
電機(jī)小課堂
異步電動(dòng)機(jī)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī))在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用
感應(yīng)電動(dòng)機(jī)又稱“異步電動(dòng)機(jī)”,即轉(zhuǎn)子置于旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中,在旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下,獲得一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)力矩,因而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 轉(zhuǎn)子是可轉(zhuǎn)動(dòng)的導(dǎo)體,通常多呈鼠籠狀。定子是電動(dòng)機(jī)中不轉(zhuǎn)動(dòng)的部分,主要任務(wù)是產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)并不是用機(jī)械方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。而是以交流電通于數(shù)對(duì)電磁鐵中,使其磁極性質(zhì)循環(huán)改變,故相當(dāng)于一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。這種電動(dòng)機(jī)并不像直流電動(dòng)機(jī)有電刷或集電環(huán),依據(jù)所用交流電的種類(lèi)有單相電動(dòng)機(jī)和三相電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī))在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用
異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
異步電動(dòng)機(jī)有下面的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用;運(yùn)行可靠、維護(hù)方便;價(jià)格低廉,體積小、質(zhì)量輕;環(huán)境適應(yīng)性好;轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低,噪聲低。交流異步電動(dòng)機(jī)成本低而且可靠性高,逆變器即便損壞而產(chǎn)生短路時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),所以不會(huì)出現(xiàn)急剎車(chē)的可能性。因此,廣泛應(yīng)用于大型高速的電動(dòng)汽車(chē)中。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的功率容量覆蓋面很廣,從零點(diǎn)幾瓦到幾千瓦。它可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式,冷卻自由度高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好,并且能夠?qū)崿F(xiàn)再生制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較,效率較高、重量約要輕一半左右。
同時(shí)它有下面的缺點(diǎn):功率因數(shù)低,運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng);控制復(fù)雜,易受電機(jī)參數(shù)及負(fù)載變化的影響;轉(zhuǎn)子不易散熱;調(diào)速性能差,調(diào)速范圍窄。
優(yōu)勢(shì)分析:新能源汽車(chē)專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī),通過(guò)從電池中獲取有限的能量產(chǎn)生動(dòng)作,所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很好。因而,在性能上要求比一般工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)更加嚴(yán)格。適合作為電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電機(jī)需要滿足幾個(gè)特性:由高速化而生的小型輕量化(堅(jiān)固性)、高效性(一次充電后的續(xù)駛里程長(zhǎng))、低速大轉(zhuǎn)矩情況下的大范圍內(nèi)的恒定輸出特性、壽命長(zhǎng)以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。 但是現(xiàn)實(shí)中全部滿足以上幾個(gè)特性的電機(jī)還未被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前更適于新能源汽車(chē)的電機(jī)是交流異步電機(jī)和PM電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
由于交流三相感應(yīng)電機(jī)不能直接使用直流電,因此需要逆變裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。新能源汽車(chē)減速或制動(dòng)時(shí),電機(jī)處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),給蓄電池充電,實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在新能源汽車(chē)上,由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的 PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電。三相異步電動(dòng)機(jī)逆變器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、轉(zhuǎn)差率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法(DTC)。20世紀(jì)90年代以前主要使用前兩種控制方式,但是因轉(zhuǎn)速控制范圍小,轉(zhuǎn)矩特性不理想,而對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)車(chē)并不適合?,F(xiàn)在,后兩種控制方式目前處于主流的地位。
