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想更好的了解空压机的节能,这些电机原理得懂

文章出处:人气:111发表时间:2019-12-19 9:35:08

  想更好的了解空压机的节能,这些电机原理得懂,电机分为同步电机跟异步电机,但是今天先别管同步异步,来回忆一下电机的原理。
  电机这个东西相信大家都不陌生,回忆一下高中物理上的直流有刷电机,原理千百年来都是一样的, 一个永磁体(磁铁)作为定子,一个线圈作为转子,通电后产生磁场,根据“同性相斥,异性相吸”的原理,他会绕着定子转动。
  螺杆空压机
  前面说了电刷会磨损甚至起火花,所以现在大多数汽车用的都是无刷电机,我们本次讨论的永磁同步电机和交流异步电机都是无刷电机,下面终于进入正题,给大家讲讲这两者的区别:
  同步和异步指的是什么?
  指的是转子转速和定子产生的磁场的速度是否一样。要完全理解这个问题,我们需要理解这两种电机的原理。
  我们先看永磁同步电机:
  需要注意的是,永磁同步电机和我们上面举例用的课本上的电机不一样,它的线圈是作为定子,永磁体是充当转子的,跟课本上的正好相反。
  先说这个永磁体,现在多数是用钕铁硼材料制作,这种材料被称为“永磁王”,是目前磁性高的永磁材料。而获得这种材料需要一种稀有物品——稀土。
  这里废话这么多的原因就是想告诉大家稀土很贵很稀有,所以导致永磁体很贵,永磁直流电机也很贵……
  好吧稍微有点跑题了,我们接着讨论永磁同步电机。因为没有电刷,所以换向必须采用“电子”的方式,下面是永磁同步电机的结构示意图:
  外圈灰色是固定在车身上的定子壳体,上面间隔绕制着红、绿、蓝三组六匝线圈,对角线为相同组。而中间白色轮转为转子,连接着输出轴到轮胎。
  假设我们先给绿色线圈通电,那么它将产生类似条形磁铁的磁场。而如果给三组线圈都通电,三组线圈的磁场就相当于三根条形磁铁成“米”字型放在定子内部,就会产生不断旋转的磁场,这时候转子就会受到定子产生的磁力而转动。
  螺杆空压机
  注意,上面这个图里的条形磁铁只是为了帮助大家理解通电线圈的磁场方向,并不是电机里放置了一个磁铁!
  在这种情况下,通电线圈发生变化后,转子能够马上受力,也就是转子转速和定子产生的磁场的速一样,所以叫同步电机。
  螺杆空压机
  另外这里的转子也不是单纯的一个磁铁,如果这样的话,会因为磁极方向单一导致受力不均匀,所以它一般是将更多个磁铁放在定子上组成定子磁组,这样就形成了一个SN极间隔的永磁转子。
  这样磁场中的转子由于任意方向都有磁铁受力,因此这就使得转子稳定的旋转起来。当然线圈的通断电是由转子位置传感器和开关控制的,它们三个的通断也不是简单的“你通我断”,而是一个比较复杂的通断规则,这里就不细讲了。
  螺杆空压机
  接下来我们讲交流异步电机:
  交流异步电机的定子由铁芯、绕组与机座组成,转子则是由铁芯和绕组组成,转子绕组有鼠笼式和线绕式,长这样:
  可以看到,交流异步电机没有永磁体,它的转子和定子都是靠通电才能产生磁场的。
  由于使用的是三相交流电,所以,线圈在定子内每120度为一个单元,共三个单元,相互对称排列。三个独立绕组组合在一起形成一个360度的圆柱形定子。
  因为交流电的频率和方向是不断变化的,所以假设我们给A绕组通入交流电,那么它会产生一个方向和大小都不断变化的磁场,对于另外两个绕组来说也是这样
  螺杆空压机
  这时候合成的磁场变成了这样:大小固定,方向变化规律。
  螺杆空压机
  你可以简单理解成这样~
  行了,有了这个磁场,转子终于能愉快的转动了~但是由于交流异步电机的转子是鼠笼式,它会在定子产生的磁场中做初中物理我们熟悉的“导体切割磁感线运动”,产生了感应电流。
  这个电流在旋转的磁场中又受到安培力的作用,使导体转动,这两个转动的叠加导致转子的转速和定子产生的磁场的速度不一样,也就是“异步”的意思:
  螺杆空压机
  同步/异步电机的优缺点?
  还是先聊同步电机,它的优点很明显,在同样的重量和体积下,永磁同步电机能输出更高的功率和扭矩。同理,在相同的功率和扭矩情况下,它的重量和体积小,为另一个极为重要的部件动力电池留出足够的空间和质量。此外,永磁同步电机还拥有噪音较小的特点。
  至于缺点,前面我说过,永磁体依赖稀土,如果想要大的功率,就要大块的永磁体,造价高;而且虽然叫“永磁”,但它在高温之类的恶劣环境下容易退磁。
  至于异步电机,成本十分低廉,工艺简单、运行可靠、维修方便等特点,能够在复杂的工作环境中工作,也对周围工作温度的大幅度变化有比较强的适应能力。
  但在同样的功率和扭矩下,异步电机所需要的体积和重量要远大于永磁同步电机。

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