纯电动汽车搭载的交流异步电机与永磁同步电机有何区别?

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-11
交流异步电机和永磁同步电机的区别


什么是交流异步电机、永磁同步电机?

1.永磁同步电机
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(generator)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,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(motor)用。
优点:
1.效率高:因为它的励磁磁场(转子磁场)是由磁铁提供的,所以省去一部分励磁磁场所需的电能。
2.调速范围大:由于他是永磁作为励磁磁场,因此调整电流与频率即可很大范围调整电机的功率和转速。
3.体积小重量轻:因为它的结构简单,因此无论体积还是重量都相对较小。
4.发热小,密封性强,免维护。
缺点:
1.抗震性较差:由于现在大部分永磁材料都采用钕铁硼强磁材料,这种材料较为硬脆,因此受到强烈震动有可能会碎裂。
2.抗热冲击较差:由于转子采用磁性材料,而电机在运行或者环境温度过高情况下会引起磁铁退磁,因此会造成动力下降

得益于我国稀土资源优势,电动机主流为永磁同步电动机,如比亚迪,北汽等新能源车企大部分使用的都是永磁同步电机。


2.异步电机
异步电动机,又称感应电动机,是1885年由意大利物理学家和电气工程师费拉里斯发明。它是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。
优点:
1.结构简单稳定性好,抗震动性能优越。
2.不存在衰退现象,因为它的磁场并不依靠磁铁产生,这就使得它的工作温度和退磁性都比永磁同步电机要好。只要不损坏,就不存在动力下降的问题。
3.功率大,恒速性能强,因为它的磁场会根据输入的电流变化而变化(一个可变过程),这就使得它在空载到满载的过程中能够接近恒速变化。
缺点:
1.可调速性不好,因为恒速性能好,自然调速就比较困难,所以装备交流异步电机的特斯拉控制器极其昂贵。
2.需要交流电才能运转,新能源汽车都采用电池供电,电池属于直流电,这里就设计直流转交流的过程,而这一过程处理在世界上都还没有一个较为满意的解决办法,更何况特斯拉这种1.9秒破百的电机瞬间电流能够达到上百安倍,这又将是一个挑战。

所以基于机上这些原因,大部分的电动汽车都采用永磁同步电机,而特斯拉这种较为昂贵的汽车才会使用交流异步电机。

不管是说起特斯拉还是蔚来汽车的动力系统,我们都能听到异步电机、永磁同步电机这两个关键词,那么搭载了这两种不同技术的电机有什么优缺点呢?今天,就通过特斯拉Model S车型来一起聊一聊吧。

当然,我们先来了解一下纯电动汽车的工作原理:电池通过控制系统向电动机供电,在电动机中将电能转换为机械动力并传给系统,最后传送给驱动车轮,使驱动车轮转动,并通过与地面间的相互作用产生使汽车行驶的牵引力。

了解完工作原理后我们就直接进入今天的主题,2019款特斯拉Model S长续航版前轴搭载的是永磁同步电机,后轴搭载的是交流异步电机,同步电机与异步电机的最大区别就在于两者转子速度是不是与定子旋转的磁场速度一致,如果转子的旋转速度与定子是一样的,那就叫同步电机,如果不一致,就叫异步电动机,具体到性能参数以及应用,两者有很大的区别。

永磁同步电机主要是由转子、端盖及定子组成。一般来说,永磁同步电机的最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,而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最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。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。

异步感应电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磁场,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。

同步电机优点:

1、转子无励磁绕组,所以无转子铜耗,因此效率较高;

2、高性能永磁材料提供励磁,给定功率小,体积可以减小;

3、转子转动惯量小,故动态性能好;

4、低效率时较大的功率和转矩输出。

同步电机缺点:

成本高,可靠性低,加工工艺复杂,机械强度差,电动车性能受环境影响大。

异步电机优点:

1、 无永磁高温退磁问题,可以将峰值功率、额定功率、峰值功率工作时间延长。

2、 电机特性受环境影响小;

3、 自身就具有启动高转矩、高速转矩调整;

