات، وأيضا يمكن تشغيل المضخات والضواغط والناقلات ومعدات التشغيل.

2- السيارات:

يمكن أن تقوم بأن تُستخدم تصميم المحركات الكهربائية على نطاق كبير في المركبات الكهربائية ، بينما توفر الدفع والتحكم في المكونات المختلفة مثل النوافذ الكهربائية وأيضا المساحات.

3- الأجهزة المنزلية:

توجد تصميم المحركات الكهربائية في العديد من الأجهزة المنزلية، مثل الثلاجات، والغسالات، والمراوح، والمكانس الكهربائية.

4- الطاقة المتجددة:

من الممكن بأن تلعب المحركات الكهربائية دور كبير ومهم في توليد الكهرباء من مصادر متجددة مثل توربينات الرياح ومحطات الطاقة الكهرومائية.

5- الروبوتات:

تعد المحركات الكهربائية مكونًا رئيسيًا في الأنظمة الروبوتية، بينما يتيح حركات دقيقة ومضبوطة.

6- المعدات الطبية:

يمكن أن تعتبر بأن تُستخدم المحركات الكهربائية في الأجهزة الطبية، مثل الأدوات الجراحية، وأجهزة التشخيص.[1]

2- التقنيات الحديثة في تصميم المحركات الكهربائية

يعتبر تصميم المحركات الكهربائية في العصر الحديث, بينما يمكن بأن يواجه العديد من التحديات التقنية، التي تتطلب حلولًا مبتكرة:

1- تقليل الفاقد الحراري

• يعتبر الحرارة الزائدة أحد أكبر التحديات في المحركات الكهربائية، بينما أن الفاقد الحراري يقلل من كفاءة المحرك ويزيد من التكاليف التشغيلية.

2- زيادة الكفاءة

• مع التحول إلى الطاقة المتجددة، يتطلب الأمر من تصميم المحركات الكهربائية تحقيق كفاءة المحركات الكهربائية أكبر لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

3- تحقيق الاعتمادية وتقليل التكاليف

• إن زيادة متانة وقوة مكونات المحرك مع الحفاظ على انخفاض التكاليف يشكل عقبة أخرى.[2]

3- دور المحركات الكهربائية في تقليل استهلاك الطاقة

1- الإبتكارات في كفاءة الطاقة :

• في العقود الأخيرة، أصبحت ضرورة استغلال الطاقة بكفاءة المحركات الكهربائية أكثر وضوحا من أي وقت مضى، بينما نتيجة للطلب المتزايد على الطاقة واستمرار استنزاف الموارد الطبيعية.

2- تصميم محرك كهربائي :

• تتضمن هذه الابتكارات الجديدة استخدام مواد جديدة في إنشاء محرك كهربائي، بينما على سبيل المثال، مواد ذات مقاومة منخفضة تساهم في تقليل فقدان الطاقة.

3- كفاءة المحركات الكهربائية:

• يمكن برمجة أنظمة التحكم الذكية لمتابعة أداء المحرك في الوقت الحقيقي وإجراء التعديلات على إعدادات المحرك من أجل تحقيق أكبر قدر ممكن من الكفاءة, بينما  يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة وانخفاض التكاليف.[3]

4- مقارنة بين المحركات التقليدية وعالية الكفاءة

تعتمد كفاءة المحركات الكهربائية على مدى قدرة المحرك على تحويل التيار إلى طاقة ميكانيكية.

1- محركات التيار المستمر ذات الفرشاة

• يقوم محرك التيار المستمر ذو الفرشاة بتشغيل الدوار باستخدام نظام فرشاة مدمج مع لوحة المبدل, بينما يسهل  تدفق التيار المباشر بين اللف والمبدل.

2- محركات التيار المستمر بدون فرشاة

• يستخدم تصميم محرك التيار المستمر بدون فرشاة(BLDC) ، أو المحرك الذي يتم تبديله إلكترونيًا، وحدات تحكم إلكترونية لتحويل التيار إلى لفات المحرك عبر مجال مغناطيسي.

3- محركات الحث بالتيار المتردد

• يقوم محرك الحث المتردد، أو المحرك غير المتزامن، بتحريك الدوار من خلال الحث الكهرومغناطيسي الناشئ في المجال المغناطيسي لملف الجزء الثابت.

4- المحركات المتزامنة

• إن المحركات المتزامنة، أو تصميم محركات الكهربائية التردد المتغيرة. بينما تلغي الحاجة إلى تدفق التيار إلى الدوار على الإطلاق. وهذا ممكن بفضل مزامنة تردد التيار والحقل المغناطيسي الناتج عن اللف.[4]

5- تطبيقات المحركات عالية الكفاءة في القطاعات المختلفة

حددت اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC) عدة فئات لكفاءة المحركات الكهربائية ، والمعروفة باسم تصنيفات IE (الكفاءة الدولية).

