ما العوامل التي تؤثر في عمر المولد الكهربائي للسيارة الافتراضي؟

الأحمال الكهربائية وتوافق النظام

إن الطلب الكهربائي المستمر المفروض على نظام توليد الطاقة في المركبة يؤثر مباشرةً في عمر المولد الكهربائي. ويتحدد كفاءة إنتاج الطاقة وتنظيمها وتوصيلها وفقاً لمدى توافق المكونات— وبخاصة بين المولد الكهربائي والبطارية ومنظم الجهد.

أثر الملحقات الإضافية المُركَّبة بعد شراء السيارة على حمل المولد الكهربائي

عندما يقوم شخص ما بتثبيت إكسسوارات ذات طاقة عالية مثل أنظمة صوت قوية، أو مصابيح إضافية، أو رافعات كهربائية، فإن ذلك يُحمّل النظام الكهربائي للمركبة فوق الطاقة التي صُمِمَ لتحملها. ويُجبر المولد (الدينامو) على العمل باستمرار عند حده الأقصى تقريبًا، مما يولّد كمية كبيرة من الحرارة ويؤدي إلى تآكل المكونات أسرع من المعتاد. كما يواجه المولد القديم أو الصغير صعوبة في تلبية احتياجات البطارية عندما تعمل جميع هذه الأجهزة الإضافية معًا في وقت واحد. وهذا يؤدي إلى عدم شحن البطاريات بشكلٍ كافٍ، وتعرُّضها لدورات تفريغ عميق تُلحق الضرر بالبطارية نفسها وبالمولد على حد سواء مع مرور الوقت. وقد وجدت دراسة حديثة نشرتها مجلة «الهندسة السيارات» عام ٢٠٢٣ أن السيارات المزودة بمعدات كهربائية إضافية تتجاوز سعتها ٥٠٠ واط عانت من أعطال في المولد بنسبة تقارب ضعف عدد أعطال المولد في المركبات القياسية بعد ثلاث سنوات فقط من الاستخدام على الطرق.

كيف تؤدي تدهّر البطارية إلى زيادة الإجهاد الواقع على مولد السيارة

عندما تتقادم بطاريات الرصاص الحمضية، فإنها لم تعد تحتفظ بالشحنة بنفس الكفاءة التي كانت عليها سابقًا، كما أن مقاومتها الداخلية تزداد. وما النتيجة؟ حسنًا، لا يبقى أمام المولد البديل (الألترناتور) خيارٌ سوى العمل لفترة أطول أثناء فترات الشحن؛ إذ يحتاج إلى تعويض جميع الخسائر الإضافية التي تحدث داخل النظام، والتعامل مع متطلبات الطاقة غير المتوقعة الصادرة عن مكونات مختلفة. وكل ذلك يؤدي إلى ما يُعرف بـ«تموّج الجهد»، أي تلك الارتفاعات والانخفاضات السريعة في التدفق الكهربائي التي قد تتسبب في احتراق لفات المحرك (الستاتور) وتُسبب إجهادًا شديدًا على الصمامات الثنائية (الدايودات). وقد وجدت بعض الدراسات فعليًّا أن المولدات البديلة العاملة مع بطاريات قديمة تميل إلى الفشل بمعدل يقارب ضعف المعدل المسجل للمولدات المرتبطة ببطاريات في حالة جيدة. وهذا أمرٌ بالغ الأهمية عند أخذ تكاليف الاستبدال المستقبلية في الاعتبار.

فشل منظم الجهد وتأثيره على عمر المولد البديل (الألترناتور) الافتراضي في السيارة

يحافظ منظم الجهد على إخراج مستقر—عادةً ما يكون بين ١٣,٥–١٤,٨ فولت—لحماية البطارية والنظام الكهربائي. وعندما يتعطل، تظهر حالتان ضارتان:

1. شحن مفرط وهو ما يؤدي إلى غليان محلول الإلكتروليت في البطارية وتلف الصمامات الثنائية (الدايودات) وارتفاع درجة حرارة الملفات؛
2. الشحن غير الكافي وهو ما يُعزِّز تكوُّن كبريتات الرصاص في البطارية ويُجبر المولد (الألترناتور) على العمل عند تيار عالٍ غير مستدام.

