مع التعمق في تطوير الكهربة والذكاء في قطاع السيارات، أصبحت المحركات مكونات رئيسية للطاقة والتحكم داخل المركبات. وهي تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة الدفع (محركات الجر الخاصة بالمركبات الجديدة الطاقة)، وتطبيقات التحكم في هيكل المركبة (محركات الأبواب الخلفية الكهربائية، ومحركات نوافذ المركبة، ومحركات ضبط مقاعد الركاب)، وأنظمة الدعم (محركات المراوح التبريدية، ومحركات التوجيه الكهربائي المعزَّز). وباعتبارها الوحدة الأساسية التي تتحكم في بدء تشغيل المحرك وإيقافه، وكذلك في سرعته واتجاه دورانه، يجب أن يوفِّر نظام القيادة الكهربائية للمحرك طاقةً خرجيةً فعَّالةً ومستقرةً وموثوقةً في ظل الظروف القاسية onboard مثل ارتفاع درجة الحرارة، والاهتزازات، والتداخل الكهرومغناطيسي القوي (EMI)، وتقلبات الجهد الواسعة. وبصفته مكوِّنًا سلبيًّا رئيسيًّا في أنظمة قيادة المحركات، يؤدي المُحث وظائف جوهريةً تشمل تخزين الطاقة، والترشيح، والمقاومة (Choking)، وكبح قمم التيار. ويؤثر اختيار المُحث تأثيرًا مباشرًا على كفاءة التحويل، واستقرار التشغيل، والتوافق الكهرومغناطيسي (EMC)، وعمر الخدمة.
١- مبدأ عمل أنظمة تشغيل محركات السيارات والدور الجوهري للملفوفات
تتمثل الوظيفة الأساسية لأنظمة تشغيل محركات المركبات في استقبال الأوامر الصادرة عن وحدة التحكم في المركبة (VCU) أو وحدة تحكم محلية، وتحويل الطاقة الكهربائية المستمدة من مصدر الطاقة المدمج في المركبة إلى طاقة ميكانيكية، ثم تشغيل المحرك لتحقيق بدء التشغيل/الإيقاف بدقة، وتنظيم السرعة، والتحكم في الحركة للأمام أو للخلف. وفي الوقت نفسه، تستخدم إشارات التغذية الراجعة للتيار والسرعة لتنفيذ التحكم الحلقي المغلق، مما يضمن تشغيل المحرك بسلاسة وأمان. وعادةً ما يشمل الدائرة وحدة إدارة الطاقة، ووحدة التحكم الدقيق (MCU)، ووحدة تشغيل الطاقة، ووحدة كشف التيار/السرعة، ووحدة ترشيح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI).
الشكل ١. المخطط الكتلي لنظام تشغيل محرك المركبة ذات الطاقة الجديدة
أجهزة أخرى مركبة على المركبة؛ بطارية الطاقة؛ صندوق التحكم عالي الجهد؛ قاطع تيار مستمر عالي الجهد (DC P/N)؛ وحدة تحكم المركبة (VCU)؛ بطارية الجهد المنخفض؛ ريليه التحكم؛ الفيوز؛ محرك القيادة (DM)؛ خطوط الطاقة ثلاثية الطور U/V/W؛ خطوط الإشارات (المُحَلِّل، درجة الحرارة)؛ وحدة تحكم المحرك (MCU)؛ مضخة الماء؛ سائل التبريد؛ المبرد.
١.١ الدور الذي تؤديه الملفوفات في حلقة تشغيل الطاقة
تستخدم محركات السيارات عادةً تقنية التحكم بالتعديل العرضي للنبضات (PWM). وبإيقاف وإعادة تشغيل أجهزة الطاقة (مثل الترانزستورات MOSFET أو IGBT)، يتم تنظيم جهد التيار الكهربائي والتيار الخارجين للتحكم في سرعة المحرك وعزم الدوران. وتؤدي الملفات الحثية دورًا أساسيًّا في حلقة تشغيل الطاقة، وأبرز وظائفها ما يلي:
قمع قمم التيار: عندما يبدأ المحرك أو يتوقف، أو عند تغيُّر سرعته، أو عند تشغيل أو إيقاف أجهزة الطاقة، فإن ذلك يولِّد قممًا لحظية في التيار. ويمكن أن تؤدي هذه القمم إلى إجهاد أجهزة الطاقة (مثل الترانزستورات ذات التأثير الميداني العازلة للبوابة MOSFETs/الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة IGBTs) ودوائر التشغيل، بل وقد تتسبب في تلف المكونات. ويحد الملف الحثي من معدل تغير التيار (di/dt) عبر مفاعله الحثي، مما يكبح فعّالياً قمم التيار، ويحمي المكونات الأساسية في حلقة القيادة، ويمدّد عمر هذه المكونات.
تنعيم تيار المحرك: يتسبب التحكم بتعديل عرض النبضة (PWM) في تذبذب التيار الناتج. وإذا وُجِّه هذا التيار مباشرةً إلى المحرك، فقد يؤدي إلى اهتزاز أكبر، وضوضاء أعلى، وفقدان أكبر في لفات المحرك. وباستمرار تخزين الطاقة وإطلاقها، يقوم الملف الحثي بتنعيم تذبذب التيار، ما يجعل تيار إدخال المحرك أكثر استقراراً، وبالتالي يحسّن استقرار التشغيل.
