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五月天,『汤叔解惑』永磁同步直流电机是怎样完成无刷驱动的?-雷火电竞平台官网

admin 欧冠最新报道 2019-05-19 141 0

2019-01-23 08:15 来自 :电动邦 作者 :汤启隆

信任许多新能源车的车主或许计划购买新能源车的用户都听说过永磁同步直流电机这个名词,因为它在市售的纯电动车中运用率十分高,特别是关于那些20万以下,续航路程400公里以下的纯电动车型,运用十分广泛。吉祥,比亚迪,上汽荣威都有许多选用永磁同步电机的车型。那么作为直流电机,它是怎样完成无刷驱动的?为什么叫同步电机?与异步电机有哪些差异?参加永磁体后功能会得到哪些提高?

■ 传统有刷直流电机是怎么驱动的?

其实在高中物理讲义里现已学过有刷直流电机的作业原理。咱们小时候玩的遥控模型车和组装四驱车用的都是有刷直流电机。我在上一篇专栏《沟通异步电机时怎么完成无刷驱动的?》中也具体介绍过这种电机的驱动原理,这儿就不打开讲了。不过,仍是要提几个关键。从有刷直流电机的原理中能够看到,这种电机有必要要有转向器才干完成驱动。因为电机的转子每转过180度,正负极就要对调一次。也便是说转子每转半圈需求让线圈里的电流方向回转。所以,真实流入线圈的并不是纯的直流电,而是每转过180度需求换向的方波电流(假如把电流值和时间轴画成波形为矩形方波)。由此可见直流电是不可能直接驱动电机作业的,有必要经过波形处理。

■ 永磁直流同步电机的结构

永磁直流同步电机与咱们在讲义上学的有刷电机结构不同,它是把线圈绕组作为定子,永磁体作为转子规划的。永磁体首要选用钕铁硼磁资料制成,因为含有稀土,所以本钱十分高。不过好在中国是国际稀土含量十分大的国家,所以大力发展电动车不会危及到国家安全。钕磁可能对许多玩音响的朋友并不生疏,假如扬声器选用的是钕磁资料,那么它的磁性会十分高,这就意味着很小的体积就能宣布很大的动静,并且需求高功率才干推进的低声会很震慑。所以,把钕磁用在电机傍边作为永磁体相同会极大的提高电机的功率密度,下降体积和分量。


▲永磁同步电机的结构和功能优缺陷

永磁直流同步电机的定子则是由三相绕组构成。所以,转子不通电,由定子来接通电流。要想让电机滚动有必要取得旋转磁场。因为转子现已是永磁体,它的磁级是固定的,所以旋转磁场只能由定子绕组发生。


▲运用三相绕组的永磁直流同步电机根本结构

假如运用三相电流驱动,那么需求在定子中有三套绕组,每套绕组安置在120度的电机壳体内壁上,三套绕组构成了完好的圆型定子。所以只要让这三套绕组替换通电,并且替换频率与转子旋转频率保持一致,就能取得旋转磁场。这个原理与讲义里学过的有刷直流电机原理相同,只不过讲义里学的是用最简略的两相电流来驱动电机,而车用直流电机选用的是三相电流来驱动电机。


▲三相永磁同步电机的绕组安置和方波联系

■ 怎样取得三相(方波)电流然后驱动转子旋转?

传统有刷电机选用的是转向器来取得两相矩形波电流,咱们知道转向器是经过与电刷的触摸来改动电流相位的。关于无刷的永磁同步电机,则需求一套半控桥电路来取得三相矩型波电流。这套体系是由三个功率晶体管(能够理解为电子开关)和一个转子方位(相位)传感器组成。每个功率晶体管衔接一套绕组,转子方位传感器用来检测转子转过的视点,转子每转过120度,前一个通电的绕组在功率晶体管的操控下断电,后一个绕组通电,这样替换往复循环。不过在实践规划中考虑到运动惯性,会把这个视点设定为130度,这类似于汽油发动机的配气叠加角相同,为了让转子愈加顺利的运转,绕组通电频率与转子旋转(相位)频率完全一致,在转子方位传感器的操控下,完成闭环操控。这便是为什么把这种电机叫做同步电机的原因。因为转子转速和相位与绕组旋转磁场在任何转速、任何情况下一直保持一致,所以叫做同步电机。


▲虚线框内为半控桥电路,由V1 V2 V3三个电子开关构成,用来取得三相方波电流

本质上讲,尽管给电机接入的是直流电,但是在半控桥电路和转子方位传感器的效果下,把只要正负南北极的直流电转化成了有三个正负级的三相直流电,并且由转子方位传感器操控三个绕组顺次通电,然后取得旋转磁场。这样经过操控接入的电压或电流的巨细就能够完成电机的调速。


▲方波电流与转子转角相位的同步联系

■ 永磁直流同步电机的功能优势

因为车用的电池包输出的是高电压的直流电,所以比较沟通异步电机,永磁直流同步电机不需求大功率的逆变器把直流电转化成正弦波的沟通电——究竟这个转化进程是会形成必定程度的电能丢失的。所以在这方面,永磁直流同步电机就提高了电池电量的运用功率。

转子选用永磁体结构,所以转子自身自带磁场,不需求像沟通异步电机那样靠额定的感应电流发生磁场,也便是说转子不需求用电来生磁,所以能耗要低于沟通异步电机。

选用了稀土作为高磁性资料后,转子分量得到减轻,电机的功率密度得到提高。所以相同功率情况下,永磁直流同步电机分量更轻体积更小,并且转子的响应速度更快。

■ 永磁直流同步电机的功能缺乏

因为永磁体的磁性有限,不能无止尽的添加磁场强度,所以最大功率要低于沟通异步电机。别的,稀土资料价格很高,永磁直流同步电机本钱并不廉价,假如想做到十分大的功率就要规划足够大的永磁体,那么本钱将会极大的上升。所以往往永磁同步直流电机功率都不会做得十分大,并且首要运用在考究电能运用功率的经济型电动车傍边。

永磁体还有一个功能缺陷便是高温简单退磁,所以不适合运用在作业温度高、作业环境恶劣的车型上。关于功能要求较高的高级车,往往选用沟通异步电机的较多。当然也有永磁同步电机和沟通异步电机混合运用的车型,我会在后续的专栏傍边与我们共享。


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