غالبًا ما يسبق خلل منظم الجهد الفشل الكامل للمولد. وتشير البيانات الميدانية المستخلصة من شبكات الخدمة إلى أن ٦٨٪ من المولدات التي تم استبدالها بسبب احتراق الملفات كانت قد سُجِّلت لديها سابقًا حالات غير طبيعية في منظم الجهد.

إدارة الحرارة والتآكل المرتبط بالحرارة

كفاءة مروحة التبريد وحدود درجة الحرارة الداخلية في مولدات السيارات

داخل مولدات التيار المتردد الخاصة بالسيارات، ترتفع درجات الحرارة غالبًا إلى أكثر من ١٠٠ درجة مئوية عند تشغيلها بكثافة. وتحتوي معظم الموديلات على مروحة تبريد مُثبَّتة على الدوار، تقوم هذه المروحة بدفع الهواء عبر الأجزاء الحيوية مثل لفات الملف الثابت (الستاتور) ووحدات الصمامات الثنائية (الدايود). وعندما تتراكم أتربة الطرق على شفرات هذه المروحة أو يتراكم عليها الزيت، فإن تدفق الهواء ينخفض بشكلٍ كبيرٍ في بعض الأحيان بنسبة تصل إلى ٤٠٪ وفقًا لما رأيناه في ورشتنا. وهذا يعني أن مولد التيار المتردد يعمل عند درجة حرارة أعلى من الموصى بها، مما يؤدي إلى تدهور عزل الأسلاك النحاسية تدريجيًّا، ويُسرِّع من تآكل وصلات الصمامات الثنائية. ويزيد القيادة في المدن — مع تكرار التوقفات والانطلاقات — من سوء الوضع، لأن المحرك لا يدور بسرعة كافية للحفاظ على حركة المروحة بشكلٍ صحيح. ونوصي بفحص هذه المراوح كل ثلاثة أشهر تقريبًا، والبحث عن أي انسدادات والتأكد من عدم انسداد منافذ التهوية. وهذه الفحوصات البسيطة يمكن أن توفر على العملاء إصلاحات مكلفة في المستقبل.

تصميم تهوية الغلاف وتعبئة التغيرات الحرارية المتكررة

تساعد فتحات التهوية والزعانف المُصمَّمة لتبريد الحرارة بالفعل في تحسين التبريد بالحمل الحراري، رغم أن ذلك يأتي على حساب تعريض الأجزاء الداخلية للرطوبة وجميع أنواع الملوِّثات. لكن ما يثير قلق المهندسين حقًّا هو ما يحدث نتيجة التكرار المتكرِّر لدورات التغير الحراري. فعند ارتفاع درجة حرارة المكوِّنات أثناء التشغيل، تتمدَّد هذه المكوِّنات، ثم تنكمش مجددًا عند إيقاف تشغيل الجهاز، مما يولِّد إجهادًا ميكانيكيًّا يتراكم مع مرور الوقت. وتتمدَّد مواد هيكل الغلاف المصنوع من الألومنيوم بسرعة تبلغ نحو ١٫٥ مرة أسرع من المكوِّنات الفولاذية الموجودة داخله، ما يؤدي إلى ظهور قوى قصٍّ مباشرة عند نقاط التثبيت الحرجة والمفاصل اللحامية. وبعد حوالي ٥٠٠٠ دورة تشغيل — وهي عدد الدورات التي تصل إليها معظم المركبات المستخدمة في التنقُّل الحضري — تبدأ هذه الظاهرة في التسبُّب في شقوق دقيقة في طبقات العزل وكذلك في الوصلات اللحامية. ونلاحظ أن هذه المشكلة تصبح أكثر حدةً في المناطق ذات مستويات الرطوبة العالية، حيث تؤدي عملية التآكل إلى تسريع معدل التآكل العام. وتُظهر الإحصائيات أن هذه المشكلات تشكِّل في الواقع نحو ٢٣٪ من حالات فشل المولِّدات الكهربائية المبكرة في مثل هذه الظروف. وللمواجهة، يبحث المصنعون عن استراتيجيات أفضل لتحديد مواقع فتحات التهوية، فضلًا عن تطبيق طلاءات واقية مُلائمة (Conformal Coatings) تحقِّق توازنًا بين الحفاظ على درجات حرارة كافية للتبريد، وفي الوقت نفسه حماية المكوِّنات من التدهور على المدى الطويل.

