淺析汽車的異步電機(jī)和同步電機(jī)

汽車使用的電機(jī)分為兩大類，分別為異步交流電機(jī)和永磁同步電機(jī)，曾經(jīng)有少數(shù)品牌的車輛使用異步電機(jī)，而現(xiàn)在都以同步電機(jī)為主了。那么這兩種電機(jī)究竟有什么優(yōu)缺點(diǎn)，又有什么不同呢?

　　顧名思義，同步電機(jī)總會(huì)有什么是“同步”運(yùn)行的，或者說是同步“旋轉(zhuǎn)”的;不論同步還是異步電機(jī)，它都有個(gè)定子和轉(zhuǎn)子;定子是電機(jī)里固定不變的部分，轉(zhuǎn)子自然是可以轉(zhuǎn)動(dòng)的部分。定子分為繞組和鐵芯兩種，功能相同，當(dāng)三相交電流接通定子之后，定子就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。

　　定子磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度是可變的，電源的頻率決定了磁場(chǎng)的“轉(zhuǎn)速”;同步電機(jī)的轉(zhuǎn)子可以理解為永磁鐵(包括電磁鐵)，轉(zhuǎn)子自然是有磁極的、也就是N/S，那么定子的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)自然能吸引轉(zhuǎn)子的磁場(chǎng)以使其轉(zhuǎn)動(dòng)。而永磁同步電機(jī)就是指定子的磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速相同，兩者相同所以才叫做同步電機(jī)。

　　那么反之就是異步電機(jī)，但異步電機(jī)也沒有那么簡(jiǎn)單;異步電機(jī)的轉(zhuǎn)子為短路繞組，本身沒有磁極的;在定子通電之后產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)會(huì)切割轉(zhuǎn)子繞組，在繞組上出現(xiàn)感應(yīng)電流，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)電流則可以收到電磁力的作用進(jìn)行加速旋轉(zhuǎn)?？墒寝D(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度加快的過程中，一旦轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速等于定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速，兩者就等于相對(duì)靜止了;此時(shí)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子繞組沒有切割作用，轉(zhuǎn)子就會(huì)失去電磁力(可理解為失去動(dòng)力或吸引力)而減速，甚至可以理解為“瞬間失速”。

　　而就在轉(zhuǎn)子減速之后、轉(zhuǎn)子和定子磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速又不一樣了，兩者又會(huì)出現(xiàn)相對(duì)運(yùn)動(dòng)——減速最后再加速、同步之后又減速、減速之后還加速，這就是異步電機(jī)，轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速不一樣。

　　在搞清楚兩者的區(qū)別之后，需要了解的就是優(yōu)缺點(diǎn)了

　　異步電機(jī)的缺點(diǎn)很突出，它的啟動(dòng)性能是要比永磁同步電機(jī)差的，因?yàn)閱?dòng)時(shí)要通過磁場(chǎng)旋轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子(短路的繞組)上產(chǎn)生電流后還才能開始運(yùn)轉(zhuǎn)，同步電機(jī)只要定子通電就能與轉(zhuǎn)子相互作用。另一個(gè)缺點(diǎn)就是調(diào)速性能比較差，核心原因正是“異步”，作為驅(qū)動(dòng)電機(jī)似乎不是那么理想的、注意重點(diǎn)是“似乎”。

　　其次異步電機(jī)的功率因數(shù)不高，運(yùn)行時(shí)需要像電路系統(tǒng)吸收之后的無用功率;功率因數(shù)的概念是交流電路中有功功率對(duì)視在功率的比例，這個(gè)數(shù)值越高越好的。無用功率不是“沒有用的功率”的概念，驅(qū)動(dòng)電機(jī)是依靠電磁感應(yīng)原理運(yùn)行，要建立交變磁場(chǎng)才能進(jìn)行能量的轉(zhuǎn)化和傳遞;建立交變磁場(chǎng)和感應(yīng)磁通需要的就是無用功率，這種功率雖然不能直接轉(zhuǎn)化為機(jī)械能(動(dòng)力)，但是沒有無用功率就不能運(yùn)轉(zhuǎn)。所以異步電機(jī)的缺點(diǎn)比較突出，那么同步電機(jī)有哪些缺點(diǎn)呢?

　　同步電機(jī)有一個(gè)較為突出的缺點(diǎn)，或者說是絕對(duì)突出且無法解決的缺點(diǎn)。

　　制造成本遠(yuǎn)超異步電機(jī)除此之外就基本都是優(yōu)點(diǎn)了，它的優(yōu)點(diǎn)首先是功率因數(shù)高，其次是運(yùn)行功率高，再次轉(zhuǎn)速恒定;在恒定轉(zhuǎn)速的狀態(tài)下運(yùn)行，電機(jī)的使用場(chǎng)景就會(huì)因功能的穩(wěn)定而加大，不過現(xiàn)實(shí)還是因制造成本的問題而讓異步電機(jī)變成了工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域的主流選項(xiàng)。同步電機(jī)是一種可以發(fā)出無功又能吸收無功，能夠穩(wěn)態(tài)運(yùn)行實(shí)現(xiàn)N=ns=60f/p(電網(wǎng)頻率/電機(jī)極對(duì)數(shù))的電機(jī)，只要電網(wǎng)頻率穩(wěn)定就能夠穩(wěn)定運(yùn)行，而頻率的瞬間變化就能讓電機(jī)轉(zhuǎn)子瞬間變化，相對(duì)異步電機(jī)要“靈動(dòng)”一些還?？梢哉f永磁同步電機(jī)更適合作為乘用車的發(fā)動(dòng)機(jī)使用，作為發(fā)電機(jī)也是極好的。

　　永磁同步電機(jī)的發(fā)電方式很簡(jiǎn)單，定子通電后、原動(dòng)機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，定子的三相繞組切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)即可產(chǎn)生產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)來發(fā)電;而異步電機(jī)的定子是三相繞組，轉(zhuǎn)子卻是短路繞組、是沒有磁場(chǎng)的;那么異步電機(jī)想要發(fā)電就要先建立磁場(chǎng)，說白了就是要像驅(qū)動(dòng)時(shí)一樣先給定子通電，隨后轉(zhuǎn)子才能出現(xiàn)電流，只是究竟要怎么發(fā)電呢?

　　異步電機(jī)的發(fā)電前提是先給定子通電，隨后原動(dòng)機(jī)將轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速拉動(dòng)到超過定子磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)速才能開始發(fā)電，也就是在驅(qū)動(dòng)時(shí)達(dá)到瞬間“一直轉(zhuǎn)速”并開始減速的那一瞬間繼續(xù)加速才能發(fā)電;這里所謂的原動(dòng)機(jī)就是車輪，動(dòng)力來自滑行時(shí)車輛的慣性力，這種發(fā)電方式就是動(dòng)能回收，理論上同步電機(jī)的回收效果應(yīng)當(dāng)會(huì)更高。