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從原理出發(fā),交流異步/永磁同步電動機如何產生動力?

發(fā)布時間:2016-08-12 責任編輯:susan

【導讀】在電動汽車中,電動機是非常重要的一個關鍵零部件,分為兩種類型:同步電機和異步電機。同步電機主要指永磁同步電動機,而異步電機主要指三相異步電動機,本文解析兩種不同類型的電動機如何產生動力的。
 
交流異步電動機怎樣產生動力呢?
  
交流電動機的工作原理:通電繞組在旋轉磁場里轉動。
 
 
電動機中的定子和轉子并不接觸,為什么給定子繞組通上交流電后,轉子就會旋轉呢?其工作原理應用到兩大電磁定律:法拉第定律和楞次定律。
  
當定子上纏繞的繞組通上交流電后,由于交流電的特性,定子繞組就會產生一個旋轉的電磁場。轉子上的繞組是一個閉環(huán)導體,它處在定子的旋轉磁場中就相當于在不停地切割定子的磁感應線。根據法拉第定律,閉合導體的一部分在磁場里做切割磁感應線的運動時,導體中就會產生電流,而這個電流又會形成一個電磁場。
  
這樣,在電動機中就有了兩個電磁場:一個是接通外部交流電后而產生的定子電磁場;另一個是因切割定子電磁感應線而產生電流后形成的轉子電磁場。根據楞次定律,感應電流的磁場總要反抗引起感應電流的原因(轉子繞組切割定子電磁場的磁感應線),也就是盡力使轉子上的導體不再切割定子磁場的磁感應線,這樣的結果就是:轉子上的導體會“追趕”定子的旋轉電磁場,也就是使轉子跟著定子旋轉電磁場旋轉,最終使電動機開始旋轉。
  
由于轉子總是在“追趕”定子電磁場的旋轉速度,并且為了能夠切割磁感應線而產生感應電流,轉子的轉速總要比定子電磁場的轉速慢一點點(約為2%~5%),也就是異步運行,所以才將這種產生感應電流的電動機稱為交流異步電動機。
  
以下是單向交流電動機的構造:
 
 
通用汽車交流異步電動機的構造如下:
 
 
永磁同步電動機怎樣產生動力?
  
在交流異步電動機中,轉子磁場的形成要分兩步走:第一步是定子旋轉磁場先在轉子繞組中感應出電流;第二步是感應電流再產生轉子磁場。在楞次定律的作用下,轉子跟隨定子旋轉磁場轉動,但又“永遠追不上”,因此才稱其為異步電動機。如果轉子繞組中的電流不是由定子旋轉磁場感應的,而是自己產生的,則轉子磁場與定子旋轉磁場無關,而且其磁極方向是固定的,那么根據同性相斥、異性相吸的原理,定子的旋轉磁場就會拉動轉子旋轉,并且使轉子磁場及轉子與定子旋轉磁場“同步”旋轉。這就是同步電動機的工作原理。
  
根據轉子自生磁場產生方式的不同,又可以將同步電動機分為兩種:
  
一是將轉子繞組通上外接直流電(勵磁電流),然后由勵磁電流產生轉子磁場,進而使轉子與定子磁場同步旋轉。這種由勵磁電流產生轉子磁場的同步電動機稱為勵磁同步電動機。
  
二是干脆在轉子上嵌上永久磁體,直接產生磁場,省去了勵磁電流或感應電流的環(huán)節(jié)。這種由永久磁體產生轉子磁場的同步電動機,就稱為永磁同步電動機。
 
 
以下是通用汽車和奧迪的永磁同步電動機的構造:
 
 
最后還必須說一下,永磁同步電動機有什么特點呢?
  
永磁電動機具有較高的功率/質量比,體積更小,質量更輕,比其他類型電動機的輸出轉矩更大,電動機的極限轉速和制動性能也比較優(yōu)異,因此永磁同步電動機已成為現今電動汽車應用最多的電動機。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導磁性能可能會下降,或發(fā)生退磁現象,有可能降低永磁電動機的性能。另外,稀土式永磁同步電動機要用到稀土材料,制造成本不太穩(wěn)定。
 
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