交流異步電機與永磁同步電機有何區別?


   
在提及純電動汽車的動力系統時,我們經常會聽到永磁同步電機或者交流異步電機的說法,并且前者出現的頻率更高。那么,搭載了這兩種不同技術的電機到底有什么區別,又分別擁有哪些優缺點呢?  
目前,市面上的純電動汽車的電機種類共有四種。直流電機由于其存在諸多缺點已逐漸被淘汰;開關磁阻電機由于其擁有較高的轉矩脈動,導致振動和噪聲都很大,所以只有在商用車領域被廣泛應用。因此,永磁同步電機和交流異步電機成為了大多數乘用車所采用的電機形式。    

首先,我們先來了解一下純電動汽車的工作原理:電池通過控制系統向電機供電,在電機中將電能轉換為機械動力并傳給系統,然后傳送給驅動車輪并使車輪轉動,最后通過與地面間的相互作用產生使汽車行駛的牽引力。

了解完工作原理后我們直接進入今天的主題,同步電機異步電機的最大區別就在于兩者的轉子旋轉的磁場速度是否與定子旋轉的磁場速度一致,如果一致就叫做同步電機,如果不一致就叫做異步電機,具體到性能參數以及應用,兩者有很大的區別。

永磁同步電機    
永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機,永磁體作為轉子產生旋轉磁場,三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應,感應三相對稱電流。    
永磁同步電機的轉子本身產生固定方向的磁場(永磁體),定子旋轉磁場“拖著”轉子磁場(轉子)轉動,因此轉子的速度一定等于定子的同步速,所以叫做“同步電機”。定子線圈的磁場會因為斷電而消失,但是轉子卻是磁性很強的永磁體,磁場并不會消失,因此稱之為——永磁(雖然隨著時間的流逝磁場會逐漸消失,但是速度也是很慢的)。    
永磁同步電機的轉子轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此,通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率,電動汽車的車速將最終被控制。    

交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖1

(永磁同步電機構成部件)

交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖2

(永磁同步電機結構原理圖)

交流異步電機    
異步電機是由定子繞組組成的旋轉磁場與轉子繞組中感應電流的磁場相互作用而產生電磁轉扭驅動轉子旋轉的交流電動機。    
異步電機的轉子滯后于現場速度,所以它的轉子必須比磁場旋轉得更慢。轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉,存在轉差率,這樣可以感應轉子電流,產生扭矩以驅動附加的負載,同時克服內部損耗。    
當導體在磁場內切割磁感線時,在導體內產生感應電流,“感應電機”的名稱由此而來。感應電流和磁場的聯合作用向電機轉子施加驅動力。與永磁同步電機中使用永磁材料的轉子不同,異步電機的轉子則通常用鋁或銅來制造。    

交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖3

交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖4

(交流異步電機旋轉磁場是由三個不同相位線圈產生的磁場矢量加和形成 )

同步電機優點:          
轉子無勵磁繞組,所以無轉子銅耗,因此效率較高;    
高性能永磁材料提供勵磁,給定功率小,體積可以減??;    
轉子轉動慣量小,故動態性能好;    
低效率時較大的功率和轉矩輸出。    
同步電機缺點       :成本高,可靠性低,加工工藝復雜,機械強度差,電動車性能受環境影響大。    

   

異步電機優點:

無永磁高溫退磁問題,可以將峰值功率、額定功率、峰值功率工作時間延長。

電機特性受環境影響??;

自身就具有啟動高轉矩、高速轉矩調整;

異步電機缺點:轉子磁場來自定子勵磁,存在銅耗,能量轉化率比永磁同步電機低。

交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖5    
電機特性    
從電機的特性來說,配備交流異步電機的電動汽車更傾向于性能策略,充分利用這種電機在高轉速下的性能輸出和效率優勢,其特性是:當汽車處于高速行駛時,其能夠保持高速運轉和高效的電能使用效率,在為汽車保持最大動力輸出的同時,減少能耗。配備永磁同步電機的車型更傾向于能耗策略,充分利用這種電機在低速階段的性能輸出和高效運轉,適用于中小型車。其特點是體積小、重量輕,可以大大增加電動汽車的續航里程。并且其調速性能特別好,在面對反復啟停、加減速時,仍能夠保持較高效率。    
交流異步電機與永磁同步電機有何區別?的圖6  
適用車型    
動力電池能夠直接輸出的是高電壓的直流電,如果要使用異步電機還需要使用大功率的逆變器,把直流轉換成交流,這個過程也會產生一些能量損耗。而永磁同步電機可以直接用直流電驅動,所以永磁同步電機多用于經濟型車,異步電機多用于高性能車型。    
   

   

   

     

     

     

     

綜述

當汽車處于高速行駛時,異步感應電機能夠保持高速運轉和高效的電能使用效率。而在面對反復啟停、加減速時,調速性能好的永磁同步電機仍能夠保持較高效率。而關于電機的選擇,取決于主機廠最終的車型的定位以及能耗的策略。     
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