异步电机缺点:

转子磁场来自定子励磁,存在铜耗,能量转化率比永磁同步电机低。

使用交流异步感应电机的纯电动汽车

从电机的特性来说,配备交流异步电机的电动汽车更倾向于性能策略,充分利用这种电机在高转速下的性能输出和效率优势,比如早期的Model S。其特性是:当汽车处于高速行驶时,其能够保持高速运转和高效的电能使用效率,在为汽车保持最大动力输出的同时,减少能耗。

配备永磁同步电机的车型更倾向于能耗策略,充分利用这种电机在低速阶段的性能输出和高效运转,适用于中小型车。其特点是体积小、重量轻,可以大大增加电动汽车的续航里程。并且其调速性能特别好,在面对反复启停、加减速时,仍能够保持较高效率。 

异步感应电机和永磁同步电机,它们都有各自的优势,所以一些主机厂就开始考虑综合两种电机的特性进行匹配。比如2019款特斯拉Model S长续航版就同时搭载了两种电机技术,满足了不同电机在不同工作状态时上的技术优势。前轴搭载的是经过优化的偏向于低速高效率的永磁同步电机,最大输出功率为202kw(275Ps),最大扭矩为404N·m,当车速处于中低速时,电脑输出指令永磁同步电机进行工作。后轴搭载的是偏向于高速性能的交流异步电机,最大输出功率为285kw(387Ps),最大扭矩为440N·m,需要高速工况时,双电机同时进行工作,提供强大的加速性能,当减速时智能根据制动需求进行电机调配。普通制动由永磁同步电机进行制动能量回收,急减速则由双电机同时提供制动扭矩时回收能量。

当然,2019款Model S采用这种策略也是基于小改款的开发思路。如果是换代开发,特斯拉势必会为Model S搭载永磁开关磁阻电机。这种新型电机技术,它具有体积小、成本低、功率高等特点,转化效率已经达到了89%。特斯拉已经将他搭载在最新的Model 3上。

综 述

异步感应电机和永磁同步电机有各自的优点、缺点。当汽车处于高速行驶时,异步感应电机能够保持高速运转和高效的电能使用效率。而在面对反复启停、加减速时,调速性能好的永磁同步电机仍能够保持较高效率。而关于电机的选择,取决于主机厂最终的车型的定位以及能耗的策略。但是从目前电机技术的发展来看,特斯拉已经走在了行业的前列。

本文来源于汽车之家车家号作者,不代表汽车之家的观点立场。



电动汽车电机与燃油车电机相比,最主要的区别在于供电方式,由于电动汽车的电机直接由电池供电,省去了机械发动机和变速器,所以体积和噪音都明显减小。
目前电动汽车上搭载的电机主要分为两种:交流异步电机和永磁同步电机。
交流异步电机是指电机的转子转速与电源交流电的频率并不保持严格同步的电机。这类电机因为制作工艺简单、成本低、可靠性高、能量转化效率高等优点被广泛应用于各类电动汽车中。但它也有着明显的缺点,那就是能量损耗相对较大,一般要配备专门先进的冷却系统来散热。
永磁同步电机是指电机的转子采用永磁体的电机。与交流异步电机相比,永磁同步电机在效率、功率密度方面有明显优势,而且它不需要额外配置用来散热的冷却系统,能明显减小整体重量。目前,越来越多的电动汽车开始采用永磁同步电机。

