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永磁同步电机和感应异步电机特点和区别

来源:bd半岛体育app下载    发布时间:2023-09-19 15:51:09

  进入到电驱化时代,虽然大家还是会关心车辆的三电系统,但似乎关注度远不如内燃机时代了,并且关注的重点,好像也由电机转换为了电池。

  虽然以下的类比可能并不准确,但从某一种意义上来讲,电动车拥有的电机、电控、电池还是能和燃油车拥有的发动机、变速箱、油箱对号入座的。电机与发动机都起到输出动力的作用,电控和变速箱用来梳理动力、调整动力的输出,电池和油箱则起到了保证能源供应的作用。所以,单从影响车辆的驾控乘坐体验而言,电动机与发动机一样,仍然是动力系统中最为核心的部分。

  当然,必须承认的是,大家对于电机的关注度显然是要明显低于发动机的,小编认为产生这种差异根本原因是因为电动机之间的差异确实没有发动机之间那样巨大。在内燃机时代,我们拥有4缸、6缸、8缸、10缸、12缸的发动机,有直列、水平对置、V型、W型的气缸排列方式,还有自然吸气、废气涡轮增压、机械增压甚至电动涡轮增压等等周边技术。而在电动机中,我们最常听到的似乎就只有两个名词,永磁同步电机和感应异步电机。

  电机的基本工作原理是最简单,具备一些物理学基础知识的同学都能够理解。在工业领域,电机已经在200年的时间内得到了广泛的应用,在汽车行业的应用也不例外。在近十年的时间内,结合车用电动机的需求特点,永磁同步电机和感应异步电机成为了目前大部分电动车的选择。

  下面小编试着以最简单的方式来解释一下永磁同步电机和感应异步电机的区别以及特点。首先,永磁同步电机和感应异步电机都有定子和转子两个部分,通过它们的名字就可以比较好的理解两者的区别。定子可以简单理解为电机的外壳,是外面不动的那一圈,里面转动能够输出动力的部分则为转子。结合我们日常生活中看到过的电机,定子和转子是比较好理解的。电机之所以能够驱动车辆前进,是因为当定子通电、转子拥有磁场后,它们之间的相互感应就会让转子产生旋转的力。

  而永磁同步电机和感应异步电机的核心差异就在于怎样让中间的转子部分拥有磁场的。永磁同步电机采用的方式是直接用磁铁做转子,从而使得转子自带磁场。感应异步电机则是先用导线做成转子,当导线内拥有电流后,转子也就拥有了磁场。

  明确了结构上的差异,它们各自性能上的特点就比较好理解了。在能耗方面,永磁同步电机由于转子不需要耗电自带磁场,电力只供应给定子就可以,所以相比转子定子同时耗电的感应异步电机更加省电。感应异步电机由于不受到永磁体安装以及物理特性的限制,会在高转速区间拥有更好的表现。两者具体的差异,可以借鉴下方的表格。

  总结来说,在使用效果上,永磁同步电机和感应异步电机是特性完全相反的两个极端。如果类比发动机的线缸自然吸气发动机,节能小巧,但是功率不足,不适合高速行驶。而感应异步电机则更像是排量超过6.0L的美式8缸涡轮增压发动机,动力强劲但暴躁不可控,费油,体积大,重量大。

  所以结合以上特点,在强调实用性的家用车中,基本使用永磁同步电机,在强调动力表现的性能车型中,基本使用感应异步电机。而在部分需要两者兼顾的车型中,则会使用永磁同步电机和感应异步电机搭配使用的方案。

  这似乎听起来已经很完美了,但其实有两个难以克服的问题。第一,毕竟大多数家用车受限于成本只会采用永磁同步电机的单电机布局,这会导致车辆的中高速再加速性能较差。如果大家有过驾驶单永磁同步电机车型上高速的经验,一定能理解什么是80kM/h时速之后的超佛系加速。第二,对于采用永磁同步搭配感应异步的双电机车型来说,其实两台电机的发力区间是很难重合,同时想要协调控制两台发动机的出力也是相当困难的。这就像我们买了一件西服上衣和一条运动裤子,表面上是花钱买了一套衣服,但实际很难把它们同时穿出门。所以,日产要思考的是,有没有两者兼顾的解决方案?而答案就是电励磁同步电机。

  从上文的内容中我们大家可以理解,永磁同步电机的主要缺点是因为永磁石的物理特性导致的高速性能不佳,而感应异步电机的主要缺点是由于转子内电流依靠被动感应产生且不可控,能耗表现较差。

  所以,如果我们也可以通过控制电流的大小而在转子内产生可控的磁场,在低输出工况下,减小转子内的电流,达到节能的目的,在高输出模式下,增大转子内的电流,保证电机的输出功率和高转速表现,就能比较好的兼顾两者的优点而屏蔽掉两者的缺点。而最终的解决方案,就是日产自研的电励磁同步电机了。

