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欧宝直播在线观看:电动汽车应用的交流异步电机与永磁同步电机区别在哪里?

  电动汽车是主要利用电池给电动机供电,电动机代替原发动机的位置,通过离合、变速、主减等结构连接汽车半桥。那么常见于电动汽车上的电动机又分为交流异步电机与永磁同步电机,它们的原理、优缺点又是怎样的呢?

  从能量守恒的角度来看,传统燃油车的发动机通过化学能变成机械能,即便热效率能达到夸张的50%,其能量转化率也非常低,毕竟发动机输出的能量还要经过变速箱、传动轴才能抵达车轮,同时还有一部分能量通过排气和冷却系统浪费掉了。

  而电动车则不一样,动力电池中的化学能通过电子转移产生电流,再通过电缆直接带动电动机做功,其能量利用率可达到80%-90%。电动车损失的10%-20%能量消耗在电池内阻、电控系统和电机内部,其中大部分的能量损失在电机。

  所以,如果电机的能量利用率能再提高,可以进一步节省电能提升续航里程。本篇我们就来研究下电机的两种主要形式,交流异步与永磁同步,它们有何优缺点。两种均为电动机,由定子和转子组成,只不过是转子形成磁场的方式不同,即通电产生磁场或者本身自带磁性。

  三相交流异步电机也叫感应电机,由外壳固定的定子,和里面的转子组成。定子由硅钢片叠压,并在其上绕上线圈(绕组),给线圈通电即能产生磁场。由于使用的是三相交流电,所以,线度为一个单元,共三个单元,相互对称排列。三个独立绕组组合在一起形成一个360度的圆柱形定子。转子铁芯同样由硅钢片叠压而成,其上也绕上导电杆(绕组)。转子是不通电的,转子的电流来自于切割定子的磁力线,所以叫感应电机。

  定子通电产生磁场,转子则在定子产生的磁场中做“导体切割磁感线运动”,产生了感应电流。这个电流在旋转的磁场中又受到安培力的作用,使转子转动,但是转子的转速和定子产生的磁场的速度不一样,也就是“异步”的意思。

  交流异步电机中,由于没有磁铁,磁场来自于定子中的通电绕组,所以外界环境不会影响它的性能,可靠性高、成本低、对温度不太敏感,所以很多高性能电动车会用交流异步电机,如特斯拉S、蔚来ES8前后双电机车型,前面的电机就用到交流异步电机。缺点也比较明显,就是功率密度低,想提高功率只能把电机做得越来越大,会占用电动车更多的空间。同时,还需要逆变器将电池输出的直流电变成交流电,逆变器也会损耗一部分电能。

  在说永磁同步电机前,我们先来看看小时候玩的四驱车电机。它由强磁铁、绕组转子、碳刷组成,一个好的高速小马达价格在大几百元。四驱车上用的小马达叫直流永磁碳刷电机,看名字,与永磁同步电机差不多了。

  永磁同步电机也是由绕组、强磁铁组成,为了省去碳刷这个耗材,它将定子做成了绕组(与交流异步电机相似),而转子则由永磁材料打造。工作原理如下:

  过逆变器将直流电变成交流电,给定子上的线圈通过正弦波三相电,每120°(上图绿蓝红线圈)就会制造一个吸引转子永磁体的磁场,从而使转子瞬间旋转,不存在时间差所以叫同步电机。永磁同步电机的关键在于转子上的永磁材料,现在多数用的是钕铁硼材料制作,而钕则来自于稀土,成本较高,永磁同步电机的优势是能量转换效率高、体积小功率大,多用在长续航电动车上,以及部分混动车的变速箱中;缺点也比较明显,就是永磁材料容易受热而发生退磁,所以要对电机的冷却系统设计多费心。如某些主机厂宣传的:弹射起步10次不衰减,高速巡航不衰减等,其实就是电机、电池的冷却系统比较强大。

  不论是交流异步电机,还是永磁同步电机,都被大量应用在纯电动车上。而永磁同步电机逐渐成为大趋势,但用于稀土材料稀缺原因,很多国外车企更喜欢用交流异步电机,并且努力提高其功率密度。像特斯拉的交流异步电机相比其他家的铝转子,特斯拉采用了铜转子并拥有专利技术,让交流异步电机也能做到体积小功率高。

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