對比永磁同步電機和交流異步電機的區別和差異

2020-11-23 電子發燒友

對比永磁同步電機和交流異步電機的區別和差異

汽車與新動力 發表於 2019-08-15 17:47:54

在描述純電動車的動力系統的時候，經常會聽到永磁同步電機和交流異步電機的說法，而在出現頻率上，永磁同步電機佔據著絕大多數。它們之間到底有什麼區別，又分別擁有哪些優缺點呢？

1 驅動電機形式

目前市面上的電動汽車共有四種電機，直流電機由於其諸多缺點已經逐漸被淘汰。開關磁阻電機被廣泛運用於商用車上，不過由於其擁有較高轉矩脈動，導致振動和噪聲都很大，所以未被應用在乘用車上。而本文討論的永磁同步電機和交流異步電機則成為了大多數乘用車所採用的電機形式。

2 永磁同步電機 VS 交流異步電機

電機特性
交流異步電機 永磁同步電機
功率密度低 功率密度高
調速範圍小 調速範圍大
單位功率成本低 單位功率成本高
無退磁現象 溫度大幅變化能引起退磁

從性能上看，永磁同步電機在瞬態仍然可以保證較高的效率（95%左右），同時有著更大的功率密度，因此適用於頻繁起停的工況以及較小的乘用車布置空間。而感應電動機勝在成本低、可靠性更高，同時穩態的效率也不錯（大部分工況85%~90%以上），因而在高速路網發達的工況以及較大的乘用車布置空間的條件下，感應電機可以滿足需求。

從性能上看，永磁同步電機在瞬態仍然可以保證較高的效率（95%左右），同時有著更大的功率密度，因此適用於頻繁起停的工況以及較小的乘用車布置空間。

永磁同步電機所需要的釹鐵硼永磁材料是稀土資源，對於稀土資源缺少或稀土工業不發達的國家而言，車用動力電機的技術方案是與國家安全相關的。

我國擁有全球70%的稀土資源，釹鐵硼磁性材料的總產量達到全球的80%，日本則是稀土產業的大國，而歐美車企的電動車若想用永磁同步電機還要考慮進口稀土的問題。

永磁同步電機是由永磁體勵磁產生同步旋轉磁場的同步電機，永磁體作為轉子產生旋轉磁場，三相定子繞組在旋轉磁場作用下通過電樞反應，感應三相對稱電流。

永磁同步電機的轉子本身產生固定方向的磁場（永磁體），定子旋轉磁場「拖著」轉子磁場（轉子）轉動，因此轉子的速度一定等於定子的同步速，所以叫做「同步電機」。定子線圈的磁場會因為斷電而消失，但是轉子卻是磁性很強的永磁體，磁場並不會消失，因此稱之為——永磁（雖然隨著時間的流逝磁場會逐漸消失，但是速度也是很慢的）。

永磁同步電機的轉子轉速與定子繞組的電流頻率始終保持一致。因此，通過控制電機的定子繞組輸入電流頻率，電動汽車的車速將最終被控制。

交流異步電機是由定子繞組組成的旋轉磁場與轉子繞組中感應電流的磁場相互作用而產生電磁轉扭驅動轉子旋轉的交流電動機。

交流異步電機的轉子滯後於現場速度，所以它的轉子必須比磁場旋轉得更慢。轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，這樣可以感應轉子電流，產生扭矩以驅動附加的負載，同時克服內部損耗。

當導體在磁場內切割磁感線時，在導體內產生感應電流，「感應電機」的名稱由此而來。感應電流和磁場的聯合作用向電機轉子施加驅動力。

與永磁同步電機中使用永磁材料的轉子不同，感應電機的轉子則通常用鋁或銅來製造。

3 適用車型

動力電池能夠直接輸出的是高電壓的直流電，如果要使用異步電機還需要使用大功率的逆變器，把直流轉換成交流，這個過程也會產生一些能量損耗。而永磁同步電機可以直接用直流電驅動，所以永磁同步電機多用於經濟型車，異步電機多用於高性能車型。

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