  在实际应用过程中,以上市不久的日产ARIYA艾睿雅车型为例。电励磁同步电机的应用,能够保证ARIYA在超过100km/h后依然拥有很出色的再加速能力。而在ARIYA艾睿雅的四驱车型中,由于电励磁电机同样拥有出色的低速节能表现和高速的动力输出,使得车辆可以在前后桥布置两全相同的电励磁同步电机,来保证动力系统优秀的可控性以及车辆驾控表现。ARIYA艾睿雅所采用的e-4ORCE四驱技术的出色表现和电励磁同步电机应用也是分不开的。

  在日产电驱化整体技术框架下,全自研的平台、三电以及周边技术是一个更加高效有机的整体,从而起到“1+1>

  2”的效果。

  电控和电机紧密相关的电控部分,只有电机电控相互完美配合,才能最终呈现出色的驾控乘坐体验。

  电动机平顺、安静、响应速度快,以上都是我们能快速理解的优点,这些优点都是由于电动机和内燃机构造上的差异决定的。而要说到大家不太熟悉的电动机的缺点,实际上也是由于电动机的先天结构造成的。

  首先是响应速度快的负面产物,就是动力输出过于突兀。对于玩过赛车电子游戏的朋友,可能更能体会这种差异,如果说汽油车更像是用赛车模拟器的中的油门来控制车辆,那么电动车就更像是用键盘来控制车辆。

  相比燃油车,电动机的扭矩是瞬间建立的,且中间不会经历液力变扭器等扭矩传递缓冲装置,而是直接依靠齿轮传递给车轮。

  举一些我们平时生活中的例子,很多人都骑过的电瓶车,骑行起来之后是非常平稳的,但是就是起步那一瞬间,其实是很突兀很难控制的,尤其是对于第一次骑电瓶车的人,容易被吓一跳。还比如大家都玩过的电动遥控车,想要低速稳定的控制一辆遥控车,非常难的。造成这样一些问题的原因,都是由于电机本身的特点决定的。

  其次,电动机不只是一台“发动机”,同时还是一套“制动系统”。这种电动机天然的反拖制动属性,好的一面是能轻松实现动能回收提高续航能力,但是负面影响也是不可避免的,就是容易在减速过程中造成车辆的不平稳。

  以上问题的带来的最明显的体现,就是相比燃油车,很多人乘坐电动车会更容易晕车。电动机起步就是最大扭矩,刹车带有动能回收,瞬间的提速和减速给人的刺激较大,人被晃来晃去非常不舒服,此时人体的平衡系统和视觉系统就会做出一定的反应,若无法适应就会产生眩晕感。

  所以相比让车辆达到更快的加速时间,电控系统更有价值的地方其实是在于帮助驾驶员更加从容稳定的控制车辆,更好的驯服车内的动力“猛兽”。

  在这其中最重要的,也是最大的难点,就是控制精度,也可以讲叫做以快治快。因为电动机本身的响应快,动力强,所以就要通过更快速的电控调节速度来控制电动机完成更稳定的出力。在最新上市的日产云图纯电平台首款电动车ARIYA艾睿雅上搭载的电控系统,已能实现1/10000秒的超高控制精度。作为对比,人眨一次眼的速度是0.3秒。

  电控精度是技术指标,更为重要的是实际疗效。以小编实际试驾ARIYA艾睿雅的感受而言,ARIYA艾睿雅的电门脚感是非常细腻精准的,电门开度的变化都会迅速反应到车辆的动态上。另一方面,这种反馈又不会过于突出,似乎会经过一层过滤,甚至会有一些6缸发动机加CVT变速箱那种比较柔润顺滑的感觉。

  如文章开头所说,如果说电控系统在性能指标上还分个高低,但其实在手法上,并没有绝对的优劣之分。日产在电动车方面的,依然坚持了日产品牌车辆的整体风格,更加注重车辆的平衡性以及在舒适度层面的表现,这种驾控感受和市面很多的电动车是不同的。如果您还没有找到自己最心仪的那个选择,不妨来体验一下日产精神在一辆纯电车型上是如何体现的。

  前言 做永磁同步电机控制绕不开FOC,本章节主要介绍FOC控制的基本原理、坐标变换以及永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,并通过Matlab/Simulink进行永磁同步电机FOC控制算法的仿真分析。 一、FOC的基本原理 磁场定向控制(Field-Oriented Control,FOC)系统的基本思想是:通过坐标变换,在按转子磁场定向同步旋转坐标系中,得到等效的直流电动机模型,仿照直流电动机的控制方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制,具体流程如下图所示: FOC最重要的原则是:按转子磁场定向,即保持转子磁链旋转矢量始终与dq坐标系下的d轴重合,q轴正交

  基于采用 无传感器磁场定向控制(FOC) 的 永磁同步电机(PMSM) 的高级电机控制系统快速普及,这种现象的背后有两个主要驱动因素: 提高能效和加强产品的差异化 。虽然有证据表明采用无传感器FOC的PMSM能轻松实现这两个目标,但需要一个可提供整体实现方法的设计生态系统才能取得成功。利用整体的生态系统,设计人员能够克服实现过程中阻碍系统采用的各种挑战。 为什么选择PMSM? PMSM电机是一种使用电子换向的无刷电机。它经常与无刷直流电机(BLDC)混淆,后者是无刷电机系列的另一个成员,也使用电子换向,但在结构上略有不同。PMSM的结构可针对FOC进行优化,而BLDC电机经过优化后可使用6步换向技术。经过优化后,PMSM可获

