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混合动力汽车技术基础知识(三)
来源:汽车维修与保养  作者:佚名  2019-05-26 08:29:18

(2)同步电机
①同步电机的结构
    同步电机的结构如图33所示,三相电流同步电机是一种电动机械式转换器,可作为由三相电流驱动的电机或产生三相电流的发电机使用。在发电站中同步电机主要作为可以产生电能的发电机使用。在车辆中同步电机也可作为发电机为电子用电器提供电能和为蓄电池充电。如今在中等功率范围内很少使用同步电机,但是这一现象即将改变,因为将会在混合动力车辆上大量使用同步电机。

    如图34所示,通过永久磁铁(小型电机)或电磁铁(大型电机)在同步电机的转子中产生磁场。第二种情况需要安装滑动触点,相对较小的电流只有通过该触点才能流入。与直流电机不同,同步电机无需集电环。如图35所示,汽车上的交流发电机属于同步电机



    同步电机通常采用内极电机的设计。此外还有另外一种型号的电机,这种电机的定子绕组安装在电机内部,而带有永久磁铁的转子则安装在电机外部。这种设计被称为带有外部转子的电机。
②同步电机的工作原理
    永磁同步电机的工作范围如图36所示,如果在定子的绕组上施加一个三相电流,就会产生相应的旋转磁场。转子的磁极随着该旋转磁场的方向进行相应的转动。这样就可以使转子转动。转子转动的速度与旋转磁场的转速相同。该转速也被称为同步转速。同步电机也因此得名。通过三相电流的频率和极点数量精确的规定了同步电机的转速。

    为了能够对同步电机的转速进行无级调节,必须使用变频器。通过机械装置或利用变频器使同步电机在额定转速下运行并使其保持同步。
    同步电机在混合车辆中已广泛使用,因为借助永久磁铁转子不必使用其他外部能量就可以产生磁场,因此这种电机具有非常高的功率密度和效率(>90%)。永磁同步电机的优点是惯量较小,维修费用低廉,转速不受负荷影响。同步电机的缺点是磁铁材料的采购成本较高,调节成本较高,无法自动运行。
(3)异步电机
    异步电机的结构如图37所示,三相电流异步电机可以作为电机或发电机使用。异步电机的特点是不为转子直接提供电流,而是通过与定子旋转磁场的磁场感应产生转子磁场。因为转子使用了定子旋转磁场产生的感应电流,所以通常异步电机也被称为感应式电机。转子通常采用带有后端短路导体棒的圆形罐笼。

    通过定子绕组的旋转磁场对定子导体回线内的磁流变化产生影响,这样就会和短路导体棒内的电流产生一个感应电压,该电流同样可以产生磁场。楞次定律指出,感应电流产生的磁场总是阻碍引起感应电流的原因,因此产生的扭矩可以使转子按照定子旋转磁场的方向进行转动。定子和转子旋转磁场之间的相对速度是引起感应的原因,转子的转速不允许达到定子旋转磁场的转速,因为这样会使导体回线内的磁流变化为零,从而无法产生感应电压。定子旋转磁场转速和转子转速之间的差被称为异步转速。异步转速的大小取决于负荷,定子旋转磁场和转子以不同的转速旋转,也就是说没有同步转动,因此这种电机被称为异步电机,异步电机与直流电机相比其优点是结构简单且坚固耐用,这里的主要优点是不再需要集电环和电刷。由于结构简单因此价格便宜且所需维护较少,所以异步电机通常被作为电机使用。
    从电气角度来看,异步电机就像一个变压器。定子绕组为初级,短路的导体棒为次级。自调节电流取决于转速。异步电机的替代电路图如图38所示,怠速运行时异步电机的替代电路图主要由Rs和Xs构成,因此电机接收的几乎都是无功功率。只要转子没有转动,变压器的次级侧始终处于短路状态,因此需要提供一个较高的电流和一个较强的磁场,在该启动动范围内电机的效率较差并且会产生很高的温度,只要电枢开始转动且已适应周围的旋转磁场,那么电流就会变小且效率也会得到提高。通过供电电子装置和可以提高或降低频率的变频器实现异步电机的转速控制。

    异步电机具有使用寿命较长、可以简便地安装和拆除电刷,维护费用较低、制造成本相对较低、可以自动运行、短时间内可以承受较强的过载、设计坚固等优点。
    异步电机的缺点是与永磁同步电机相比,在高扭矩利用率方面的效率较低,未使用带有启动控制的变频器时启动扭矩较小。

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