從原理出發(fā),交流異步/永磁同步電動機(jī)如何產(chǎn)生動力?
發(fā)布時間:2016-08-12 責(zé)任編輯:susan
【導(dǎo)讀】在電動汽車中,電動機(jī)是非常重要的一個關(guān)鍵零部件,分為兩種類型:同步電機(jī)和異步電機(jī)。同步電機(jī)主要指永磁同步電動機(jī),而異步電機(jī)主要指三相異步電動機(jī),本文解析兩種不同類型的電動機(jī)如何產(chǎn)生動力的。
交流異步電動機(jī)怎樣產(chǎn)生動力呢?
交流電動機(jī)的工作原理:通電繞組在旋轉(zhuǎn)磁場里轉(zhuǎn)動。
電動機(jī)中的定子和轉(zhuǎn)子并不接觸,為什么給定子繞組通上交流電后,轉(zhuǎn)子就會旋轉(zhuǎn)呢?其工作原理應(yīng)用到兩大電磁定律:法拉第定律和楞次定律。
當(dāng)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(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)的電磁場。轉(zhuǎn)子上的繞組是一個閉環(huán)導(dǎo)體,它處在定子的旋轉(zhuǎn)磁場中就相當(dāng)于在不停地切割定子的磁感應(yīng)線。根據(jù)法拉第定律,閉合導(dǎo)體的一部分在磁場里做切割磁感應(yīng)線的運(yùn)動時,導(dǎo)體中就會產(chǎn)生電流,而這個電流又會形成一個電磁場。
這樣,在電動機(jī)中就有了兩個電磁場:一個是接通外部交流電后而產(chǎn)生的定子電磁場;另一個是因切割定子電磁感應(yīng)線而產(chǎn)生電流后形成的轉(zhuǎn)子電磁場。根據(jù)楞次定律,感應(yīng)電流的磁場總要反抗引起感應(yīng)電流的原因(轉(zhuǎn)子繞組切割定子電磁場的磁感應(yīng)線),也就是盡力使轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體不再切割定子磁場的磁感應(yīng)線,這樣的結(jié)果就是:轉(zhuǎn)子上的導(dǎo)體會“追趕”定子的旋轉(zhuǎn)電磁場,也就是使轉(zhuǎn)子跟著定子旋轉(zhuǎn)電磁場旋轉(zhuǎn),最終使電動機(jī)開始旋轉(zhuǎn)。
由于轉(zhuǎn)子總是在“追趕”定子電磁場的旋轉(zhuǎn)速度,并且為了能夠切割磁感應(yīng)線而產(chǎn)生感應(yīng)電流,轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速總要比定子電磁場的轉(zhuǎn)速慢一點(diǎn)點(diǎn)(約為2%~5%),也就是異步運(yùn)行,所以才將這種產(chǎn)生感應(yīng)電流的電動機(jī)稱為交流異步電動機(jī)。
以下是單向交流電動機(jī)的構(gòu)造:
通用汽車交流異步電動機(jī)的構(gòu)造如下:
永磁同步電動機(jī)怎樣產(chǎn)生動力?
在交流異步電動機(jī)中,轉(zhuǎn)子磁場的形成要分兩步走:第一步是定子旋轉(zhuǎn)磁場先在轉(zhuǎn)子繞組中感應(yīng)出電流;第二步是感應(yīng)電流再產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場。在楞次定律的作用下,轉(zhuǎn)子跟隨定子旋轉(zhuǎn)磁場轉(zhuǎn)動,但又“永遠(yuǎn)追不上”,因此才稱其為異步電動機(jī)。如果轉(zhuǎn)子繞組中的電流不是由定子旋轉(zhuǎn)磁場感應(yīng)的,而是自己產(chǎn)生的,則轉(zhuǎn)子磁場與定子旋轉(zhuǎn)磁場無關(guān),而且其磁極方向是固定的,那么根據(jù)同性相斥、異性相吸的原理,定子的旋轉(zhuǎn)磁場就會拉動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn),并且使轉(zhuǎn)子磁場及轉(zhuǎn)子與定子旋轉(zhuǎn)磁場“同步”旋轉(zhuǎn)。這就是同步電動機(jī)的工作原理。
根據(jù)轉(zhuǎn)子自生磁場產(chǎn)生方式的不同,又可以將同步電動機(jī)分為兩種:
一是將轉(zhuǎn)子繞組通上外接直流電(勵磁電流),然后由勵磁電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場,進(jìn)而使轉(zhuǎn)子與定子磁場同步旋轉(zhuǎn)。這種由勵磁電流產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場的同步電動機(jī)稱為勵磁同步電動機(jī)。
二是干脆在轉(zhuǎn)子上嵌上永久磁體,直接產(chǎn)生磁場,省去了勵磁電流或感應(yīng)電流的環(huán)節(jié)。這種由永久磁體產(chǎn)生轉(zhuǎn)子磁場的同步電動機(jī),就稱為永磁同步電動機(jī)。
以下是通用汽車和奧迪的永磁同步電動機(jī)的構(gòu)造:
最后還必須說一下,永磁同步電動機(jī)有什么特點(diǎn)呢?
永磁電動機(jī)具有較高的功率/質(zhì)量比,體積更小,質(zhì)量更輕,比其他類型電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩更大,電動機(jī)的極限轉(zhuǎn)速和制動性能也比較優(yōu)異,因此永磁同步電動機(jī)已成為現(xiàn)今電動汽車應(yīng)用最多的電動機(jī)。但永磁材料在受到振動、高溫和過載電流作用時,其導(dǎo)磁性能可能會下降,或發(fā)生退磁現(xiàn)象,有可能降低永磁電動機(jī)的性能。另外,稀土式永磁同步電動機(jī)要用到稀土材料,制造成本不太穩(wěn)定。
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