異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀
在美國(guó),異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的較多,這也被人為是和路況有關(guān)。在美國(guó),高速公路已經(jīng)具有一定的規(guī)模,除了大城市外,汽車(chē)一般以一定的高速持續(xù)行駛,所以能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在高速時(shí)有較高效率的異步電動(dòng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用。在我國(guó),隨著高速公路規(guī)模的發(fā)展,交流異步電動(dòng)機(jī)在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越重要。
異步電動(dòng)機(jī)(感應(yīng)電動(dòng)機(jī))在新能源汽車(chē)中的應(yīng)用
異步電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)
異步電動(dòng)機(jī)有下面的優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)緊湊、堅(jiān)固耐用;運(yùn)行可靠、維護(hù)方便;價(jià)格低廉,體積小、質(zhì)量輕;環(huán)境適應(yīng)性好;轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)低,噪聲低。交流異步電動(dòng)機(jī)成本低而且可靠性高,逆變器即便損壞而產(chǎn)生短路時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì),所以不會(huì)出現(xiàn)急剎車(chē)的可能性。因此,廣泛應(yīng)用于大型高速的電動(dòng)汽車(chē)中。三相籠型異步電動(dòng)機(jī)的功率容量覆蓋面很廣,從零點(diǎn)幾瓦到幾千瓦。它可以采用空氣冷卻或液體冷卻方式,冷卻自由度高、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好,并且能夠?qū)崿F(xiàn)再生制動(dòng)。與同樣功率的直流電動(dòng)機(jī)相比較,效率較高、重量約要輕一半左右。
同時(shí)它有下面的缺點(diǎn):功率因數(shù)低,運(yùn)行時(shí)必須從電網(wǎng)吸收無(wú)功電流來(lái)建立磁場(chǎng);控制復(fù)雜,易受電機(jī)參數(shù)及負(fù)載變化的影響;轉(zhuǎn)子不易散熱;調(diào)速性能差,調(diào)速范圍窄。
優(yōu)勢(shì)分析:新能源汽車(chē)專(zhuān)用的電動(dòng)機(jī),通過(guò)從電池中獲取有限的能量產(chǎn)生動(dòng)作,所以要求其在各種環(huán)境下的效率都要很好。因而,在性能上要求比一般工業(yè)用的電動(dòng)機(jī)更加嚴(yán)格。適合作為電動(dòng)汽車(chē)專(zhuān)用的電機(jī)需要滿足幾個(gè)特性:由高速化而生的小型輕量化(堅(jiān)固性)、高效性(一次充電后的續(xù)駛里程長(zhǎng))、低速大轉(zhuǎn)矩情況下的大范圍內(nèi)的恒定輸出特性、壽命長(zhǎng)以及高可靠性、低噪聲性和成本低廉。 但是現(xiàn)實(shí)中全部滿足以上幾個(gè)特性的電機(jī)還未被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前更適于新能源汽車(chē)的電機(jī)是交流異步電機(jī)和PM電動(dòng)機(jī)。
異步電動(dòng)機(jī)的控制系統(tǒng)
由于交流三相感應(yīng)電機(jī)不能直接使用直流電,因此需要逆變裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)換控制。新能源汽車(chē)減速或制動(dòng)時(shí),電機(jī)處在發(fā)電制動(dòng)狀態(tài),給蓄電池充電,實(shí)現(xiàn)機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。在新能源汽車(chē)上,由功率半導(dǎo)體器件構(gòu)成的 PWM 功率逆變器把蓄電池電源提供的直流電變換為頻率和幅值都可以調(diào)節(jié)的交流電。三相異步電動(dòng)機(jī)逆變器的控制方法主要有 V/f恒定控制法、轉(zhuǎn)差率控制法、矢量控制法和直接轉(zhuǎn)矩控制法(DTC)。20世紀(jì)90年代以前主要使用前兩種控制方式,但是因轉(zhuǎn)速控制范圍小,轉(zhuǎn)矩特性不理想,而對(duì)于需頻繁起動(dòng)、加減速的電動(dòng)車(chē)并不適合?,F(xiàn)在,后兩種控制方式目前處于主流的地位。
異步電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用現(xiàn)狀
在美國(guó),異步電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的較多,這也被人為是和路況有關(guān)。在美國(guó),高速公路已經(jīng)具有一定的規(guī)模,除了大城市外,汽車(chē)一般以一定的高速持續(xù)行駛,所以能夠?qū)崿F(xiàn)高速運(yùn)轉(zhuǎn)而且在高速時(shí)有較高效率的異步電動(dòng)機(jī)得到廣泛應(yīng)用。在我國(guó),隨著高速公路規(guī)模的發(fā)展,交流異步電動(dòng)機(jī)在新能源汽車(chē)上的應(yīng)用也會(huì)越來(lái)越重要。
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