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  動力電機的基本知識與特征特點

  傳統(tǒng)燃油車時代，發(fā)動機被稱為汽車的心臟，因為它是能量轉(zhuǎn)化的核心部件。而在電動汽車時代，人們更關心的是電池儲能問題，反而忽視了對電機的關注。

  雖然電機運用在生活中的方方面面，但驅(qū)動電機由于對于功率、轉(zhuǎn)矩、散熱、噪音、輸出脈沖等方面的要求更高，因此在技術方面依然有很多可做的文章。今天跟大家一起簡單認識一下動力電機的一些基本知識。

  機按能量轉(zhuǎn)換方式的不同，一般可以分為電動機、發(fā)電機兩項功能。按供能類型可選用直流、交流、永磁無刷或開關磁阻等幾種電動機。

  其中適合于新能源汽車的驅(qū)動的電機主要有永磁同步電機、交流異步電機和開關磁阻電機三大類。因其結(jié)構(gòu)和控制特點不同，在汽車市場上選用的范圍也有所不同。

  在乘用車領域，目前運用主要分為感應(異步)電機與永磁(同步)電機量大流派，前者的主要代表是特斯拉，而后者更為主流，寶馬以及國內(nèi)大部分電動車廠家都有運用。這兩者之間有什么不同呢?

  永磁電動機是同步電動機。其轉(zhuǎn)子使用永磁體，定子產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩來推動轉(zhuǎn)子的磁場圍繞軸心線進行旋轉(zhuǎn)，定子和轉(zhuǎn)子的磁場是同步的。而感應電動機是異步電動機，是由定子繞組形成的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子繞組中感應電流的磁場相互作用而產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的交流電動機。

  在商用車領域，開關磁阻電機的運用也很廣泛，而且其發(fā)展前景也被看好，主要的優(yōu)勢它不需要使用永磁材料，對于稀土沒有依賴性，甚至連電機常見的銅線圈也不用，造價可以控制地比較低。

  開關磁阻電機有兩個基本特征：

  1、開關性，電機必須工作在一種連續(xù)的開關模式。

  2、磁阻性，它是真正的磁阻電機，定、轉(zhuǎn)子具有可變磁阻磁路，更確切地說，是一種雙凸極電機。

  性能方面，開關磁阻電機的調(diào)速非常靈活，不但可以通過改變電壓，而且可以通過改變導通和關斷角度，擁有很好的調(diào)速范圍和能力。轉(zhuǎn)矩密度和效率也能做到接近永磁同步電機的水平，強于感應電機。

  不過，開關磁阻電機主要不足是轉(zhuǎn)矩脈動仍然較大，振動噪音也比其他電機大，對于乘用車而言，這個問題顯然是難以接受的，因此暫時還沒有大規(guī)模運用。

  我們重點看看交流異步電機的特點。

  感應(異步)電動機的發(fā)展歷史：

  尼古拉·特斯拉作為電力祖師爺級別人物，當年為了和愛迪生的直流電系統(tǒng)對抗，發(fā)明了三相交流電(動力電)，還發(fā)明了交流電的三相交流異步電機，也就是特斯拉汽車的動力心臟的鼻祖。

  另外，其發(fā)明貢獻還有特斯拉線圈、特斯拉效應、特斯拉變壓器(交變壓遠程送電技術)、特斯拉無線遠程控制系統(tǒng)以及著名的尼亞加拉水電站等都是出自他的研究。一生獲得了大約1000項發(fā)明，分布在科學和工程學各個領域。

  現(xiàn)在的特斯拉汽車以此命名，其實就是向這位杰出貢獻者致敬，同時，也決定了特斯拉汽車肯定會在這種電機道路上堅持走下去并發(fā)揚光大。

  電動汽車的整個動力心臟和內(nèi)燃汽車完全不同，一般由儲存電能的儲能機構(gòu)(ESS)，將能量輸出給轉(zhuǎn)換器和功率控制模塊(PEM)通過控制傳感器感知駕駛員操作需求和路況來驅(qū)動執(zhí)行電機(馬達)。

  汽車儲能系統(tǒng)只能儲存直流電，而感應電動機使用的是交流電，要想為其供電，必須首先將直流電逆變?yōu)榻涣麟?，這一功能是由功率電子模塊(PEM)完成。

  特斯拉汽車的功率電子模塊使用72個絕緣柵雙極晶體管(IGBT)將直流電轉(zhuǎn)換為交流電。除了控制充電和放電速率，功率電子模塊還控制電壓等級、電機的RPM(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))、轉(zhuǎn)矩和再生制動系統(tǒng)。該制動系統(tǒng)通常通過制動捕獲動能，并將其反饋傳輸回ESS(能量回收)。

  動力輸出馬達：

  電池組供電給功率電子模塊控制馬達(交流感應(異步)電動機)轉(zhuǎn)速，驅(qū)動汽車。

  感應(異步)電機的結(jié)構(gòu)原理：

  電機一般由定子(靜止不動的部分)，轉(zhuǎn)子(旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生動能的部分)，機座(連接定子和轉(zhuǎn)子的殼體)，散熱部件等構(gòu)成。

  特斯拉使用感應(異步)電動機，準確的說是3相(定子繞組采用三角形連接或者星型連接)，4極感應電動機(極對數(shù)是電機的一個重要參數(shù)，兩極電機就是一個極對數(shù)，四極就是兩個極對數(shù)。

  電動機的轉(zhuǎn)速n=(1-S)60f/P，S是電機的轉(zhuǎn)差率，f為電源頻率，P就是極對數(shù)了。當極對數(shù)固定點的時候，想要控制電機的轉(zhuǎn)速只需要控制通電電壓的頻率就好了)。控制定子線圈的通電頻率，從而產(chǎn)生可變強弱旋轉(zhuǎn)的電磁場，與轉(zhuǎn)子繞組感應磁場相對運動，轉(zhuǎn)子繞組切割磁感線產(chǎn)生感應電動勢，從而使轉(zhuǎn)子繞組中產(chǎn)生感應電流。轉(zhuǎn)子繞組中的感應電流與磁場作用，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

  這部分的結(jié)構(gòu)比較難懂，大家可以簡單理解為，控制交流電的頻率，使電動機的轉(zhuǎn)速變化，驅(qū)動汽車。