不同工况下损耗也是不一样的。特定工况下发动机直接驱动效率更高,而发动机驱动发电机发电,然后用电驱动电动机运转,能量经过两次转换损耗必然要大一些。然而在特定工况下发动机驱动发电机发电效率反而更高一些,这不是矛盾吗?其实这就是工况不同造成的。
电动机运行时会有一定的能力损耗,输入的电功率永远大于输出的机械功率,输入输出并不能平衡。中间损失的能量就是损耗,损耗大小也就是电动机的效率。电动机的损耗主要来自铁芯、线圈的铜耗。
铁芯损耗就是磁场在电动机铁芯中交变所引起的涡流损耗和磁滞损耗,损耗大小与铁材料材料、频率及磁通密度有直接关系。
铜耗则是电流经过线圈时引起的损耗,与线圈匝数、阻值、负载电流大小有直接关系。当然电机还有其他损耗,例如摩擦、风阻、负载等损耗。这就是输入电功率永远小于输出机械功率的原因。发电机也是一个道理,输出的电功率(发电)永远小于发电机输入的机械功率,损耗是必然存在的。如果能实现零损耗那么永动机就可以实现了!
现在可以看出来,发动机驱动电机发电,发电后供应电动机使用,多了一次能量转换效率肯定不如发动机直接驱动高。但是有一些工况就例外,我们拿混动汽车做例子。油电混动汽车在中高速行驶时就采用发动机直接驱动车轮的方式,这样做发动机效率最高。但是有个工况限制~汽车在在中高速下长距离行驶,也就是巡航状态,汽车只需要15-20kw的功率就可以保持在巡航状态,也是为什么汽车跑高速省油的原因。
但是在中低速行驶时,发动机利用率大大降低。以燃油车为例,中低速行驶时变速箱处在低档位上,而发动机中处在高转速下。市区内中低速行驶时发动机只有一部分功率用来驱动汽车,大部分能量白白浪费掉。最明显的例子就是发动机转速在1800转的时候,市区内车速30-40km/h,如果在市郊上车速可以达到80km/以上。同样大小的喷油量,在市郊行驶的路程更远一些,也是汽车为什么市区内油耗高的原因。
因此在市区工况下,用发动机专门发电就要比发动机直驱车轮效率更高一些。发电机可以把发动机富余功率全部吸收,而电动机驱动汽车有一个特点,那就是能量按需分配。低速行驶时并不需要过高的功率,而电动机功率与输入电流有直接关系,电流大小也就是电耗大小。根据车速控制来电流大小,而不会出现内燃机那样无论负载需要多大功率都要始终保持运转。因此低速工况下用发动机发电损耗更小,假设电动机与发电机效率都是90%,高速工况下发动机功率会损耗20%。
特定条件下,无论效率高低都会采用发动机发电来驱动电动机的情况。例如火车,矿卡等。电控远远比机械更简单,动力布局也更灵活。