永磁同步電機(jī)與異步電機(jī)有什么區(qū)別?
2017-10-06
開(kāi)筆之前,先來(lái)聊聊特斯拉這個(gè)人偉大的發(fā)明家,并不是我們平常所見(jiàn)的特斯拉電動(dòng)車,而是尼古拉·特斯拉。
尼古拉·特斯拉,塞爾維亞裔美籍發(fā)明家、物理學(xué)家、機(jī)械工程師、電機(jī)工程師和未來(lái)學(xué)家,他被認(rèn)為是電力商業(yè)化的重要推動(dòng)者, 并因主要設(shè)計(jì)了現(xiàn)代交流電力系統(tǒng)而為人知。在邁克爾·法拉第發(fā)現(xiàn)的電磁場(chǎng)理論的基礎(chǔ)上,特斯拉在電磁場(chǎng)領(lǐng)域有著多項(xiàng)革命性的發(fā)明。他的多項(xiàng)相關(guān)的專利以及電磁學(xué)的理論研究工作是現(xiàn)代的無(wú)線通信和無(wú)線電的基石。1882年,他繼愛(ài)迪生發(fā)明直流電(DC)后不久,即發(fā)明了交流電(AC),并制造出世界上臺(tái)交流電發(fā)電機(jī),并始創(chuàng)多相傳電技術(shù),這也為現(xiàn)在的特斯拉電動(dòng)車的電機(jī)做下了基奠。
我們都知道,平常所接觸的電動(dòng)汽車大部分所搭載的都是永磁同步電機(jī),而三相交流異步電機(jī)所了解的會(huì)比較少一些,它們之間有哪些區(qū)別呢,特斯拉為何鐘情于交流異步電機(jī)呢,小編與大家共同去探討一下。
1、永磁同步電機(jī)
工作原理:
永磁同步電機(jī)是由永磁體勵(lì)磁產(chǎn)生同步旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步電機(jī),永磁體作為轉(zhuǎn)子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),三相定子繞組在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下通過(guò)電樞反應(yīng),感應(yīng)三相對(duì)稱電流,此時(shí)轉(zhuǎn)子動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能,永磁同步電機(jī)作發(fā)電機(jī)用;此外,當(dāng)定子側(cè)通入三相對(duì)稱電流,由于三相定子在空間位置上相差120度,所以三相定子電流在空間中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中受到電磁力作用運(yùn)動(dòng),此時(shí)電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能,永磁同步電機(jī)作電動(dòng)機(jī)用。
結(jié)構(gòu):
永磁同步電機(jī)主要是由轉(zhuǎn)子、端蓋及定子組成,一般來(lái)說(shuō),永磁同步電機(jī)的大特點(diǎn)是它的定子結(jié)構(gòu)與普通的感應(yīng)電機(jī)的結(jié)構(gòu)非常的相似,主要是區(qū)別于轉(zhuǎn)子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)與其它電機(jī)形成了差別。和常用的異步交流電機(jī)的大不同則是轉(zhuǎn)子獨(dú)特的結(jié)構(gòu),在轉(zhuǎn)子上放有高質(zhì)量的永磁體磁極。
特點(diǎn):
(1)本身的功率效率高以及功率因數(shù)高
(2)發(fā)熱小,因此電機(jī)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、噪聲小
(3)系統(tǒng)采用全封閉結(jié)構(gòu),無(wú)傳動(dòng)齒輪磨損、無(wú)傳動(dòng)齒輪噪聲,免潤(rùn)滑油、免維護(hù)
(4)允許的過(guò)載電流大,可靠性顯著提高
(5)整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)重量輕,簧下重量也比傳統(tǒng)的輪軸傳動(dòng)的輕,單位重量的功率大
(6)由于沒(méi)有齒輪箱,可對(duì)轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)隨意設(shè)計(jì):如柔式轉(zhuǎn)向架、單軸轉(zhuǎn)向架,使列車動(dòng)力性能大大提高。
缺點(diǎn):
存在大轉(zhuǎn)矩受永磁體去磁約束,抗震能力差,高轉(zhuǎn)速受限制,功率較小,成本高和起動(dòng)困難等。
2、交流異步電機(jī)
工作原理:
當(dāng)電動(dòng)機(jī)的三相定子繞組通入三相對(duì)稱交流電后,將產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng),該旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)切割轉(zhuǎn)子繞組,從而在轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應(yīng)電流(轉(zhuǎn)子繞組是閉合通路),載流的轉(zhuǎn)子導(dǎo)體在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)作用下將產(chǎn)生電磁力,從而在電機(jī)轉(zhuǎn)軸上形成電磁轉(zhuǎn)矩,驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn),并且電機(jī)旋轉(zhuǎn)方向與旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向相同。當(dāng)導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)切割磁力線時(shí),在導(dǎo)體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流,“感應(yīng)電機(jī)”的名稱由此而來(lái)。感應(yīng)電流和磁場(chǎng)的聯(lián)合作用向電機(jī)轉(zhuǎn)子施加驅(qū)動(dòng)力。
結(jié)構(gòu):
異步電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)可以分為定子、轉(zhuǎn)子兩大部分,此外還有端蓋、風(fēng)扇等附屬部分。定子就是電機(jī)中固定不動(dòng)的部分,轉(zhuǎn)子是電機(jī)旋轉(zhuǎn)部分。由于異步電動(dòng)機(jī)的定子產(chǎn)生勵(lì)磁旋轉(zhuǎn)慈場(chǎng),同時(shí)從電源吸收電能,并產(chǎn)生且通過(guò)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)把電能轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)子上的機(jī)械能,所以與直流電機(jī)不同,交流電機(jī)定子是電樞。另外,定、轉(zhuǎn)子之間還必須有一定的間隙(稱為空氣隙),以保證轉(zhuǎn)子自由的轉(zhuǎn)動(dòng)。
特點(diǎn):
(1)三相交流異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、運(yùn)行可靠
(2)價(jià)格便宜、過(guò)載能力強(qiáng)
(3)使用、安裝、維護(hù)方便等特點(diǎn)
缺點(diǎn):
功率因數(shù)滯后,輕載功率因數(shù)低,調(diào)速性能稍差。
總結(jié):
上面簡(jiǎn)單闡述了一下永磁同步電機(jī)和異步交流電機(jī)的工作原理結(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)等,其實(shí),不同行業(yè)的需求不同,所選擇的電機(jī)也不同。首先電動(dòng)汽車動(dòng)力性能體現(xiàn)在高時(shí)速和百公里加速時(shí)間兩個(gè)方面,它由電機(jī)輸出功率決定,電機(jī)輸出功率則由轉(zhuǎn)速和扭矩決定,特斯拉采用三相感應(yīng)電機(jī),即三相交流異步電機(jī),可以通過(guò)超高電壓及弱磁驅(qū)動(dòng),實(shí)現(xiàn)超10000轉(zhuǎn)的高轉(zhuǎn)速,同時(shí)通過(guò)驅(qū)動(dòng)變頻器等電機(jī)控制系統(tǒng),可實(shí)現(xiàn)電機(jī)在600Nm的大扭矩運(yùn)行,由此保證特斯拉電機(jī)輸出高功率,從而提升特斯拉動(dòng)力性能,這也是特斯拉為什么鐘情于交流異步電機(jī)的原因。
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