在描述純電動(dòng)車(chē)的動(dòng)力系統(tǒng)的時(shí)候,經(jīng)常會(huì)聽(tīng)到永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)的說(shuō)法,而在出現(xiàn)頻率上,永磁同步電機(jī)占據(jù)著絕大多數(shù)。它們之間到底有什么區(qū)別,又分別擁有哪些優(yōu)缺點(diǎn)呢?
1驅(qū)動(dòng)電機(jī)形式
目前市面上的電動(dòng)汽車(chē)共有四種電機(jī),直流電機(jī)由于其諸多缺點(diǎn)已經(jīng)逐漸被淘汰。開(kāi)關(guān)磁阻電機(jī)被廣泛運(yùn)用于商用車(chē)上,不過(guò)由于其擁有較高轉(zhuǎn)矩脈動(dòng),導(dǎo)致振動(dòng)和噪聲都很大,所以未被應(yīng)用在乘用車(chē)上。而本文討論的永磁同步電機(jī)和交流異步電機(jī)則成為了大多數(shù)乘用車(chē)所采用的電機(jī)形式。
2永磁同步電機(jī) VS 交流異步電機(jī)
電機(jī)特性 | |
交流異步電機(jī) | 永磁同步電機(jī) |
功率密度低 | 功率密度高 |
調(diào)速范圍小 | 調(diào)速范圍大 |
單位功率成本低 | 單位功率成本高 |
無(wú)退磁現(xiàn)象 | 溫度大幅變化能引起退磁 |
從性能上看,永磁同步電機(jī)在瞬態(tài)仍然可以保證較高的效率(95%左右),同時(shí)有著更大的功率密度,因此適用于頻繁起停的工況以及較小的乘用車(chē)布置空間。而感應(yīng)電動(dòng)機(jī)勝在成本低、可靠性更高,同時(shí)穩(wěn)態(tài)的效率也不錯(cuò)(大部分工況85%~90%以上),因而在高速路網(wǎng)發(fā)達(dá)的工況以及較大的乘用車(chē)布置空間的條件下,感應(yīng)電機(jī)可以滿足需求。
從性能上看,永磁同步電機(jī)在瞬態(tài)仍然可以保證較高的效率(95%左右),同時(shí)有著更大的功率密度,因此適用于頻繁起停的工況以及較小的乘用車(chē)布置空間。
永磁同步電機(jī)所需要的釹鐵硼永磁材料是稀土資源,對(duì)于稀土資源缺少或稀土工業(yè)不發(fā)達(dá)的國(guó)家而言,車(chē)用動(dòng)力電機(jī)的技術(shù)方案是與國(guó)家安全相關(guān)的。
我國(guó)擁有全球70%的稀土資源,釹鐵硼磁性材料的總產(chǎn)量達(dá)到全球的80%,日本則是稀土產(chǎn)業(yè)的大國(guó),而歐美車(chē)企的電動(dòng)車(chē)若想用永磁同步電機(jī)還要考慮進(jìn)口稀土的問(wèn)題。
永磁同步電機(jī)是由永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步電機(jī),永磁體作為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下通過(guò)電樞反應(yīng),感應(yīng)三相對(duì)稱電流。
永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子本身產(chǎn)生固定方向的磁場(chǎng)(永磁體),定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)“拖著”轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)(轉(zhuǎn)子)轉(zhuǎn)動(dòng),因此轉(zhuǎn)子的速度一定等于定子的同步速,所以叫做“同步電機(jī)”。定子線圈的磁場(chǎng)會(huì)因?yàn)閿嚯姸?,但是轉(zhuǎn)子卻是磁性很強(qiáng)的永磁體,磁場(chǎng)并不會(huì)消失,因此稱之為——永磁(雖然隨著時(shí)間的流逝磁場(chǎng)會(huì)逐漸消失,但是速度也是很慢的)。
永磁同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此,通過(guò)控制電機(jī)的定子繞組輸入電流頻率,電動(dòng)汽車(chē)的車(chē)速將最終被控制。
交流異步電機(jī)是由定子繞組組成的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)電流的磁場(chǎng)相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)扭驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電動(dòng)機(jī)。
交流異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子滯后于現(xiàn)場(chǎng)速度,所以它的轉(zhuǎn)子必須比磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)得更慢。轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)以相同的方向、不同的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn),存在轉(zhuǎn)差率,這樣可以感應(yīng)轉(zhuǎn)子電流,產(chǎn)生扭矩以驅(qū)動(dòng)附加的負(fù)載,同時(shí)克服內(nèi)部損耗。
當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)切割磁感線時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,“感應(yīng)電機(jī)”的名稱由此而來(lái)。感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的聯(lián)合作用向電機(jī)轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動(dòng)力。
與永磁同步電機(jī)中使用永磁材料的轉(zhuǎn)子不同,感應(yīng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子則通常用鋁或銅來(lái)制造。
3適用車(chē)型
動(dòng)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(jī)還需要使用大功率的逆變器,把直流轉(zhuǎn)換成交流,這個(gè)過(guò)程也會(huì)產(chǎn)生一些能量損耗。而永磁同步電機(jī)可以直接用直流電驅(qū)動(dòng),所以永磁同步電機(jī)多用于經(jīng)濟(jì)型車(chē),異步電機(jī)多用于高性能車(chē)型。
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