电动汽车为什么有的使用交流感应电机而不是永磁同步电机?

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永磁同步电机以其高效率和大功率密度在瞬态工况和紧凑空间中表现优异,适合频繁起停和小型乘用车。然而,交流感应电机以其成本效益、高可靠性和稳态效率(85%~90%)在高速路网和大型乘用车中同样适用。稀土资源的依赖性也是选择电机类型的关键因素,中国和日本在稀土产业中占据主导地位。永磁同步电机的转子由永磁体产生固定磁场,而定子绕组的电流频率控制车速。交流异步电机则通过转子和定子磁场的相互作用产生扭矩。动力电池的直流电直接驱动永磁同步电机,而异步电机需要逆变器转换,这增加了能量损耗。尽管永磁同步电机在续航里程上具有优势,但交流异步电机在成本和功率上也展现出竞争力,特别是在电池技术取得突破时。

从性能上看,永磁同步电机在瞬态仍然可以保证较高的效率(95%左右),同时有着更大的功率密度,因此适用于频繁起停的工况以及较小的乘用车布置空间。而感应电动机胜在成本低、可靠性更高,同时稳态的效率也不错(大部分工况85%~90%以上),因而在高速路网发达的工况以及较大的乘用车布置空间的条件下,感应电机可以满足需求。

从性能上看,永磁同步电机在瞬态仍然可以保证较高的效率(95%左右),同时有着更大的功率密度,因此适用于频繁起停的工况以及较小的乘用车布置空间。

永磁同步电机所需要的钕铁硼永磁材料是稀土资源,对于稀土资源缺少或稀土工业不发达的国家而言,车用动力电机的技术方案是与国家安全相关的。

稀土永磁产品

我国拥有全球70%的稀土资源,钕铁硼磁性材料的总产量达到全球的80%,日本则是稀土产业的大国,而欧美车企的电动车若想用永磁同步电机还要考虑进口稀土的问题。

永磁同步电机是由永磁体励磁产生同步旋转磁场的同步电机,永磁体作为转子产生旋转磁场,三相定子绕组在旋转磁场作用下通过电枢反应,感应三相对称电流。

永磁同步电机的转子本身产生固定方向的磁场(永磁体),定子旋转磁场“拖着”转子磁场(转子)转动,因此转子的速度一定等于定子的同步速,所以叫做“同步电机”。定子线圈的磁场会因为断电而消失,但是转子却是磁性很强的永磁体,磁场并不会消失,因此称之为——永磁(虽然随着时间的流逝磁场会逐渐消失,但是速度也是很慢的)。

永磁同步电机的转子转速与定子绕组的电流频率始终保持一致。因此,通过控制电机的定子绕组输入电流频率,电动汽车的车速将最终被控制。

交流异步电机是由定子绕组组成的旋转磁场与转子绕组中感应电流的磁场相互作用而产生电磁转扭驱动转子旋转的交流电动机。

交流异步电机的转子滞后于现场速度,所以它的转子必须比磁场旋转得更慢。转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转,存在转差率,这样可以感应转子电流,产生扭矩以驱动附加的负载,同时克服内部损耗。

当导体在磁场内切割磁感线时,在导体内产生感应电流,“感应电机”的名称由此而来。感应电流和磁场的联合作用向电机转子施加驱动力。

与永磁同步电机中使用永磁材料的转子不同,感应电机的转子则通常用铝或铜来制造。

动力电池能够直接输出的是高电压的直流电,如果要使用异步电机还需要使用大功率的逆变器,把直流转换成交流,这个过程也会产生一些能量损耗。而永磁同步电机可以直接用直流电驱动,所以永磁同步电机多用于经济型车,异步电机多用于高性能车型。

编辑点评:无论是永磁同步电机还是交流异步电机,它们各自都具有明显的优势。不过,目前纯电动车的续航里程仍然是一项非常重要的评价指标。永磁同步电机的高效率更能帮助提高续航里程。而且高耐热性、高磁性能钕铁硼永磁体的成功开发以及电力电子元件的进一步发展和改进,使稀土永磁同步电机的发展迈向了新的高度。从目前的发展趋势看,永磁同步电机似乎前景更好。

然而,像特斯拉在交流异步电机上的技术突破也让此类电机在成本和功率等方面有较大优势,当纯电动车的动力电池技术获得重大突破的时候,交流异步电机也有翻盘的可能。

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