快捷搜索:

从原理出发,交流异步-永磁同步电动机如何产生动力?

在电动汽车中,电动机是非常重要的一个关键零部件,分为两种类型:同步电机和异步电机。同步电机主要指永磁同步电动机,而异步电机主要指三相异步电动机,本文解析两种不同类型的电动机如何产生动力的。


交流异步电动机怎样产生动力呢?

  

交流电动机的工作原理:通电绕组在旋转磁场里转动。

从原理出发,交流异步/永磁同步电动机如何产生动力?

电动机中的定子和转子并不接触,为什么给定子绕组通上交流电后,转子就会旋转呢?其工作原理应用到两大电磁定律:法拉第定律和楞次定律。

  

当定子上缠绕的绕组通上交流电后,由于交流电的特性,定子绕组就会产生一个旋转的电磁场。转子上的绕组是一个闭环导体,它处在定子的旋转磁场中就相当于在不停地切割定子的磁感应线。根据法拉第定律,闭合导体的一部分在磁场里做切割磁感应线的运动时,导体中就会产生电流,而这个电流又会形成一个电磁场。

  

这样,在电动机中就有了两个电磁场:一个是接通外部交流电后而产生的定子电磁场;另一个是因切割定子电磁感应线而产生电流后形成的转子电磁场。根据楞次定律,感应电流的磁场总要反抗引起感应电流的原因(转子绕组切割定子电磁场的磁感应线),也就是尽力使转子上的导体不再切割定子磁场的磁感应线,这样的结果就是:转子上的导体会追赶定子的旋转电磁场,也就是使转子跟着定子旋转电磁场旋转,最终使电动机开始旋转。

  

由于转子总是在追赶定子电磁场的旋转速度,并且为了能够切割磁感应线而产生感应电流,转子的转速总要比定子电磁场的转速慢一点点(约为2%~5%),也就是异步运行,所以才将这种产生感应电流的电动机称为交流异步电动机。

  

以下是单向交流电动机的构造:

从原理出发,交流异步/永磁同步电动机如何产生动力?

通用汽车交流异步电动机的构造如下:

从原理出发,交流异步/永磁同步电动机如何产生动力?

永磁同步电动机怎样产生动力?

  

在交流异步电动机中,转子磁场的形成要分两步走:第一步是定子旋转磁场先在转子绕组中感应出电流;第二步是感应电流再产生转子磁场。在楞次定律的作用下,转子跟随定子旋转磁场转动,但又永远追不上,因此才称其为异步电动机。如果转子绕组中的电流不是由定子旋转磁场感应的,而是自己产生的,则转子磁场与定子旋转磁场无关,而且其磁极方向是固定的,那么根据同性相斥、异性相吸的原理,定子的旋转磁场就会拉动转子旋转,并且使转子磁场及转子与定子旋转磁场同步旋转。这就是同步电动机的工作原理。

  

根据转子自生磁场产生方式的不同,又可以将同步电动机分为两种:

  

一是将转子绕组通上外接直流电(励磁电流),然后由励磁电流产生转子磁场,进而使转子与定子磁场同步旋转。这种由励磁电流产生转子磁场的同步电动机称为励磁同步电动机。

  

二是干脆在转子上嵌上永久磁体,直接产生磁场,省去了励磁电流或感应电流的环节。这种由永久磁体产生转子磁场的同步电动机,就称为永磁同步电动机。

从原理出发,交流异步/永磁同步电动机如何产生动力?

以下是通用汽车和奥迪的永磁同步电动机的构造:

从原理出发,交流异步/永磁同步电动机如何产生动力?

最后还必须说一下,永磁同步电动机有什么特点呢?

  

永磁电动机具有较高的功率/质量比,体积更小,质量更轻,比其他类型电动机的输出转矩更大,电动机的极限转速和制动性能也比较优异,因此永磁同步电动机已成为现今电动汽车应用最多的电动机。但永磁材料在受到振动、高温和过载电流作用时,其导磁性能可能会下降,或发生退磁现象,有可能降低永磁电动机的性能。另外,稀土式永磁同步电动机要用到稀土材料,制造成本不太稳定。

您可能还会对下面的文章感兴趣: