永磁同步電機與感應非同步電機的差異化在哪?

2019年11月18日02:05:06 科技 1143


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在新能源車逐漸興起的這個時代,驅動電機對新能源車的重要性絲毫不亞於引擎對燃油車的作用,因為它不僅決定車輛啟動的快慢,還決定著車輛的加速性能。正因如此,現在很多造車企業都非常注重對電機的研發,是廣大車企的新寵。


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目前,在新能源領域得以推廣使用的車輛電機主要有兩種,它們分別是永磁同步電機和交流非同步電機。其中,前者頗受國內新能源車企的歡迎,應用得非常多,而後者就沒那麼幸運,別說國內,就是全球範圍內使用者也是屈指可數。


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那麼,為什麼永磁同步電機能夠贏得那麼多新能源與傳統車企的青睞呢?永磁同步電機與交流電機的差別在哪裡?特斯拉、蔚來為何不是使用永磁同步電機呢?且聽教授往下說!

永磁同步電機與交流非同步電機的差別在哪裡?

1.結構設定不同

從結構層面上來講,永磁同步電機的構造要比交流非同步電機複雜些,成本輸出比較高,但永磁同步電機的體積比較小,而且重量比較輕。


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永磁同步電機主要是由轉子、端蓋及定子組成,它的定子結構與普通感應電機的結構非常相似,不過,它的轉子結構設計非常獨特,轉子上面放有高質量的永磁體磁極,通電可產生旋轉磁場。


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至於非同步電動機的結構可以分為定子、轉子兩大部分,當然,除了這些還有端蓋、風扇等附屬部分。值得注意的是由於非同步電動機的定子產生勵磁旋轉磁場,同時從電源吸收電能,所以它的定子是電樞。

2.工作原理不同

工作原理層面,永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場,三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應,感應三相對稱電流,此時,轉子動能轉化為電能,永磁同步電機作發電機用;


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反之,當定子側通入三相對稱電流,由於三相定子在空間位置上相差120度,三相定子電流在空間中產生旋轉磁場,轉子旋轉磁場受電磁力影響運動,將電能轉化為轉子動能,永磁同步電機作電動機用。


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交流非同步電機是給三相定子繞組通入對稱交流電產生旋轉磁場切割轉子繞組,從而在轉子繞組中產生感應電流,載流的轉子導體在定子旋轉磁場作用下產生電磁力作用在電機轉軸上形成電磁轉矩,驅動電動機往旋轉磁場的方向轉動。


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值得注意的是,當導體在磁場內切割磁力線時,在導體的內部將會產生感應電流,然後與感應磁場攜手合作,聯合作用向電機的轉子施加驅動力推動轉子運動。

為什麼永磁同步比交流非同步電機更受歡迎?

根據永磁同步電機與交流非同步電機的特點來講,永磁同步電機更適用於頻繁啟動停止的工況,而交流非同步電機(感應電機)則更適用於高性能高速的工況,這也是為什麼特斯拉、蔚來等高性能電動車均採用交流非同步電機的原因。


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從表格所列的特點看,永磁同步電機之所以能夠獲得大多數車企青睞的原因似乎很簡單,無非就是在差不多的技術水準下,永磁同步電機的轉矩密度、功率密度、效率都要比交流非同步電機出色,對提升車輛的能源利用效率、延長續航里程有著莫大的裨益。


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不過話又說回來,雖然交流非同步電機在重量與體積等方面不佔據優勢,但其轉速範圍很廣、製造成本低、工藝也簡單,運行不容易導致電機失磁,可靠穩定又耐用,這點是永磁同步電機所不具備的亮點。


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另一廂,永磁同步電機在瞬間狀態下仍然可以保證擁有95%左右的能量轉化效率,而且因為電機體積小、重量輕以及不需要高效複雜冷卻系統的原因,能有效且最大化利用車輛的空間布局,對整車的設計製造有非常大的作用。


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其次,因為現在電機的核心技術基本被壟斷,所以國內許多車企所用的電機都是靠供應商提供,而能夠獨立擁有電機自主產權的車企也僅僅是比亞迪、榮威、蔚來、特斯拉這幾個,這數量即便是用寥若星辰一詞形容也不為過。


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當然,除技術特點與市場的原因外,兩種電機所用的原材料也不容忽視。要知道,永磁同步電機所使用釹鐵硼等永磁材料均屬於重要的稀土資源,而在歐美等地區稀土資源非常缺乏;反觀我國,擁有全球70% 的稀土資源,釹鐵硼磁性材料的總產量更是佔據全球的80%,孰強孰弱,高下立見。


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書歸正傳,作為當下車企最喜歡使用的兩種驅動電機,永磁同步電機與交流非同步電機並沒有優劣之分,只是彼此所擅長的有所不同。而對車企來說,往往考慮不同,自然所選擇的電機對象就不同。


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從另外的角度而言,一款電動車驅動系統的設計到底是選哪個設計方案或者哪類零部件,並非由單個零部件的優劣來做決策,而是通過結合電池管理系統、電控系統、整車格局設計等多個層面進行分析、考量之後再做決策。



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