الكفاءة القياسية: غالبًا ما يشار إليها باسم الجيل الأول من المحركات الموفرة للطاقة، بينما تمثل محركات IE1 المستوى الأساسي للكفاءة. بينما تُستخدم عادةً في التطبيقات الأقل تطلبًا حيث لا تشكل تكاليف الطاقة مصدر قلق أساسي.

• الإخراج:75 كيلو واط إلى 355 كيلو واط
• الأقطاب: 2، 4، 6، 8، 10، 12
• نطاق السرعة: 500 دورة في الدقيقة إلى 3600 دورة في الدقيقة
• تردد الدورة في الدقيقة: 50 هرتز إلى 60 هرتز

 عالية: توفر محركات IE2 تحسنًا كبيرًا في كفاءة الطاقة الكهربائية مقارنة بمحركات مناسبة تمامًا للتطبيقات التي تعمل فيها المحركات بشكل متكرر، بينما يمكن تحقيق وفورات في الطاقة بمرور الوقت.

• الإخراج:75 كيلو واط إلى 355 كيلو واط
• الأقطاب: 2، 4، 6
• نطاق السرعة: 1000 دورة في الدقيقة إلى 3600 دورة في الدقيقة
• تردد الدورة في الدقيقة: 50 هرتز إلى 60 هرتز

 ممتازة: هذه المحركات أكثر كفاءة من IE2,  وغالبًا ما يتم فرضها بموجب اللوائح في بلدان مختلفة لقدراتها على توفير الطاقة.

• الإخراج:75 كيلو واط إلى 355 كيلو واط
• الأقطاب: 2، 4، 6، 8
• نطاق السرعة: 750 دورة في الدقيقة إلى 3600 دورة في الدقيقة
• تردد الدورة في الدقيقة: 50 هرتز إلى 60 هرتز

 فائقة الجودة: تعد محركات IE4 من أعلى فئات الكفاءة حاليًا، وتوفر أكبر قدر من توفير الطاقة.

• الإخراج:2 كيلو واط إلى 230 كيلو واط
• الأقطاب: 2، 4، 6، 8
• نطاق السرعة: 750 دورة في الدقيقة إلى 3600 دورة في الدقيقة
• تردد الدورة في الدقيقة: 50 هرتز إلى 60 هرتز

6- التحديات التي تواجه تصميم المحركات الكهربائية

تعاني تصميم المحركات الكهربائية الحديثة المصممة للاستخدام في المركبات من مشكلات فنية متعددة, بينما تتطلب حلولاً إبداعية:

1- تقليل الفاقد الحراري:

• يعتبر الحرارة الزائدة أحد أكبر التحديات في المحركات الكهربائية، بينما أن الفاقد الحراري يقلل من كفاءة المحرك ويزيد من التكاليف التشغيلية.

2- زيادة الكفاءة:

• مع التحول إلى الطاقة المتجددة، يتطلب الأمر من المحركات الكهربائية تحقيق كفاءة أكبر لتحويل الطاقة الكهربائية إلى طاقة ميكانيكية.

7- أمثلة على المحركات المبتكرة وتأثيرها على السوق

عند النظر إلى مجموعات السيارات، ليس من السهل دائمًا العثور على ما تبحث عنه.

1- محرك احتراق داخلي للبنزين (ESS)

• انبعاثات جسيمية منخفضة لقد أدت تقنيات المحرك الجديدة إلى تقليل استهلاك الوقود.
• الوقود المباع في المضخة خالٍ من الرصاص ويحتوي على 10% من الإيثانول الحيوي.

2- محرك الاحتراق الداخلي ديزل (DSL)

• يعد هذا دائمًا اختيارًا مثيرًا للاهتمام إذا كنت تقوم برحلات طويلة منتظمة وأميال سنوية كبيرة.

3- سيارة كهربائية هجينة خفيفة (MHEV)

• يوفر نظام المساعدة على الحركة دفعة قوية لمحرك الاحتراق عند بدء التشغيل والتسارع.
• بطارية صغيرة جدًا لا تحتاج إلى إعادة شحن (استعادة الطاقة أثناء التباطؤ).
وفي نهاية الحديث, يمثل تصميم وتطوير المحركات الكهربائية عالية الكفاءة خطوة حيوية نحو مستقبل أكثر استدامة وكفاءة. من خلال تعزيز الابتكار، يمكننا تحقيق تقدم كبير في تقليل استهلاك الطاقة ودعم التنمية المستدامة عالميًا.

• iecmotoresأهمية المحركات الكهربائية عالية الكفاءة في الصناعة _بتصرف
• ejabaالتقنيات الحديثة في تصميم المحركات الكهربائية _بتصرف
• mawdoo3دور المحركات الكهربائية في تقليل استهلاك الطاقة _بتصرف
• twmotorمقارنة بين المحركات التقليدية وعالية الكفاءة _بتصرف

مشاركة المقال

وسوم