永磁同步电机和感应异步电机特点和区别
来源:变频驱动永磁同步电动机    发布时间:2024-04-28 15:46:43

  进入到电驱化时代,虽然大家还是会关心车辆的三电系统,但似乎关注度远不如内燃机时代了,并且关注的重点,好像也由电机转换为了电池。

  虽然以下的类比可能并不准确,但从某一种意义上来讲,电动车拥有的电机、电控、电池还是能和燃油车拥有的发动机、变速箱、油箱对号入座的。电机与发动机都起到输出动力的作用,电控和变速箱用来梳理动力、调整动力的输出,电池和油箱则起到了保证能源供应的作用。所以,单从影响车辆的驾控乘坐体验而言,电动机与发动机一样,仍然是动力系统中最为核心的部分。

  当然,必须承认的是,大家对于电机的关注度显然是要明显低于发动机的,小编认为产生这种差异根本原因是因为电动机之间的差异确实没有发动机之间那样巨大。在内燃机时代,我们拥有4缸、6缸、8缸、10缸、12缸的发动机,有直列、水平对置、V型、W型的气缸排列方式,还有自然吸气、废气涡轮增压、机械增压甚至电动涡轮增压等等周边技术。而在电动机中,我们最常听到的似乎就只有两个名词,永磁同步电机和感应异步电机。

  电机的基本工作原理是最简单,具备一些物理学基础知识的同学都能够理解。在工业领域,电机已经在200年的时间内得到了广泛的应用,在汽车行业的应用也不例外。在近十年的时间内,结合车用电动机的需求特点,永磁同步电机和感应异步电机成为了目前大部分电动车的选择。

  下面小编试着以最简单的方式来解释一下永磁同步电机和感应异步电机的区别以及特点。首先,永磁同步电机和感应异步电机都有定子和转子两个部分,通过它们的名字就可以比较好的理解两者的区别。定子可以简单理解为电机的外壳,是外面不动的那一圈,里面转动能够输出动力的部分则为转子。结合我们日常生活中看到过的电机,定子和转子是比较好理解的。电机之所以能够驱动车辆前进,是因为当定子通电、转子拥有磁场后,它们之间的相互感应就会让转子产生旋转的力。

  而永磁同步电机和感应异步电机的核心差异就在于怎样让中间的转子部分拥有磁场的。永磁同步电机采用的方式是直接用磁铁做转子,从而使得转子自带磁场。感应异步电机则是先用导线做成转子,当导线内拥有电流后,转子也就拥有了磁场。

  明确了结构上的差异,它们各自性能上的特点就比较好理解了。在能耗方面,永磁同步电机由于转子不需要耗电自带磁场,电力只供应给定子就可以,所以相比转子定子同时耗电的感应异步电机更加省电。感应异步电机由于不受到永磁体安装以及物理特性的限制,会在高转速区间拥有更好的表现。两者具体的差异,可以借鉴下方的表格。

  总结来说,在使用效果上,永磁同步电机和感应异步电机是特性完全相反的两个极端。如果类比发动机的线缸自然吸气发动机,节能小巧,但是功率不足,不适合高速行驶。而感应异步电机则更像是排量超过6.0L的美式8缸涡轮增压发动机,动力强劲但暴躁不可控,费油,体积大,重量大。

  所以结合以上特点,在强调实用性的家用车中,基本使用永磁同步电机,在强调动力表现的性能车型中,基本使用感应异步电机。而在部分需要两者兼顾的车型中,则会使用永磁同步电机和感应异步电机搭配使用的方案。

  这似乎听起来已经很完美了,但其实有两个难以克服的问题。第一,毕竟大多数家用车受限于成本只会采用永磁同步电机的单电机布局,这会导致车辆的中高速再加速性能较差。如果大家有过驾驶单永磁同步电机车型上高速的经验,一定能理解什么是80kM/h时速之后的超佛系加速。第二,对于采用永磁同步搭配感应异步的双电机车型来说,其实两台电机的发力区间是很难重合,同时想要协调控制两台发动机的出力也是相当困难的。这就像我们买了一件西服上衣和一条运动裤子,表面上是花钱买了一套衣服,但实际很难把它们同时穿出门。所以,日产要思考的是,有没有两者兼顾的解决方案?而答案就是电励磁同步电机。

  从上文的内容中我们大家可以理解,永磁同步电机的主要缺点是因为永磁石的物理特性导致的高速性能不佳,而感应异步电机的主要缺点是由于转子内电流依靠被动感应产生且不可控,能耗表现较差。

  所以,如果我们也可以通过控制电流的大小而在转子内产生可控的磁场,在低输出工况下,减小转子内的电流,达到节能的目的,在高输出模式下,增大转子内的电流,保证电机的输出功率和高转速表现,就能比较好的兼顾两者的优点而屏蔽掉两者的缺点。而最终的解决方案,就是日产自研的电励磁同步电机了。

