關於異步電機與永磁電機在公交大巴上的電耗對比分析
隨著我國電動汽車的飛速發展，大家越來越關注電動車的能源消耗問題，對於大量應用於公交線路的電動大巴尤其重要，目前應用的驅動系統有異步與永磁兩種，一般認為永磁電機比異步電機效率高，更加節能省電，儘管永磁電機存在著退磁、價格高、不易維護、反電勢高、如失控會損壞控制器、電池，甚至會有燒車的風險，但基於降低能耗、減小體積及重量上考慮，國內主流廠家仍在大力推廣永磁電機，近日大連創為電機有限公司對異步電機系統進行了深入的研究分析，通過調整創新控制策略，並經過大量試驗驗證，使得異步系統在整個公交工況一直保持高效，耗電量完全可與永磁系統相媲美。下面我們來看一下我司異步系統與永磁系統對比的實測數據：
永磁電機12m大巴，運行在上海，單程16.5km；異步電機12m大巴，運行在義烏，單程13.5km，來回均約2小時，均為不開空調狀態。
上海永磁12m大巴耗電統計
義烏異步12m大巴耗電統計（優化後）：
繼義烏之後，我們於3月28-29日又對溫州異步12m大巴進行初步優化處理：
耗電統計
從實測數據可以看出，在公交工況，永磁12m大巴平均電耗1.1kwh，而異步12m大巴的電耗卻優化後只有0.83-0.85kwh，當然，司機的駕駛習慣也會影響車輛耗電量，數據會略有偏差，但數據趨勢是明顯的，不會影響結論。
為什麼異步系統比永磁系統還省電呢？一般人可能不太相信，我們分析比較一下，大家就會理解：
永磁電機利用永磁材料提供勵磁，在中低速功率因數較高，效率也高，但在高速時，由於需要定子吸收較大的無功電流來削弱電機磁場，功率因數較低，效率也降低（公交車既有低速加速也有剎車，還有中高速滑行，情況很複雜）
異步機利用定子吸收無功電流建立磁場，在額定功率時，與永磁電機相比效率低約1%-2%，而在高速時，功率因數及效率會好於永磁電機。常規的異步機控制方法是：額定轉速以下勵磁電流恆定；額定轉速以上勵磁電流根據轉速上升而下降。
我們大連創為電機首創了一種異步電機新的控制方法：是一種變勵磁電流控制方法，始終保持異步機的高功率因數，根據負載的大小，給定最小的勵磁電流，以12m大巴為例：在高速滑行時，原來的控制方法：勵磁電流約50A(1500轉)，消耗功率約4.3kW；現在的控制方法：勵磁電流約17A（1500轉），消耗功率約為0.5kW，損耗減少了約4kW（勵磁電流的減少，不光是減少了電損耗，更多的是減少了磁損耗，效果十分顯著）。在輕載時，我們也減小勵磁電流，從而提高了功率因數和效率，與永磁電機相比，效率也有所增加，為此我們進行了台架對比，如下表所示
（台架試驗數據）
從試驗數據可以看出：除了在額定功率、額定點永磁電機效率略高於異步電機外，在其餘各點（加速、高速、輕載）均低於異步電機，特別是在無功率輸出的滑行階段，永磁電機電損耗和磁損耗都比較大，而異步電機可以通過減少勵磁電流，大大降低損耗，因此在整個車輛運行過程中，異步牽引系統的效率優於永磁牽引系統，這是我們通過優化異步電機的磁場控制方式得來的，優化控制系統重點是提高了輕載的效率，大大降低滑行時的損耗。而永磁電機由於其固有的特點，無法優化勵磁電流，另外，因為永磁電機要控制高速時的反電勢而必須降低額定電壓，因此提高了額定電流和起動電流,如同樣功率100kW永磁電機額定電壓250-300V之間，額定電流220A，起動電流450A（2250Nm），異步機額定電壓380V，電流188A，起動電流375A（2250Nm），因此相應的永磁電機變頻器功率單元較大，功率損耗也較異步變頻器高。