  • 比较交流异步电机与永磁同步电机。各举例三款新能源使用的电机?
    答:三款新能源使用的电机举例:交流异步电机:特斯拉的Model 3和Model Y电动汽车使用交流异步电机。永磁同步电机:特斯拉的Model S和Model X电动汽车使用永磁同步电机。永磁同步无刷电机:广泛应用于电动自行车、电动滑板车、电动工具等小型电动设备中。例如DYU电动自行车采用永磁同步无刷电机。合利士主要从事智能制造...
  • 目前电动汽车驱动电机主要有哪几种?
    答:首先来明确答案,目前电动汽车驱动电机主要有直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机这四种。直流电机是最早应用于电动汽车的驱动电机,其结构简单,调速性能好。在早期的电动汽车中,直流电机因其控制系统相对容易实现而得到广泛应用。然而,直流电机也有一些明显的缺点,如维护成本高、寿命相对较...
  • 现在新能源汽车上用的电机是什么电机?
    答:电机是应用电磁感应原理运行的旋转电磁机械,用于实现电能向机械能的转换。运行时从电系统吸收电功率,向机械系统输出机械功率。根据中国汽车工业协会数据显示,2018年1-11月,中国新能源汽车产销分别完成105.4万辆和103万辆,比2017年同期分别增长63.6%和68%。其中纯电动汽车产销分别完成80.7万辆和79....
  • 电动车上永磁电机和感应电机有啥区别?
    答:目前纯电动车在用的电机常见的有两种类型,分别是永磁同步电机以及交流异步电机(也称为感应电机),前者在目前纯电动乘用车上的使用率高达了90%,后者仅占很小部分。这里不想去讲太多两种电机的结构不同和工作原理,简单来说,永磁同步电机体积相比感应电机要更小,重量也更轻,同时功率密度以及效率较高...
  • 纯电动汽车使用永磁同步电机和异步电机的利弊?代表车型?
    答:电池属于直流电,这里就设计直流转交流的过程,而这一过程处理在世界上都还没有一个较为满意的解决办法,更何况特斯拉这种1.9秒破百的电机瞬间电流能够达到上百安倍,这又将是一个挑战。所以基于机上这些原因,大部分的电动汽车都采用永磁同步电机,而特斯拉这种较为昂贵的汽车才会使用交流异步电机。
  • 傻傻分不清!永磁同步电机与异步电机有何区别?
    答:永磁同步电机与交流异步电机的区别 永磁同步电机主要是由转子、端盖及定子组成,它的定子结构与普通感应电机的结构非常相似,不过,它的转子结构设计非常独特,转子上面放有高质量的永磁体磁极,通电可产生旋转磁场。交流异步电机的定子由铁芯、绕组与机座组成,转子则是由铁芯和绕组组成,交流异步电机没有永...
  • 不含稀土的电机,将在新能源汽车上普及!
    答:目前在电动车上使用的电动机有两种——永磁同步电机和无磁感应交流异步电机。永磁同步电机技术成熟,而且效率较高,所以被应用在大部分单电机设计的电动车上。但永磁电机有一个大的缺点——它需要用到珍贵的稀土材料。而感应交流异步电机优点是无需稀土,但缺点就是扭矩密度和功率密度低,而且体积较大。因...
  • 纯电动汽车用什么电机?
    答:它的工作原理是利用永磁体产生的磁场与电流产生的磁场同步,从而实现电能转化为机械能的过程。与异步电机相比,永磁同步电机具有体积小、重量轻、功率密度高、转速高等优点,因此在纯电动汽车中得到了广泛应用。当然,除了永磁同步电机,还有其他类型的电机,如感应电机、交流电机等,但它们在纯电动汽车中的...
  • 电动汽车采用什么电机,电机的种类介绍
    答:源汽车电机类型主要分为直流电机、交流异步电机、永磁同步电机和开关磁阻电机。目前交流异步感应电机和开关磁阻电机主要应用于新能源商用车,开关磁阻电机的实际装配应用较少;永磁同步电机主要应用于新能源乘用车。驱动电机系统是新能源汽车核心系统之一,其性能决定了爬坡能力、加速能力以及最高车速等汽车行驶的...
  • 中国汽车企业目前大多数采用永磁同步电机,你知道为什么吗?
    答:在这里面,产生磁场的方式不同,就形成了交流异步电动机和永磁同步电动机。其次从交流异步电机和永磁同步电机的区别来看。随着纯电动汽车的迅猛发展,这两种电机的技术都发展的十分完善,但是由于产生磁场的方式不同,从而导致两种电机的结构不同,相对来说,交流异步电机结构较为简单,成本也较为低廉,但是...