電動車交流異步電機工作講解

上次講了永磁同步電機,今天就來說一說交流異步電機。

交流異步電機由於特斯拉的推崇而顯得極為高大上,你想想啊,特斯拉都在用的東西能不好嗎?能不代表科技最前沿嗎?那百公里加速1.9秒的速度,就連F1賽車都望塵莫及啊,所以這交流異步電機必須的高大上才對。

那好,現在就來跟大家開始說道說道了哈。

首先呢依然是結構,是不是有些眼熟?其實這交流異步電機的結構和永磁同步電機是差不多的,依然是由定子以及線圈還有轉子組成。

電動車交流異步電機工作講解

交流異步電機結構

唯一的區別就是永磁同步電機的轉子是粘貼著磁鐵,而交流異步電機則是纏繞著定子線圈,也就是說在交流異步電機中,定子線圈取代了磁鐵的位置(左上方為交流異步電機,右下方為永磁同步電機)。

電動車交流異步電機工作講解

交流異步電機與永磁同步電機轉子

那麼問題來了,因為永磁同步電機有磁鐵作為勵磁場,從而在能夠在線圈磁場的作用下轉動(相關原理不再複述,如有不懂請閱讀我上一篇文章 )。但是交流異步電機卻是纏繞著線圈,線圈沒有磁力,也不接通電源,那它是怎麼轉動起來的呢?

首先我們需要明確的一點就是,轉子也必須帶有磁場,這樣定子線圈通電後才能轉動,那麼線圈要產生磁場就必須通電,怎麼讓不通電的轉子線圈產生磁場呢?這就有必要跟大家說道說道磁生電的原理了,其實這也是變壓器以及無線充電的原理。

當磁場發生變化時候處於磁場中的線圈就會產生感應電動勢,也就說會產生電壓差,在閉合的線圈中就會產生感應電流。如同下圖一樣,當磁鐵插入和拔出線圈的時候,線圈就會產生電流,進而促使電流表指針轉動。

電動車交流異步電機工作講解

磁生電

那麼在交流異步電機中,轉子線圈是處於定子線圈的磁場中的,那接下來就好辦了,只要控制定子線圈的電流方向以及大小,那麼就可以使得磁場發生改變,進而使得轉子線圈產生電流。

既然電流的方向和大小必須變化才能使得轉子線圈產生電流,那麼這也就不難理解為什麼稱之為“交流異步電機”而不是“直流異步電機”了。因為直流是無法產生變化的磁場的,而應用中一般使用交變電流來產生變化的磁場,因此叫做——交流電機。

現在線圈產生了電流,那自然而然的,有電流的線圈就會產生磁場,從而使得轉子有了磁場。大家會不會在這裡摸不著頭腦?都什麼跟什麼啊?

其實很簡單:定子線圈的交變磁場使得轉子線圈產生感應電流,而感應電流使得轉子線圈產生了磁場。從而間接的使得輸入電機的電流產生了兩個磁場,一個是定子線圈的轉動磁場,另一個是轉子線圈感應電流產生的勵磁場。

電動車交流異步電機工作講解

轉子線圈磁場建立過程

大功告成了,有了定子線圈的電磁場,也有了轉子線圈的勵磁場。這樣轉子就可以如用永磁同步電機一樣的轉動起來了。但是這裡還有一個名詞叫做“異步”,這個怎麼理解呢?這個“異步”當然是相對於“同步”而言,在上一篇文章已經解釋了“同步”的含義。那麼此處的“異步”生動的理解就是:由於轉子線圈的磁場需要經過上述一系列變化才產生的,因此轉子的磁場產生以及變化總是晚於定子線圈的磁場(實時上是跟隨定子線圈磁場變化,但是永遠都趕不上,畢竟定子線圈才是母親,轉子線圈是兒子),所以他們的步調並不是同步的,所以叫做“異步”。永磁同步電機在上電瞬間就能夠產生轉動的力因為它本身就有磁場,而交流異步電機則在上電瞬間由於轉子線圈磁場並未建立,此時它是無法產生轉動的,所以也可以理解為:上電瞬間無法轉動,造成它之後的轉動總是落後於電流的變化,所以這是一個不同步(異步)的過程。

電動車交流異步電機工作講解

交流異步電機工作

好了整個交流異步電機的原理就講解完成了,回到開篇問題“特斯萊採用的交流異步電機真的是高大上的嗎?”。其實不是,交流異步電機很早以前就出現了,這個名字太專業把大家唬住了,在日常生活中他就是我們大部分人俗稱的電動機,他的形態就是類似下邊這種醜醜的鐵疙瘩,你絕對想不到就這我們日常所見的居然被特斯拉捧上天了。

電動車交流異步電機工作講解

生活中的交流異步電機

那交流異步電機有何特點呢?

優點:

1.結構簡單穩定性好,抗震動性能優越。

2.不存在衰退現象,因為它的磁場並不依靠磁鐵產生,這就使得它的工作溫度和退磁性都比永磁同步電機要好。只要不損壞,就不存在動力下降的問題。

3.功率大,恆速性能強,因為它的磁場會根據輸入的電流變化而變化(一個可變過程),這就使得它在空載到滿載的過程中能夠接近恆速變化。

缺點:

1.可調速性不好,因為恆速性能好,自然調速就比較困難,所以裝備交流異步電機的特斯拉控制器極其昂貴。

2.需要交流電才能運轉,新能源汽車都採用電池供電,電池屬於直流電,這裡就設計直流轉交流的過程,而這一過程處理在世界上都還沒有一個較為滿意的解決辦法,更何況特斯拉這種1.9秒破百的電機瞬間電流能夠達到上百安倍,這又將是一個挑戰。

所以基於機上這些原因,大部分的電動汽車都採用永磁同步電機,而特斯拉這種較為昂貴的汽車才會使用交流異步電機。


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