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转速、扭矩…哪些因素才最影响电机功率?

 电机CAD 2017-11-05

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影响电机输出功率的两个因素,一个是转速,一个是扭矩

两者的乘积高了,功率就大了。


众所周知,在电机功率方面特斯拉算是个中翘楚。
特斯拉的电机功率大,原因也是一样的。
它有超过10000转的最高转速和600NM的扭矩,当然他的恒扭矩区在0~5500rpm,以上是恒功率区,转速提高扭矩同比例下降。


▲特斯拉电机


所以,问题的核心是如何在那么小的体积下实现10000转的高转速和怎么提供600NM的大扭矩。


机械上实现10000转是容易的,只需要做好动平衡,用高转速的轴承就可以。


真正困难的是电路方面——需要转子通过高频高压的大电流(通常在500Hz、350V,1000A左右)。


由此带来的问题是:耐压相对好解决(其实也有点难的),大电流需要很粗的导电截面,高频率会有很强的趋肤效应这是矛盾。


那特斯拉是怎么解决的呢?多股线,尽可能短的线圈端部,还有是高温高频的承受力,相应的线圈、定子的散热,妙招是一体化的变频器和异步电机。


▲特斯拉异步电机


变频器一体化后,EMC的问题容易解决了。


异步电机是容易做到平稳驱动,可以高效的驱动到很高速,这是相对永磁同步电机的明显优势。


因为电机有一个额定工作转速,高于此转速需要超电压或者是弱磁驱动,异步电机弱磁很容易,只要减小相应的励磁电流就可以了。永磁同步也可以弱磁,需要增加一个相应的去励磁的电流。总的电流的承受能力有限,所以异步的优势就明显。


扭矩方面,主要通过增加磁场,提高磁场的有效利用率来实现。


具体做法:定子、转子的深槽型,增加导磁截面,还有转子磁场的一致性,减小端部的损失。


至于铜转子方面,更多的还是通过增加导磁截面来提高转矩。通过降低转子导体电阻,最大扭矩不会增加。


▲扭矩示意图


此外,一体控制器和电机设计也很重要。电机可以以最大扭矩运行,而通常的异步电机的额定扭矩只有最大扭矩的50%不到。


综上所述,通过解决转速和扭矩这两个大难题,电机整体的输出功率就会有显著提高。


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