电动汽车永磁同步电机与异步电机的性能差异

  在电动汽车应用领域,与异步电机相比,永磁同步电机具有很多明显的优势。永磁同步电机具有功率因数高、驱动能力指标好、体积小、重量轻、温升低等诸多特点,同时可以较好地提高电网的品质因素,充分发挥了现有电网的容量,节省了电网的投资。

  1.永磁同步电机与异步电机效率及功率因数对比

  异步电机在工作时,转子绕组要从电网吸收部分电能励磁,这样就消耗了电网电能,这部分电能最终以电流在转子绕组中发热消耗掉,该损耗约占电机总损耗的20~30%,直接导致电机的效率降低。转子励磁电流折算到定子绕组后呈感性电流,使进入定子绕组中的电流滞后于电网电压,造成电机的功率因数降低。

  另外,从图1所示电动汽车永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线可以看出,异步电动机在负载率(=P2/Pn)<50%时,其运行效率和运行功率因数大幅度下降,所以一般都要求其在经济区内运行,即负载率在75%-100%之间。

  永磁同步电机在转子上嵌入永磁体后,由永磁体来建立转子磁场,在正常工作时转子与定子磁场同步运行,转子中无感应电流,不存在转子电阻损耗,只此一项就可以提高电机效率4%~50%。同时,由于在永磁同步电机转子中无感应电流励磁,定子绕组有可能呈纯阻性负载,使电机功率因数几乎为1。从图1所示永磁同步电机与异步电机的效率及功率因数曲线可以看出,永磁同步电机在负载率>20%时,其运行效率和运行功率因数随之变化不大,且运行效率>80%。

  2.永磁同步电机与异步电机起动转矩对比

  异步电机起动时,要求电机具有足够大的起动转矩,但又希望起动电流不要太大,以免电网产生过大的电压降落而影响接在电网上的其他电机和电气设备的正常运行。此外,起动电流过大时,将使电机本身受到过大电做力的冲击,如果经常起动,还有使绕组过热的危险。因此,异步电机的起动设计往往面临着两难选择。

  永磁同步电机一般也采用异步起动方式,由于永磁同步电机正常工作时转子绕组不起作用,在设计永磁电机时,可使转子绕组完全满足高起动转矩的要求,例如使起动转矩倍数由异步电机的1.8倍上升到2.5倍,甚至更大,较好地解决了常规动力设备中“大马拉小车”的现象。

  3.永磁同步电机与异步电机工作温升对比

  由于异步电机工作时,转子绕组有电流流动,而这个电流完全以热能的形式消耗掉,所以在转子绕组中将产生大量的热量,使电机的温度升高,这样严重影响了电机的使用寿命。

  而对于永磁同步电机,由于永磁电机效率高,转子绕组中不存在电阻损耗,定子绕组中较少有或几乎不存在无功电流,使电机温升低,这样就较好的延长了电机的使用寿命。