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永磁同步电机与异步电机有什么区别?

2017-10-06

开笔之前,先来聊聊特斯拉这个人伟大的发明家,并不是我们平常所见的特斯拉电动车,而是尼古拉·特斯拉。

尼古拉·特斯拉,塞尔维亚裔美籍发明家、物理学家、机械工程师、电机工程师和未来学家,他被认为是电力商业化的重要推动者, 并因主要设计了现代交流电力系统而为人知。在迈克尔·法拉第发现的电磁场理论的基础上,特斯拉在电磁场领域有着多项革命性的发明。他的多项相关的专利以及电磁学的理论研究工作是现代的无线通信和无线电的基石。1882年,他继爱迪生发明直流电(DC)后不久,即发明了交流电(AC),并制造出世界上台交流电发电机,并始创多相传电技术,这也为现在的特斯拉电动车的电机做下了基奠。

 

我们都知道,平常所接触的电动汽车大部分所搭载的都是永磁同步电机,而三相交流异步电机所了解的会比较少一些,它们之间有哪些区别呢,特斯拉为何钟情于交流异步电机呢,小编与大家共同去探讨一下。

1、永磁同步电机

工作原理:

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流,此时转子动能转化为电能,永磁同步电机作发电机用;此外,当定子侧通入三相对称电流,由于三相定子在空间位置上相差120度,所以三相定子电流在空间中产生旋转磁场,转子旋转磁场中受到电磁力作用运动,此时电能转化为动能,永磁同步电机作电动机用。

 

结构

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,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。

 

特点:

(1)本身的功率效率高以及功率因数高

(2)发热小,因此电机冷却系统结构简单、体积小、噪声小

(3)系统采用全封闭结构,无传动齿轮磨损、无传动齿轮噪声,免润滑油、免维护

(4)允许的过载电流大,可靠性显著提高

(5)整个传动系统重量轻,簧下重量也比传统的轮轴传动的轻,单位重量的功率大

(6)由于没有齿轮箱,可对转向架系统随意设计:如柔式转向架、单轴转向架,使列车动力性能大大提高。

缺点:

存在大转矩受永磁体去磁约束,抗震能力差,高转速受限制,功率较小,成本高和起动困难等。

2、交流异步电机

工作原理:

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。

 

结构:

异步电动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慈场,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。

 

特点:

(1)三相交流异步电动机具有结构简单、运行可靠

(2)价格便宜、过载能力强

(3)使用、安装、维护方便等特点

缺点:

功率因数滞后,轻载功率因数低,调速性能稍差。

总结:

上面简单阐述了一下永磁同步电机和异步交流电机的工作原理结构和优缺点等,其实,不同行业的需求不同,所选择的电机也不同。首先电动汽车动力性能体现在高时速和百公里加速时间两个方面,它由电机输出功率决定,电机输出功率则由转速和扭矩决定,特斯拉采用三相感应电机,即三相交流异步电机,可以通过超高电压及弱磁驱动,实现超10000转的高转速,同时通过驱动变频器等电机控制系统,可实现电机在600Nm的大扭矩运行,由此保证特斯拉电机输出高功率,从而提升特斯拉动力性能,这也是特斯拉为什么钟情于交流异步电机的原因。

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