  在实际应用过程中,以上市不久的日产ARIYA艾睿雅车型为例。电励磁同步电机的应用,能够保证ARIYA在超过100km/h后依然拥有很出色的再加速能力。而在ARIYA艾睿雅的四驱车型中,由于电励磁电机同样拥有出色的低速节能表现和高速的动力输出,使得车辆可以在前后桥布置两全相同的电励磁同步电机,来保证动力系统优秀的可控性以及车辆驾控表现。ARIYA艾睿雅所采用的e-4ORCE四驱技术的出色表现和电励磁同步电机应用也是分不开的。

  在日产电驱化整体技术框架下,全自研的平台、三电以及周边技术是一个更加高效有机的整体,从而起到“1+1>

  2”的效果。

  电控和电机紧密相关的电控部分,只有电机电控相互完美配合,才能最终呈现出色的驾控乘坐体验。

  电动机平顺、安静、响应速度快,以上都是我们能快速理解的优点,这些优点都是由于电动机和内燃机构造上的差异决定的。而要说到大家不太熟悉的电动机的缺点,实际上也是由于电动机的先天结构造成的。

  首先是响应速度快的负面产物,就是动力输出过于突兀。对于玩过赛车电子游戏的朋友,可能更能体会这种差异,如果说汽油车更像是用赛车模拟器的中的油门来控制车辆,那么电动车就更像是用键盘来控制车辆。

  相比燃油车,电动机的扭矩是瞬间建立的,且中间不会经历液力变扭器等扭矩传递缓冲装置,而是直接依靠齿轮传递给车轮。

  举一些我们平时生活中的例子,很多人都骑过的电瓶车,骑行起来之后是非常平稳的,但是就是起步那一瞬间,其实是很突兀很难控制的,尤其是对于第一次骑电瓶车的人,容易被吓一跳。还比如大家都玩过的电动遥控车,想要低速稳定的控制一辆遥控车,非常难的。造成这样一些问题的原因,都是由于电机本身的特点决定的。

  其次,电动机不只是一台“发动机”,同时还是一套“制动系统”。这种电动机天然的反拖制动属性,好的一面是能轻松实现动能回收提高续航能力,但是负面影响也是不可避免的,就是容易在减速过程中造成车辆的不平稳。

  以上问题的带来的最明显的体现,就是相比燃油车,很多人乘坐电动车会更容易晕车。电动机起步就是最大扭矩,刹车带有动能回收,瞬间的提速和减速给人的刺激较大,人被晃来晃去非常不舒服,此时人体的平衡系统和视觉系统就会做出一定的反应,若无法适应就会产生眩晕感。

  所以相比让车辆达到更快的加速时间,电控系统更有价值的地方其实是在于帮助驾驶员更加从容稳定的控制车辆,更好的驯服车内的动力“猛兽”。

  在这其中最重要的,也是最大的难点,就是控制精度,也可以讲叫做以快治快。因为电动机本身的响应快,动力强,所以就要通过更快速的电控调节速度来控制电动机完成更稳定的出力。在最新上市的日产云图纯电平台首款电动车ARIYA艾睿雅上搭载的电控系统,已能实现1/10000秒的超高控制精度。作为对比,人眨一次眼的速度是0.3秒。

  电控精度是技术指标,更重要的是实际疗效。以小编实际试驾ARIYA艾睿雅的感受而言,ARIYA艾睿雅的电门脚感是非常细腻精准的,电门开度的变化都会迅速反应到车辆的动态上。另一方面,这种反馈又不会过于突出,似乎会经过一层过滤,甚至会有一些6缸发动机加CVT变速箱那种比较柔润顺滑的感觉。

  如文章开头所说,如果说电控系统在性能指标上还分个高低,但其实在手法上,并没有绝对的优劣之分。日产在电动车方面的,依然坚持了日产品牌车辆的整体风格,更看重车辆的平衡性以及在舒适度层面的表现,这种驾控感受和市面很多的电动车是不同的。如果您还没找到自己最心仪的那个选择,不妨来体验一下日产精神在一辆纯电车型上是如何体现的。

  永磁同步电机的控制策略,例如矢量控制,需要精确的全速范围内的转子位置做解耦变换。而其中转子初始位置最重要,初始位置的误差会影响其后转子位置的计算,因此导致永磁同步电机解耦变换错误,导致没办法对电机进行正确控制。针对传统的磁定位法,可能由于电机静止时转子位置位于定位盲区,普通的直流转矩不能使转子旋转到预定位置,使用改进的磁定位法,通过二次直流转矩定位,精确定位转子初始位置。针对传统的M/T算法存在检测时间、误差大的问题,使用改进的M/T算法,缩短了计算时间和提高了计算精度。 1 改进磁定位法原理 磁定位法原理是通过给逆变器发出直流触发脉冲信号,例如图1脉冲信号为(100)输出给电机定子绕组静止的电流矢量。 其产生的

