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IND4电子电器丨交流异步电动机浅析

时间:2018-02-12 13:08来源:网络整理 作者:采集侠 点击:
版权声明:本文为IND4汽车人版权所有,未经网站官方许可严禁转载 现如今世界各大汽车公司均积极开发节能减排新技

IND4电子电器丨交流异步电动机浅析

现如今世界各大汽车公司均积极开发节能减排新技术,大力发展新能源汽车。纯电动汽车作为新能源车家族的一员,被称为“绿色的交通工具”。电动车的动力源由传统的内燃机变为电机,电机的性能直接影响着汽车的续航里程和行驶性能。根据汽车的驾驶特性与工作要求,其对电机的基本要求如下:具有调速范围宽、起动转矩大、后备功率高、效率高和恒功率区宽的特性,兼顾生产和使用还要求其具有可靠性高、耐高温及耐潮、结构简单、成本低、维护简单、适合大规模生产等特点。下图为电动机的使用外特性曲线与传统发动机的使用外特性曲线,红色的曲线为电机外特性曲线,绿色为发动机使用外特性曲线。由于几乎所有的电动机在零转速时候都能够提供最大扭矩,因此就不需要多挡位变速箱来提高启动扭矩,这样变速箱的体积、重量可以大幅度减小,制汽车的制造成本也相应下降。

IND4电子电器丨交流异步电动机浅析

图1 电机与发动机使用外特性曲线

电动机就是利用电流的磁效应,通过控制电流在线圈中产生的磁场变化来驱动定子和转子发生相对转动。电机由三部分组成:定子、转子、壳体,电机有正转和反转,正转即为向前行驶,反转即为倒车。新能源汽车在正转加速行驶过程中,电机为负扭矩,扭矩的精确意味着新能源汽车加速速度的快慢,其使用特性决定了汽车行驶的主要性能指标。另外电机一般要求具有电动、发电两项功能,按类型可选用直流、交流、永磁、无刷、异步、同步或开关磁阻等几种电机。根据设计原理与分类方式的不同,电机的具体构造与成本构成也有所差异,另外针对不同类型的电机,其控制系统的原理与方式有很大差别,其特性也相差很大。目前最为主流的汽车驱动电机是两类无刷电机,一类是永磁同步电机,另一类是感应异步电机。对于不同行业的需求不同,因此所选择的电机也不同。

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图2 电机的分类

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图3 不同类型电机的特点

今天具体介绍一下特斯拉model S以及最新上市的蔚来ES8使用的交流异步电机。电动汽车动力性能由电机输出功率决定,也就是由转速和扭矩的乘积决定,特斯拉采用三相交流异步电机,可以通过超高电压及弱磁驱动实现超10000rpm左右的高转速,同时通过驱动变频器等电机控制系统可实现600Nm的大扭矩输出,由此保证输出高功率提升动力性能。

首先交流异步电动机由定子、转子和它们之间的气隙构成,此外还有端盖、风扇等附属部分。一般来说定子是通电绕组线圈,通三相交流电源后空合成一个看不见摸不着的旋转磁场,这个旋转磁场绕着定子圆周旋转。定子绕组虽然固定不动,但是它通入了三相交流电,所以产生了旋转磁场。

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图4 三相交流电形成的旋转磁场物理模型

通过改变定子绕阻的电流产生可旋转的磁场,等效于转子中的导体切割磁感线,此时转子因为电磁感应现象产生电流,带电流的导体就会被驱动旋转产生电磁转矩,转子旋转方向与旋转磁场方向一致。而转子旋转不能和定子旋转等速,因为相对静止便不会产生感应电动势了。因此对交流异步电动机而言其转子转速永远不会等于定子转速,所以大家把他叫做异步电机。

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图5 交流异步电机工作原理

三相交流异步电动机具有结构和制造工艺简单、运行可靠、价格便宜、过载能力强及使用、安装、维护方便等优点,另外其抗高温能力强,环境适应性能好,转速范围广,控制成熟,这使得其应用较为广泛,在市场上占有较大的份额。但是其转矩密度和效率比永磁电机低一些。

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