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电动车交流异步电机工作讲解

上次讲了永磁同步电机,今天就来说一说交流异步电机。

交流异步电机由于特斯拉的推崇而显得极为高大上,你想想啊,特斯拉都在用的东西能不好吗?能不代表科技最前沿吗?那百公里加速1.9秒的速度,就连F1赛车都望尘莫及啊,所以这交流异步电机必须的高大上才对。

那好,现在就来跟大家开始说道说道了哈。

首先呢依然是结构,是不是有些眼熟?其实这交流异步电机的结构和永磁同步电机是差不多的,依然是由定子以及线圈还有转子组成。

交流异步电机结构

唯一的区别就是永磁同步电机的转子是粘贴着磁铁,而交流异步电机则是缠绕着定子线圈,也就是说在交流异步电机中,定子线圈取代了磁铁的位置(左上方为交流异步电机,右下方为永磁同步电机)。

交流异步电机与永磁同步电机转子

那么问题来了,因为永磁同步电机有磁铁作为励磁场,从而在能够在线圈磁场的作用下转动(相关原理不再复述,如有不懂请阅读我上一篇文章新能源汽车上的永磁同步电机原理解析)。但是交流异步电机却是缠绕着线圈,线圈没有磁力,也不接通电源,那它是怎么转动起来的呢?

首先我们需要明确的一点就是,转子也必须带有磁场,这样定子线圈通电后才能转动,那么线圈要产生磁场就必须通电,怎么让不通电的转子线圈产生磁场呢?这就有必要跟大家说道说道磁生电的原理了,其实这也是变压器以及无线充电的原理。

当磁场发生变化时候处于磁场中的线圈就会产生感应电动势,也就说会产生电压差,在闭合的线圈中就会产生感应电流。如同下图一样,当磁铁插入和拔出线圈的时候,线圈就会产生电流,进而促使电流表指针转动。

磁生电

那么在交流异步电机中,转子线圈是处于定子线圈的磁场中的,那接下来就好办了,只要控制定子线圈的电流方向以及大小,那么就可以使得磁场发生改变,进而使得转子线圈产生电流。

既然电流的方向和大小必须变化才能使得转子线圈产生电流,那么这也就不难理解为什么称之为“交流异步电机”而不是“直流异步电机”了。因为直流是无法产生变化的磁场的,而应用中一般使用交变电流来产生变化的磁场,因此叫做——交流电机。

现在线圈产生了电流,那自然而然的,有电流的线圈就会产生磁场,从而使得转子有了磁场。大家会不会在这里摸不着头脑?都什么跟什么啊?

其实很简单:定子线圈的交变磁场使得转子线圈产生感应电流,而感应电流使得转子线圈产生了磁场。从而间接的使得输入电机的电流产生了两个磁场,一个是定子线圈的转动磁场,另一个是转子线圈感应电流产生的励磁场。

转子线圈磁场建立过程

大功告成了,有了定子线圈的电磁场,也有了转子线圈的励磁场。这样转子就可以如用永磁同步电机一样的转动起来了。但是这里还有一个名词叫做“异步”,这个怎么理解呢?这个“异步”当然是相对于“同步”而言,在上一篇文章已经解释了“同步”的含义。那么此处的“异步”生动的理解就是:由于转子线圈的磁场需要经过上述一系列变化才产生的,因此转子的磁场产生以及变化总是晚于定子线圈的磁场(实时上是跟随定子线圈磁场变化,但是永远都赶不上,毕竟定子线圈才是母亲,转子线圈是儿子),所以他们的步调并不是同步的,所以叫做“异步”。永磁同步电机在上电瞬间就能够产生转动的力因为它本身就有磁场,而交流异步电机则在上电瞬间由于转子线圈磁场并未建立,此时它是无法产生转动的,所以也可以理解为:上电瞬间无法转动,造成它之后的转动总是落后于电流的变化,所以这是一个不同步(异步)的过程。

交流异步电机工作

好了整个交流异步电机的原理就讲解完成了,回到开篇问题“特斯莱采用的交流异步电机真的是高大上的吗?”。其实不是,交流异步电机很早以前就出现了,这个名字太专业把大家唬住了,在日常生活中他就是我们大部分人俗称的电动机,他的形态就是类似下边这种丑丑的铁疙瘩,你绝对想不到就这我们日常所见的居然被特斯拉捧上天了。

生活中的交流异步电机

那交流异步电机有何特点呢?

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。

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