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纯电动汽车搭载的交流异步电机与永磁同步电机有何区别?

2020年01月06日 专业知识 暂无评论 阅读 121 人 次

不管是说起特斯拉还是蔚来汽车的动力系统,我们都能听到异步电机、永磁同步电机这两个关键词,那么搭载了这两种不同技术的电机有什么优缺点呢?今天,就通过特斯拉Model S车型来一起聊一聊吧。

当然,我们先来了解一下纯电动汽车的工作原理:电池通过控制系统向电动机供电,在电动机中将电能转换为机械动力并传给系统,最后传送给驱动车轮,使驱动车轮转动,并通过与地面间的相互作用产生使汽车行驶的牵引力。

了解完工作原理后我们就直接进入今天的主题,2019款特斯拉Model S长续航版前轴搭载的是永磁同步电机,后轴搭载的是交流异步电机,同步电机与异步电机的最大区别就在于两者转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致,如果转子的旋转速度与定子是一样的,那就叫同步电机,如果不一致,就叫异步电动机,具体到性能参数以及应用,两者有很大的区别。

永磁同步电机主要是由转子、端盖及定子组成。一般来说,永磁同步电机的最大特点是它的定子结构与普通的感应电机的结构非常的相似,而主要是区别于转子的独特结构与其它电机形成了差别。和常用的异步交流电机的最大不同则是转子独特的结构,在转子上放有高质量的永磁体磁极。当电动机的三相定子绕组通入三相对称交流电后,将产生一个旋转磁场,该旋转磁场切割转子绕组,从而在转子绕组中产生感应电流(转子绕组是闭合通路),载流的转子导体在定子旋转磁场作用下将产生电磁力,从而在电机转轴上形成电磁转矩,驱动电动机旋转,并且电机旋转方向与旋转磁场方向相同。当导体在磁场内切割磁力线时,在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。

异步感应电机的结构可以分为定子、转子两大部分,此外还有端盖、风扇等附属部分。定子就是电机中固定不动的部分,转子是电机旋转部分。由于异步电动机的定子产生励磁旋转磁场,同时从电源吸收电能,并产生且通过旋转磁场把电能转换成转子上的机械能,所以与直流电机不同,交流电机定子是电枢。另外,定、转子之间还必须有一定的间隙(称为空气隙),以保证转子自由的转动。

通过上图我们可以看出同步电机与异步电机结构与特点上的区别:

同步电机优点:

1、转子无励磁绕组,所以无转子铜耗,因此效率较高;

2、高性能永磁材料提供励磁,给定功率小,体积可以减小;

3、转子转动惯量小,故动态性能好;

4、低效率时较大的功率和转矩输出。

同步电机缺点:

成本高,可靠性低,加工工艺复杂,机械强度差,电动车性能受环境影响大。

异步电机优点:

1、 无永磁高温退磁问题,可以将峰值功率、额定功率、峰值功率工作时间延长。

2、 电机特性受环境影响小;

3、 自身就具有启动高转矩、高速转矩调整;

异步电机缺点:

转子磁场来自定子励磁,存在铜耗,能量转化率比永磁同步电机低。

使用交流异步感应电机的纯电动汽车

从电机的特性来说,配备交流异步电机的电动汽车更倾向于性能策略,充分利用这种电机在高转速下的性能输出和效率优势,比如早期的Model S。其特性是:当汽车处于高速行驶时,其能够保持高速运转和高效的电能使用效率,在为汽车保持最大动力输出的同时,减少能耗。

使用永磁同步电机的纯电动汽车

配备永磁同步电机的车型更倾向于能耗策略,充分利用这种电机在低速阶段的性能输出和高效运转,适用于中小型车。其特点是体积小、重量轻,可以大大增加电动汽车的续航里程。并且其调速性能特别好,在面对反复启停、加减速时,仍能够保持较高效率。

异步感应电机和永磁同步电机,它们都有各自的优势,所以一些主机厂就开始考虑综合两种电机的特性进行匹配。比如2019款特斯拉Model S长续航版就同时搭载了两种电机技术,满足了不同电机在不同工作状态时上的技术优势。前轴搭载的是经过优化的偏向于低速高效率的永磁同步电机,最大输出功率为202kw(275Ps),最大扭矩为404N·m,当车速处于中低速时,电脑输出指令永磁同步电机进行工作。后轴搭载的是偏向于高速性能的交流异步电机,最大输出功率为285kw(387Ps),最大扭矩为440N·m,需要高速工况时,双电机同时进行工作,提供强大的加速性能,当减速时智能根据制动需求进行电机调配。普通制动由永磁同步电机进行制动能量回收,急减速则由双电机同时提供制动扭矩时回收能量。

当然,2019款Model S采用这种策略也是基于小改款的开发思路。如果是换代开发,特斯拉势必会为Model S搭载永磁开关磁阻电机。这种新型电机技术,它具有体积小、成本低、功率高等特点,转化效率已经达到了89%。特斯拉已经将他搭载在最新的Model 3上。

综述

异步感应电机和永磁同步电机有各自的优点、缺点。当汽车处于高速行驶时,异步感应电机能够保持高速运转和高效的电能使用效率。而在面对反复启停、加减速时,调速性能好的永磁同步电机仍能够保持较高效率。而关于电机的选择,取决于主机厂最终的车型的定位以及能耗的策略。但是从目前电机技术的发展来看,特斯拉已经走在了行业的前列。

文章转自:fellingcar

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