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永磁同步与异步感应:为何高端电动车,必须同时装这两种电机?

time:2020-04-22    Author: Smart Star

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电机,作为电动汽车的主要动力源,其性能的优良直接决定了一辆电动车动力性能以及续航能力的表现。现阶段在售新能源车所采用的电机种类无外乎两种:永磁同步电机和感应异步电机。这两种技术有何区别?为何特斯拉Model 3、蔚来这样的高端电动车,都是两种电机一前一后排列呢?

【电机和电机之间有什么不同】

我们初中就学过,所谓电机,指的是依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。简单来说,就是利用电生磁,然后再利磁场同性相斥,异性相吸的原理产生动力。

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一般的电机内部,主要由定子和转子两个主要部分构成。所谓定子,就是电机内部的两块固定磁铁,分别为N极和S级。在两块磁铁中间,可以旋转的部分则为转子。转子的主要材质是由硅钢片叠压并缠绕线圈构成。值得注意的是,转子上的线圈是需要以特定的方向进行缠绕,如此才能令转子“听话”的旋转起来。

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在通电时,电流会沿着线圈的缠绕方向进行传导。同时,根据“电生磁”原理便直接产生了相应的磁场。根据“同性相斥,异性相吸”原理与定子上的永磁体“相反”,由此转子便开始产生动力并开始旋转。

而应用在电动汽车上的永磁同步电机,结构却有些不同。电动车上所应用的电机结构恰恰相反,其转子采用永磁体的形式,而定子则采用铜线缠绕的形式。而提供动力的原理则与一般电机相同,定子通电产生旋转磁场,永磁体转子则自带磁场,同理产生动力。



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另外,永磁同步电机中所谓的的“同步”,其代表的意思是电机中转子的转速与定子绕组的电流频率始终保持一致,故称之为同步。

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另外一种电机,则是感应异步电机。其本质电能转化为动能的原理依旧相同,只不过感应电机内并不存在永磁体。另外一点不同是,感应电机是定子通电产生一个旋转磁场并与转子绕组形成相对运动。转子绕组切割磁感线产生感应电动势,从而使转子绕组中产生感应电流。转子绕组中的感应电流与磁场作用,产生电磁转矩,使转子旋转产生动力。

而“异步”所蕴含的意思则是,在交流异步电机中,转子的速度始终是在“追赶”定子旋转磁场的速度。同时,转子为了能够切割磁感线产生电流,所以转子的转速需要一直比定子旋转磁场的转速慢。因为二者为异步运行,故称其为异步电机。

简单来说,永磁同步电机的定子形成的旋转磁场就好比是自带动力的主动齿轮,而转子则是啮合在一起的从动齿轮,两者之间的关系有些类似于硬连接。而感应异步电机则类似于风车。定子形成的旋转磁场就相当于风,转子则相当于风车的叶片,风吹向叶片使叶片运转从而产生动力。

再结合“灵魂画作”,简单的道理你已经懂了吧。


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两种电机“各有所长”

其实,目前包括特斯拉Model 3在内的高端电动车的动力系统,都选择了搭载双形式电机的动力解决方案,即“前永磁,后感应”的双电机配置。这样的混搭其实就直接表明了两种电机形式擅长的“技能点”不同:永磁电机能保证更长的续航能力,感应电机则能保证更强的性能表现。

不过除了这个众所周知的特点,两种电机还有什么区别呢?

首先,在效率上,永磁同步电机的效率更高。因转子材质本身为永磁体,只需给定子通电形成旋转磁场便可以直接带动转子运转。所谓同步电机,定子旋转磁场每旋转一圈,转子也会旋转一圈。这其中理论上不存在转子电阻和磁滞损耗,显然效率最优。而感应异步电机的转子需要产生感应电流,这本身存在无功功率,且运转速度始终慢于定子的旋转磁场,故效率会低于永磁同步电机。

也正是因为其不同的工作特性,感应异步电机的电耗会高于永磁同步电机。这也就解答了蔚来ES8,奥迪e-tron以及奔驰EQC等双感应电机的电耗更高,续航能力更差的主要原因。

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