السلامة الميكانيكية: الحزام، البكرة، واستقرار التثبيت

توتر حزام القيادة الأمثل ودوره في متانة مولد التيار الكهربائي للسيارة

يُعَدُّ توتر حزام القيادة عاملاً حاسماً في تحديد عمر المولد الكهربائي الافتراضي: فالتوتر المنخفض جداً يؤدي إلى انزلاق الحزام — ما يقلل كفاءة الشحن ويُسرِّع من تآكل الحزام والبكرة — بينما يؤدي التوتر الزائد إلى إجهاد المحامل والمحور، ويرفع درجة حرارة التشغيل بنسبة تصل إلى ٣٠٪. ولتحقيق أقصى درجات المتانة:

• احفظ التوتر وفقاً لمواصفات الشركة المصنِّعة (عادةً ما يكون الانحراف ١–٢ مم لكل مدى ١٠٠ مم)؛
• افحص الأحزمة كل ثلاثة أشهر بحثاً عن التشققات أو التلميع أو التفتت؛
• تأكد من انتظام محاذاة البكرات باستخدام أدوات الليزر لمنع التآكل على الحواف؛
• استبدل الأحزمة بشكل استباقي — وليس ردّي — لتفادي قفزات الحمل المفاجئة.

إن إهمال صيانة التوتر يزيد من عبء العمل الواقع على المولد الكهربائي ويقصر عمر الخدمة بنسبة تصل إلى ٤٠٪ في التطبيقات ذات المسافات الطويلة. وبقي التحكم الدقيق والمستمر في التوتر الإجراء الأكثر فعالية من حيث التكلفة للحفاظ على موثوقية النظام الكهربائي.

التعرُّض البيئي ومقاومة التآكل

الرطوبة، وملح الطرق، والأكسدة الطرفية في فشل مولد التيار الكهربائي في السيارات

عندما تتعرض المولدات الكهربائية لبيئات قاسية، فإن عمرها الافتراضي ينخفض بشكلٍ ملحوظٍ جدًّا. فملح الطرق الذي نراه في فصل الشتاء يُكوِّن محاليل موصلة تؤدي إلى تآكل غلاف المولد المصنوع من الألومنيوم وكذلك الأجزاء الفولاذية التي تحفظ جميع المكونات معًا. وفي الوقت نفسه، يؤدي تسرب الماء إلى داخل المولد إلى صدأ التوصيلات والنواقل النحاسية، ما قد يرفع المقاومة الكهربائية إلى نحو ثلاثة أضعاف قيمتها الطبيعية. والنتيجة التالية لذلك سيئةٌ جدًّا على النظام ككل: إذ تؤثر هذه العملية برمتها سلبًا على استقرار الجهد الكهربائي، مما يؤدي إلى مشاكل ارتفاع درجة الحرارة وأحيانًا انخفاض الجهد إلى أقل من ٩ فولت عند محاولة تشغيل المحرك. ولدى الأشخاص القاطنين بالقرب من السواحل أو الذين يتعاملون مع كميات كبيرة من الثلوج، يتسبب هذا النوع من التآكل في الطرفين الكهربائيين في نحو ثلث حالات أعطال المولدات المبلغ عنها. وغالبًا ما يلاحظ هؤلاء الأشخاص أن إضاءة المصابيح الأمامية تصبح خافتةً، أو يجدون أنفسهم عالقين مع سيارة لا تدور محركها رغم أن معظم المكونات الداخلية لا تزال سليمة.