  永磁同步电机(Permanent Magnet Synchronous Motor,PMSM)是一种采用永磁体作为转子磁场源的同步电机。与传统的感应电机相比,永磁同步电机具有更高的效率、更高的功率因数、更大的功率密度和更好的低速性能,因此在工业、交通、航空航天和家电等领域得到了广泛应用。 永磁同步电机的结构与异步电机类似,主要由定子和转子两部分组成。永磁同步电机的转子是由永磁体组成的,与定子磁场同步旋转,因此在无负载或轻载工况下,其转速与同步转速几乎相同。不同的是,永磁同步电机的转子是由永磁体和轴向通风筒组成的,其特点是转子的磁极数和定子的磁极数相等,这也是它的名称来源之一。同时,永磁同步电机具有较高的效率和较小的转子

  0 引 言 TMS320LF2407是TI公司开发的、适用于电机控制的数字信号处理器(DSP),在原有DSP内核的基础上添加了脉宽调制(PWM)、A/D、D/A模块,从而实现对电机系统的全数字控制。它在电机控制系统中得到了广泛应用,并取得了明显效果。在开发一套以DSP为核心的永磁同步电机控制系统时,需要及时观察驱动系统中的各个变量,同时还要对一些程序进行控制,修改特定参数。DSP在实际运行中不能用外接的端口进行控制,需要用DSP自带的串行通信模块来解决这一问题。通过一台上位计算机和以DSP为核心的电机控制系统构成整个监控系统,Pc机通过串口来改变DSP程序中转矩、磁链给定,以及调节PI参数等,电机控制系统完成对电机的控制,并采

  本文从采用DSC实现基于FOC的无传感器PMSM控制开始,主要介绍如何在电器中实现基于永磁同步电机(PMSM)的无传感器FOC控制,以便为电器电机控制带来最大的成本效益。 对于无法部署位置或速度传感器的一些应用,无传感器FOC技术还可以克服一些由此产生的限制。例如,在一些压缩机应用中,电机充满机油会对线束布局有一些限制。在电器中采用PMSM电机时,由于PMSM电机转子上的永磁体产生的转子磁场是恒定的,所以可以提供极高的效率。此外,电机的定子磁场通过正弦分布的绕组产生。与感应电机相比,PMSM电机还具有极高的功率/尺寸比。与直流电机相同,它们的电气噪声也较低,因为它们不采用电刷。 为什么在电机控制中采用DSC? DSC非常适合于洗衣

  感应电动机,又称“异步电动机”,是将转子置于旋转磁场中,在旋转磁场的作用下,获得一个转动力矩,因而转子转动的装置。转子是可转动的导体,通常多呈鼠笼状。由电气工程师尼古拉·特斯拉于1887年发明。词条介绍了感应电动机的概念、发明者、工作原理、基本结构、工作方式、制动方式、异步特征、规格以及故障检查。 异步电动机又称感应电动机,是由气隙旋转磁场与转子绕组感应电流相互作用产生电磁转矩,从而实现机电能量转换为机械能量的一种交流电机。三相异步电机主要用作电动机,拖动各种生产机械,例如:风机、泵、压缩机、机床、轻工及矿山机械、农业生产中的脱粒机和粉碎机、农副产品中的加工机械等等。 结构简单、制造容易、价格低廉、运行可靠、坚固耐用、运行效率

  1 引言     与其他电机相比,PMSM构成的交流伺服系统具有明显的优势,如效率高、低速性能好、转子惯量小等,因此研究PMSM构成的高性能驱动和伺服控制系统,具有重要的理论意义和实用价值。针对PMSM控制的工程实际,设计了一种基于DSP F2808的数字伺服控制系统,采用直流母线电压纹波补偿、遇限削弱积分PI控制算法、防振荡处理等控制策略,实现PMSM高性能伺服控制,给出了伺服控制系统相关原理、软硬件设计和实验结果。基于上述方法开发的控制装置具有良好的性能,已获得实际应用。 2 交流伺服控制系统的相关操控方法 2.1 PMSM转子磁场定向矢量控制     在d,q旋转坐标系下,转子磁场定向矢量控制的PMSM电压、磁链方程为:

  永磁同步电机的工作原理与传统同步电机基本相同,其结构也由定子和转子两部分所组成。其中定子由电磁绕组和磁极构成,通过三相交流电源供电,产生旋转磁场。转子则由永磁体组成,通过机械传动实现旋转。 当三相交流电源向定子电磁绕组中输入电流时,根据三相交流电源的正弦规律,电流的大小和方向会一直在变化,由此产生旋转磁场。这个旋转磁场的转速由电源频率和定子绕组的极对数决定,正常的情况下是同步转速。 当转子中的永磁体与旋转磁场同步旋转时,它们之间就会产生相对运动,从而在永磁体表面产生交变电动势。根据电机的运动定律,当转子内部存在电动势时,会产生电流,这个电流产生的方向与旋转磁场的方向相同,这个电流称为转子电流。 转子电流与定子

  矢量控制

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