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永磁同步電機原理(永磁同步電機結構圖)
文/ 發布于2022-11-30 瀏覽次數:1464
燃油車時代,我們經常聽到自吸和渦輪發動機的派系之爭。有人喜歡大排量自吸加速的舒適,有人喜歡渦輪介入后渦輪發動機的爆發感。
然而,在電動車時代,即使是“無聊”的電動車,也依然是分派系的。這是因為電動機有多種形式。經過市場的考驗,目前主流電動車主要配備兩種電機,分別是永磁同步電機和交流異步電機(感應電機)。雖然兩者的日常駕駛沒有太大區別,但是這兩種電機派系在電動車行業是有爭議的。那么這兩款電機的具體區別是什么呢?
永磁同步電機
專業的描述是永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機,永磁體作為轉子產生旋轉磁場。一般來說,永磁同步電機的轉子中含有永磁體,轉子的磁場是由永磁體產生的。
(圖片來自彭彭易科)
該電機具有結構簡單、體積小、重量輕、損耗低、效率高和功率因數高等優點。缺點:劇烈的機械振動、高溫或低溫都可能造成不可逆退磁。另一方面,永磁體的主要材料是稀土金屬,目前稀土永磁體的價格還是比較貴,導致永磁電機的成本比較高。
交流異步電機
交流異步電動機,主要由定子、轉子和它們之間的氣隙組成。定子繞組接入三相交流電源后,產生旋轉磁場,切割轉子獲得轉矩。PMSM和PMSM最大的區別是轉子轉速是否與定子旋轉磁場一致,轉子和定子都有電流勵磁。
所以交流異步電機的優點是結構簡單,可靠性高,高速性能好。缺點:扭矩密度、功率密度和效率低,冷卻系統復雜,體積和重量沒有優勢。
上面簡單介紹了兩種電機的區別和優缺點。不知道你是不是被枯燥的基礎知識搞糊涂了?下面我們來看看具體的幾款,看看這兩款電機為什么會有派系之爭。
北汽新能源EX系列、EU系列、比亞迪系列電動車等搭載永磁同步電機的車型,是新車廠商眾多電動車車型不可或缺的。當然少不了后來改用永磁同步電機的特斯拉Mode 3。由于其結構簡單,國內生產成本相對較低,市場上主流的中小型電動汽車大多會采用永磁同步電機。
從目前的發展趨勢來看,永磁同步電機已經成為主流。相比其他電機,永磁同步電機在相同體積下重量更輕,服務級的車輛可以配備更大容量的電池,保證續航里程。
這種小型電動車可以提供更大的乘坐空間和更舒適的乘坐體驗。比如比亞迪e1搭載45kW永磁同步電機和32.2kWh電池,可以為車輛提供305km的續航里程。
還有長城歐拉R1,配備35kW永磁同步電機和33kWh電池組,可以為高大上的轎車提供351km的續航里程。由于永磁同步電機的高效率和小體積,這種微型電動汽車的電池在有限的空間內仍然可以運行300公里以上。但是這個級別的電動車如果配備交流異步電機,續航里程就不會是一件很理想的事情。
介紹完永磁同步電機之后,我們再來看看哪些型號S配備了交流異步電機。代表性的有特斯拉Model S和Model X,當然還有蔚來ES8。這些車型價格不菲,已經進入豪華車范疇。
想想看,豪車一般動力都很強,尤其是電動豪車。交流異步電動機可以為車輛提供更強的動力。特斯拉Model S百公里加速時間高達2.6秒,蔚來ES百公里加速時間高達4.4s秒。這么高的性能,自然能耗也是一個不容忽視的問題。特斯拉Model S的續航里程500 km得益于大電池(100kWh電池組),而蔚來ES8的70kWh電池組只能為其提供355km的續航里程。
從這一點可以看出,異步交流電機具有輸出轉矩調節范圍大,高速時效率好的優點。但耗電量大,功率因數滯后,高效區窄,輕載功率因數低,調速性能略差。
為了兼顧兩者的特點,有一款車型搭載了兩種電機,即蔚來ES6(前置160kW永磁同步電機,后置240kW交流異步電機)。
特斯拉Model 3性能版(前置異步交流電機,后置永磁同步電機)。不僅續航里程長,加速性能也不錯。
誰才是王道?
永磁同步電機主要用于國內新能源汽車。如前所述,我國永磁同步電機制造成本低,一個主要原因是作為稀土永磁材料大國,永磁同步電機制造成本得到了有效控制。這兩種電機代表了兩種不同的發展方向。在更加注重能耗和空間的情況下,永磁同步電機更符合現在的趨勢。至于購買電動車,就不用擔心車輛搭載的是哪臺電機了。廠商已經做出了滿足消費者需求的最佳選擇。