興福園電力:從特斯拉看永磁電機與感應電機

2021-01-09 興福園電力

喜歡車的朋友們相信對於特斯拉都不陌生,特斯拉(Tesla),是一家美國電動車及能源公司,產銷電動車、太陽能板、及儲能設備。近日特斯拉Model 3車型的電機產品戰略出現重大轉型,從交流感應電機(AC induction motor)改為永磁電機(permanent magnet motor)。

特斯拉

那麼特斯拉選擇永磁電機,究竟是為什麼呢?說電機,首先小福要給大家介紹一下什麼是感應電動機,什麼是永磁電動機。

感應電動機呢,就是咱們平時提到的交流異步機,它的勵磁,也就是產生磁場,靠的是電流。也就是電流中有一部分是用來產生磁場的,為什麼產生這個磁場可以參考發電機是如何發的電,這兩個過程恰好相反。然後轉子的轉速和旋轉磁場的轉速不同步,所以叫做異步電動機,正是因為異步,所以產生了轉差,轉差使轉子上的導體產生電流,從而在磁場中受力轉動。也是因為這個異步,所以控制起來比同步複雜一點。感應電機就是線圈和轉子鐵芯,所以價格便宜,成本低,過載能力也強,性能彪悍,皮實耐用。

感應電機

而永磁電動機主要是指永磁同步電動機,永磁指的是勵磁採用的是永磁體,也就是磁鐵。磁鐵之前性能不好,但是「萬磁王」汝鐵硼的穩定性能和廣泛應用,讓永磁體的可靠性和穩定性越來越好了,退磁現象也更少發生了。同步指的是旋轉磁場的速度和轉子的速度是一致的,要控制轉子速度,只要控制磁場轉速,也就是交流電頻率就可以了。同步自然控制起來更方便一點。

永磁電機

知道了這個原理以後,其實分析性能就很容易的。

首先,永磁電動機沒有勵磁的那部分電流分量,效率更高,特別是在高轉速區域,同樣的電池組可以帶來更長的續航。永磁同步機成本高於感應電動機,但這點成本相對於電池成本可以忽略不計。

其次,感應電機過載能力強,性能更彪悍,所以加速能力強於永磁同步機。感應電機調速範圍寬,但是控制稍微麻煩,永磁同步機調速範圍雖然窄,但是控制系統簡單。感應電機皮實耐用,永磁同步機在高溫強震動情況下可能退磁。

最後,之前汝鐵硼材料美國沒有,都是進口,估計馬斯克很擔心,怕用了到時候卡脖子,現在看來沒事,特斯拉也要在中國建廠了,那就用永磁吧。

所以,這兩種電機在性能上就是各有特色,沒有嚴格的好壞之分,特斯拉用哪個電機都行,不過就是綜合考慮性能、成本、供應鏈等諸多因素,在model 3上選擇了永磁同步機。

通過特斯拉的戰略轉換,什麼是感應電動機,什麼是永磁電動機?您清楚了嗎?

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