另外在3月5日我們的10.5米車在鹽城做性能試驗，要求137度電，跑250公里，未優化的電機在230公里將137度電耗完，我們將優化的程序刷新之後，成功跑完260公里，也就是說，就這輛車而言，優化之後，多跑了30公里，節電效果很明顯。
永磁同步電機的優點是體積較小，重量較輕。但對電動大巴而言也存在致命的缺點：
1.永磁牽引電機在故障狀態，需要拖車，定子斷電，對於異步機，磁場為零，可自由轉動。但對於永磁電機來說，電機轉子上的永磁鐵仍然會產生旋轉磁場，這個磁場在定子三相繞組中的感應電勢稱為反電勢，反電勢與電動機轉速成正比，如果反電勢較大，且逆變器直流側電容、電池不能完全吸收再生能量會導致直流側過電壓、過電流，電壓值大於IGBT或電容的耐壓值，那麼逆變器有可能被燒毀，甚至引起電池著火。拖車時需要將電機與控制器徹底斷開，或者將傳動軸與電機軸斷開，如果忘記或不知道，就會產生嚴重安全事故，車輛高速變頻器失控時也會如此，國內已出現過多起因永磁電機反電勢過高引起車輛著火的事故。
2.永磁電機高速時需要弱磁調速：需要反向弱磁電流，使其整體效率降低。
3.由於磁力作用，永磁電機發生故障時在使用現場是拆不開的，必須返廠處理，並且拆裝過程，容易傷人，必須讓有經驗的人處理，這給用戶帶來極大不便。現在永磁電機都處於前期運行狀態，維修量小，並且有生產廠家保修，用戶使用維護問題還體現不出來，到後期維修難題就會反應出來：換一個軸承、旋轉變壓器都非常困難更別說中修、大修了。
4.如果設計或使用不當，永磁電機在過高溫度時，在衝擊電流產生的電樞反應作用下，或在劇烈的機械震動時有可能產生不可逆退磁，電機失效。
5.永磁電機耐溫低，在高溫下易失磁，電機一般需要水冷，需要水泵及散熱器，總體重量跟異步電機相差無幾，且水泵又是一個故障點。一旦水泵損壞或散熱風扇的故障都可能造成電機高溫失磁。
6.永磁材料是不可再生的稀缺資源，關係到國家物資儲備及戰略政策，不可能長期大量開採。將來價格產量如何，不可預知，這也是我們在大量使用時必須考慮的一個問題。
異步電機雖然與永磁電機相比，重量略重、體積略大、但相對於大巴自重及車橋空間，對整車影響不大。永磁電機可適合於轎車、小車等空間有限的場合。
經過優化控制的異步電機與永磁電機相比，電耗更小，且結構簡單，工作可靠（不怕振動、耐高溫），原材料供應充足，運行安全可靠、堅固耐用。國際主流電動車製造商特斯拉，在轎車上都堅持異步路線，且其電耗遠低於國內同類產品；西門子電動大巴也是主推異步系統。目前高鐵、動車、地鐵、電力機車都在使用異步電機。
總之，我們不能因為永磁電機額定點效率高於異步電機就認為整個運行工況優於異步電機，實測證明優化控制的異步12m大巴比永磁的12m大巴還節能，因此建議：我國電動客車的發展，不要盲目跟風永磁化，不要犯方向性錯誤，公交公司在招標中也不應指定用永磁或異步，應從能耗、安全、可靠、可維護及性價比上考慮。另外，在混合動力大巴上，電動機滑行時間更長，異步系統節能效果更顯著。隨著國家補貼政策的逐步退坡，異步系統無可比擬的性價比優勢就會更加明顯，我們預計，將來電動公交大巴一定會回歸到異步系統，讓我們拭目以待。
下面我們做一總結對比：
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