剖析新能源汽车:永磁同步电机与能量回收原理全解
出处:网络 发布于:2025-04-30 13:44:18
电动机主要由不动的定子和旋转的转子组成。当车辆行驶时,转子由车轮驱动旋转,这个过程中会形成一个旋转磁场。而定子绕组是固定不动的,相对于转子做切割磁力线的运动。根据电磁感应原理,这时定子绕组中会产生感应电动势,当回路闭合时就会产生感应电流。再在各个单元的控制下,就可以对动力包充电,实现能量的回收利用。
电动汽车永磁同步电机的结构及工作原理
金属棒→圆盘状:将金属棒做成圆盘状,中间插一根轴,使圆盘可以自由旋转。当 “U 型” 掠过圆盘表面时,圆盘就会旋转,如果磁铁一直绕着圆盘转,圆盘也会跟着转。如果把圆盘换成不导磁的铝盘,圆盘同样会跟着转。这是因为电动机需要外部给它提供电流才会旋转,给圆盘提供电流它也会旋转,但此时我们并没有通电,只是移动了磁铁,圆盘就转了,这时圆盘转动不是来自外部电流,而是磁场变化产生的感应电流。
这里涉及到弗莱明右手法则,伸直右手手指时,拇指方向是导体移动方向,食指指的是磁场方向,中指是电流方向。弗莱明右手法则的目的是寻找导体在磁场下移动时所产生的电流方向。同时,我们还会思考如何判断电流在磁场中的受力方向。
圆盘→圆柱状:在圆柱周围放置两块磁铁,并让磁铁旋转起来。根据右手定则和左手定则,圆柱的旋转方向与磁铁旋转方向相同。回到前面的圆盘,圆盘旋转的前提是磁铁旋转,那么如何使磁铁一直旋转呢?在圆盘的周围放置成对的,通电的线圈可以产生磁场,磁场的方向受到线圈内电流方向的影响,只要依次改变线圈中电流的方向,就相当于在圆盘外面有了一个持续旋转的磁铁,这就是感应电动机的基本原理。
将三个线圈的末端连接在一起,引出一根中线 N,三个线圈的另一端各自引出三条相线,用 R,S,T 标记。三条相线之间的电压为 380V,称为线电压,任意一根相线跟中性线之间的电压为 220V,称为相电压。发电厂发出的电是三相交流电,因此电动机通常使用 380V 的三相交流电,而家里面的电气一般使用的是 220V 的单相交流电。
大多数电动汽车采用功耗较低,但是制造成本较高的永磁同步电机,它体积小,控制效率高。这种电动机旋转的部分不再是前面提到的圆盘或者圆柱,而是采用永磁体。永磁体的磁场与周围线圈组成的旋转磁场相互作用,使得永磁体的旋转速度和旋转磁场的速度同步。而感应电机圆盘的旋转速度比旋转磁场的速度要慢一些,它要靠感应电流来产生动力,因此会滞后。
感应电机在启动时扭矩很小,而沉重的汽车在刚起步时需要很高的扭矩,当汽车加速到一定程度时,即使是很小的力量也能保持速度,因此电动汽车在低速行驶时需要高扭矩,高速行驶时需要低扭矩。感应电机在低速时产生的感应电流小,产生的扭矩就小。而永磁同步电机在一开始也可以产生高扭矩,只要让两个磁体保持 90°,就可以产生的扭矩。
传统三相电机的定子内部绕有线圈,为方便理解可以简化。线圈绕组匝数越多磁场也就越强,通常线圈不是 180° 放置,而是会小于 180°。这样可以节省放置空间,主要是更容易控制,角度变小以后扭矩力会有所下降,但比较之后,这样做的优点更加重要,所以经常使用这种形式。
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