想更好的了解空壓機的節(jié)能,這些電機原理得懂,電機分為同步電機跟異步電機,但是今天先別管同步異步,來回憶一下電機的原理。
電機這個東西相信大家都不陌生,回憶一下高中物理上的直流有刷電機,原理千百年來都是一樣的, 一個永磁體(磁鐵)作為定子,一個線圈作為轉(zhuǎn)子,通電后產(chǎn)生磁場,根據(jù)“同性相斥,異性相吸”的原理,他會繞著定子轉(zhuǎn)動。
螺桿空壓機
前面說了電刷會磨損甚至起火花,所以現(xiàn)在大多數(shù)汽車用的都是無刷電機,我們本次討論的永磁同步電機和交流異步電機都是無刷電機,下面終于進入正題,給大家講講這兩者的區(qū)別:
同步和異步指的是什么?
指的是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子產(chǎn)生的磁場的速度是否一樣。要完全理解這個問題,我們需要理解這兩種電機的原理。
我們先看永磁同步電機:
需要注意的是,永磁同步電機和我們上面舉例用的課本上的電機不一樣,它的線圈是作為定子,永磁體是充當轉(zhuǎn)子的,跟課本上的正好相反。
先說這個永磁體,現(xiàn)在多數(shù)是用釹鐵硼材料制作,這種材料被稱為“永磁王”,是目前磁性高的永磁材料。而獲得這種材料需要一種稀有物品——稀土。
這里廢話這么多的原因就是想告訴大家稀土很貴很稀有,所以導致永磁體很貴,永磁直流電機也很貴……
好吧稍微有點跑題了,我們接著討論永磁同步電機。因為沒有電刷,所以換向必須采用“電子”的方式,下面是永磁同步電機的結(jié)構示意圖:
外圈灰色是固定在車身上的定子殼體,上面間隔繞制著紅、綠、藍三組六匝線圈,對角線為相同組。而中間白色輪轉(zhuǎn)為轉(zhuǎn)子,連接著輸出軸到輪胎。
假設我們先給綠色線圈通電,那么它將產(chǎn)生類似條形磁鐵的磁場。而如果給三組線圈都通電,三組線圈的磁場就相當于三根條形磁鐵成“米”字型放在定子內(nèi)部,就會產(chǎn)生不斷旋轉(zhuǎn)的磁場,這時候轉(zhuǎn)子就會受到定子產(chǎn)生的磁力而轉(zhuǎn)動。
螺桿空壓機
注意,上面這個圖里的條形磁鐵只是為了幫助大家理解通電線圈的磁場方向,并不是電機里放置了一個磁鐵!
在這種情況下,通電線圈發(fā)生變化后,轉(zhuǎn)子能夠馬上受力,也就是轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和定子產(chǎn)生的磁場的速一樣,所以叫同步電機。
螺桿空壓機
另外這里的轉(zhuǎn)子也不是單純的一個磁鐵,如果這樣的話,會因為磁極方向單一導致受力不均勻,所以它一般是將更多個磁鐵放在定子上組成定子磁組,這樣就形成了一個SN極間隔的永磁轉(zhuǎn)子。
這樣磁場中的轉(zhuǎn)子由于任意方向都有磁鐵受力,因此這就使得轉(zhuǎn)子穩(wěn)定的旋轉(zhuǎn)起來。當然線圈的通斷電是由轉(zhuǎn)子位置傳感器和開關控制的,它們?nèi)齻€的通斷也不是簡單的“你通我斷”,而是一個比較復雜的通斷規(guī)則,這里就不細講了。
螺桿空壓機
接下來我們講交流異步電機:
交流異步電機的定子由鐵芯、繞組與機座組成,轉(zhuǎn)子則是由鐵芯和繞組組成,轉(zhuǎn)子繞組有鼠籠式和線繞式,長這樣:
可以看到,交流異步電機沒有永磁體,它的轉(zhuǎn)子和定子都是靠通電才能產(chǎn)生磁場的。
由于使用的是三相交流電,所以,線圈在定子內(nèi)每120度為一個單元,共三個單元,相互對稱排列。三個獨立繞組組合在一起形成一個360度的圓柱形定子。
因為交流電的頻率和方向是不斷變化的,所以假設我們給A繞組通入交流電,那么它會產(chǎn)生一個方向和大小都不斷變化的磁場,對于另外兩個繞組來說也是這樣
螺桿空壓機
這時候合成的磁場變成了這樣:大小固定,方向變化規(guī)律。
螺桿空壓機
你可以簡單理解成這樣~
行了,有了這個磁場,轉(zhuǎn)子終于能愉快的轉(zhuǎn)動了~但是由于交流異步電機的轉(zhuǎn)子是鼠籠式,它會在定子產(chǎn)生的磁場中做初中物理我們熟悉的“導體切割磁感線運動”,產(chǎn)生了感應電流。
這個電流在旋轉(zhuǎn)的磁場中又受到安培力的作用,使導體轉(zhuǎn)動,這兩個轉(zhuǎn)動的疊加導致轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和定子產(chǎn)生的磁場的速度不一樣,也就是“異步”的意思:
螺桿空壓機
同步/異步電機的優(yōu)缺點?
還是先聊同步電機,它的優(yōu)點很明顯,在同樣的重量和體積下,永磁同步電機能輸出更高的功率和扭矩。同理,在相同的功率和扭矩情況下,它的重量和體積小,為另一個極為重要的部件動力電池留出足夠的空間和質(zhì)量。此外,永磁同步電機還擁有噪音較小的特點。
至于缺點,前面我說過,永磁體依賴稀土,如果想要大的功率,就要大塊的永磁體,造價高;而且雖然叫“永磁”,但它在高溫之類的惡劣環(huán)境下容易退磁。
至于異步電機,成本十分低廉,工藝簡單、運行可靠、維修方便等特點,能夠在復雜的工作環(huán)境中工作,也對周圍工作溫度的大幅度變化有比較強的適應能力。
但在同樣的功率和扭矩下,異步電機所需要的體積和重量要遠大于永磁同步電機。

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