١.٢ الدور الذي تؤديه الملفوفات في إدارة الطاقة والترشيح
يُقسَّم مصدر الطاقة في أنظمة محركات القيادة automobiles إلى فئتين: مصادر الطاقة المنخفضة الجهد المُركَّبة على المركبة (12 فولت/24 فولت) الخاصة بوحدات التحكم ورقائق القيادة، ومصادر الطاقة العالية الجهد المستخدمة في المركبات الجديدة الطاقة والمخصصة لوحدات القيادة الكهربائية. وتؤدي الملفات الحثية الأدوار الرئيسية التالية في إدارة الطاقة والترشيح:
التحويل من تيار مستمر إلى تيار مستمر (DC-DC): في دوائر إمداد الطاقة المنخفضة الجهد، يلزم استخدام محول خفض جهد تيار مستمر-تيار مستمر (DC-DC) لتحويل جهد المركبة البالغ 12 فولت/24 فولت إلى مستويات الجهد 5 فولت و3.3 فولت المطلوبة من وحدات التحكم الدقيق (MCUs) وأجهزة الاستشعار. وباعتبارها العنصر الأساسي لتخزين الطاقة في دائرة التحويل من تيار مستمر إلى تيار مستمر، تقوم الملفات الحثية بتخزين الطاقة وإطلاقها، والحفاظ على استقرار جهد الإخراج، ومنع تقلبات الجهد من التأثير على التشغيل الطبيعي لوحدة التحكم.
Ức-suppression: عند تشغيل نظام القيادة الكهربائية للمحرك، يؤدي تبديل أجهزة الطاقة إلى توليد تداخل عالي التردد. ويمكن أن ينتقل هذا التداخل عبر خطوط الطاقة إلى الأنظمة الإلكترونية الأخرى المركبة على متن المركبة، مثل أنظمة الملاحة أو الراديو، مما يؤثر على عملها الطبيعي. وتتكوّن دائرة مرشح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) من مقاومات التشويش المشتركة (Common mode chokes) مع المكثفات من النوع X والنمط Y، وهي تعمل على إزالة التداخل عالي التردد من خطوط الطاقة، وقمع الإشعاعات الكهرومغناطيسية، وتقليل تأثير التداخل الخارجي على نظام القيادة الكهربائية للمحرك.
٢- متطلبات الملفوفات لأنظمة تشغيل محركات السيارات
غالبًا ما تُركَّب أنظمة تشغيل المحركات في السيارات في بيئات قاسية مثل حجرات المحرك ومنطقة الهيكل، حيث تتعرَّض لفترات طويلة لدرجات حرارة ورطوبة مرتفعتين، والاهتزازات عالية التردد، والتداخل الكهرومغناطيسي القوي. ويجب أن تستوفي هذه الأنظمة متطلبات الموثوقية الخاصة بالقطاع automotive، وأن تتكيف مع تقلبات الجهد الواسعة وذروات التيار العالية، مما يفرض متطلبات صارمة على أداء الملف الحثي وبنيته وموثوقيته.
٣- حلول شركة CODACA للملفوفات لأنظمة تشغيل المحركات
3.1 محث طاقة عالي التيار من الفئة الصناعية للسيارات
في أنظمة تشغيل المحركات، محفزات الطاقة عالية التيار تُستخدم بشكل رئيسي في محولات التيار المستمر-التيار المستمر (DC-DC) ودوائر الترشيح. وتقدِّم ملفات الاستقراء الكهربائية عالية التيار من فئة السيارات الخاصة بشركة CODACA أداءً منخفض الفقد وتيار اشباع عالٍ، حيث يصل تيار الاشباع إلى 422 أمبير، ومدى حراري تشغيلي يتراوح بين -55°م و+155°م، ما يجعلها مناسبة للبيئات الإلكترونية المعقدة في المركبات.
3.2 مثبّط طاقة مُشكَّل من فئة السيارات
شركة CODACA مثبّط طاقة مُشكَّل من فئة السيارات يستخدم مواد قلب مغناطيسي من مسحوق منخفض الفقد وتكنولوجيا إلكترود مبتكرة لحل التحديات التقنية مثل عدم انتظام لفائف الملف وتشقُّق المنتج أثناء عملية التشكيل. ويقلل هذا التصميم من إجمالي فقدان الملف الاستقرائي بنسبة تزيد على 30%، ويدعم درجات حرارة تشغيل تصل إلى 170°م، ويحقِّق كفاءة طاقة تصل إلى 98%، كما يحسّن بشكل فعّال موثوقية أنظمة تشغيل المحرك وكفاءة تحويل الدوائر الكهربائية من التيار المستمر-التيار المستمر (DC-DC).
3.3 ملف استقراء قضيبي من فئة السيارات
تمتلك شركة CODACA فريق بحث وتطوير ذو خبرة يمكنه توفير حلول مخصصة بسرعة ملف استقراء قضيبي من فئة السيارات حلول ذات خصائص وهياكل مختلفة استنادًا إلى متطلبات العميل.
3.4 مكونات التداخل الكهرومغناطيسي
الاختناق في الوضع الشائع , اللآلئ والمكونات المغناطيسية الأخرى تُستخدم على نطاق واسع في أنظمة القيادة الكهربائية للسيارات ودوائر ترشيح الطاقة لقمع التداخل الضوضائي على خطوط الإشارات وخطوط الطاقة.
EN