  前言 做永磁同步电机控制绕不开FOC,本章节主要介绍FOC控制的基础原理、坐标变换以及永磁同步电机在同步旋转坐标系下的数学模型,并通过Matlab/Simulink进行永磁同步电机FOC控制算法的仿真分析。 一、FOC的基础原理 磁场定向控制(Field-Oriented Control,FOC)系统的基本思想是:通过坐标变换,在按转子磁场定向同步旋转坐标系中,得到等效的直流电动机模型,仿照直流电动机的操控方法控制电磁转矩与磁链,然后将转子磁链定向坐标系中的控制量反变换得到三相坐标系的对应量,以实施控制,具体流程如下图所示: FOC最重要的原则是:按转子磁场定向,即保持转子磁链旋转矢量始终与dq坐标系下的d轴重合,q轴正交

  FOC控制的基础原理及Matlab/Simulink仿真分析 /

  1 引言 变频空调以其节能、室内温度更稳定、噪音低、舒适度更高的特点得到快速的发展,成为今后空调发展的新趋势已成业界共识。 变频空调一般是指空调压缩机及其风扇的变频控制,多采用永磁同步电机矢量控制的方案。目前空调风机大多还是采用单相交流电机的定频风机,这种单相交流风机接入单相交流电源就可工作,具有结构相对比较简单、可靠的优点,但是也有不能进行无极调速和风机效率比较低等缺点。为了进一步提升变频空调性能,当前已有空调厂家开始对空调风机也进行变频控制,真正的完成空调的全变频控制。 永磁同步电机(PMSM),功率密度高体积小,结构相对比较简单,采用矢量控制(FOC),具有动态响应快,效率高、噪音低及安全可靠的特点,很适合应用在空调风机中,实现空调风机的变频控制,

  在高性能的交流电机变频调速系统中,不管是采用矢量控制还是直接转矩控制,转速的观测和闭环控制环节是必不可少的。通常,采用光电码盘等速度传感器进行转速检测,并反馈转速信号。但是,速度传感器的安装给系统带来一些缺陷: 1)增加系统的成本,码盘精度越高,价格越贵; 2)码盘在电机轴上的安装存在同心度问题,安装不当将影响测速精度; 3)增加了电机轴向设备,给电机的维护带来一定困难; 4)在恶劣的环境下无法工作,且码盘工作精度易受环境条件的影响。 因此,慢慢的变多的学者将目光投向了无速度传感器控制管理系统的研究。现今已经有许多办法能够对电机转速进行估计,主要有:基于电动机数学模型计算出转速;利用感应电动势和磁链计算速度;运用模型参考自

  0 引 言 TMS320LF2407是TI公司开发的、适用于电机控制的数字信号处理器(DSP),在原有DSP内核的基础上添加了脉宽调制(PWM)、A/D、D/A模块,以此来实现对电机系统的全数字控制。它在电机控制管理系统中得到了广泛应用,并取得了显著效果。在开发一套以DSP为核心的永磁同步电机控制管理系统时,需要及时观察驱动系统中的各个变量,并且要对一些程序来控制,修改特定参数。DSP在实际运行中不能用外接的端口来控制,需要用DSP自带的串行通信模块来解决这一问题。通过一台上位计算机和以DSP为核心的电机控制管理系统构成整个监控系统,Pc机通过串口来改变DSP程序中转矩、磁链给定,以及调节PI参数等,电机控制管理系统完成对电机的控制,并采

  摘要:根据永磁同步电机的数学模型和矢量控制原理,通过仿真和实验研究,开发出一套基于DSP控制的伺服系统,并给出了相应的实验结果验证该系统的可行性。 关键词:永磁同步电机;矢量控制;数字信号处理器 引言 目前,交流伺服系统大范围的应用于数字控制机床,机器人等领域,在这些要求高精度,高动态性能以及小体积的场合,应用交流永磁同步电机(PMSM)的伺服系统有着非常明显优势。PMSM本身不需要励磁电流,在逆变器供电的情况下,不需要阻尼绕组,效率和功率因数都比较高,而且体积较同容量的异步电机小。近几年来,随微电子和电力电子技术的快速的提升,慢慢的变多的交流伺服系统采用了数字信号处理器(DSP)和智能功率模块(IPM),以此来实现了从模拟控制到数字控制

  的传感磁场定向控制

  DTC 技术

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