一、直流串激電機(jī)的定義

直流串激電機(jī)是一種特殊的直流電動(dòng)機(jī)，其獨(dú)特之處在于其電樞和勵(lì)磁線圈是串聯(lián)連接的。直流串激電機(jī)，又稱勵(lì)磁電源在電樞和電樞端子上串聯(lián)的直流電動(dòng)機(jī)。這種電機(jī)的特點(diǎn)在于其電樞和勵(lì)磁線圈串聯(lián)連接，因此電樞中所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)不僅要克服外電路負(fù)載電動(dòng)勢(shì)，還需克服自身電樞中的反電動(dòng)勢(shì)。這種連接方式使得直流串激電機(jī)在特定應(yīng)用場(chǎng)景下具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

直流串激電機(jī)的主要組成部分包括定子、轉(zhuǎn)子、電樞繞組和勵(lì)磁繞組。其中，定子和轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)與其他直流電機(jī)相似，而電樞繞組是繞制在電樞上的導(dǎo)體，勵(lì)磁繞組則包繞在電樞上方或下方的鐵心上。這種結(jié)構(gòu)使得電機(jī)在運(yùn)行時(shí)能夠產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)矩。

直流串激電機(jī)的工作原理主要基于電流通過(guò)定子線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間的相互作用。具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)外部直流電源將電流引入定子線圈時(shí)，線圈內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)磁場(chǎng)（定子磁場(chǎng)）。同時(shí)，轉(zhuǎn)子由一組永磁體或永磁鋼組成，產(chǎn)生恒定的磁場(chǎng)（轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)）。當(dāng)定子磁場(chǎng)與轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，即電機(jī)轉(zhuǎn)子開始旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩個(gè)磁場(chǎng)之間的相互作用會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

由于電樞和勵(lì)磁線圈串聯(lián)連接，直流串激電機(jī)在低速時(shí)表現(xiàn)出良好的性能，因?yàn)榇藭r(shí)電樞中的反電動(dòng)勢(shì)較小，能夠產(chǎn)生較大的轉(zhuǎn)矩。然而，當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)速增加時(shí)，電樞中的反電動(dòng)勢(shì)也會(huì)增加，導(dǎo)致電流減小，轉(zhuǎn)矩降低，從而影響電機(jī)的穩(wěn)定性。

直流串激電機(jī)在多個(gè)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在交通運(yùn)輸領(lǐng)域，直流串激電機(jī)廣泛應(yīng)用于電動(dòng)車、電動(dòng)自行車等交通工具中，其高效、節(jié)能、穩(wěn)定的特性深受用戶喜愛(ài)。此外，直流串激電機(jī)還常用于電動(dòng)工具、醫(yī)療設(shè)備、印刷設(shè)備等領(lǐng)域，其優(yōu)異的調(diào)速性能和穩(wěn)定性使得這些設(shè)備能夠更好地滿足各種工作需求。

二、直流串激電機(jī)的構(gòu)造

在結(jié)構(gòu)方面，該電機(jī)幾乎在所有方面都與任何其他類型的直流電機(jī)相似。它由所有基本部件組成，例如容納勵(lì)磁繞組的定子或承載電樞導(dǎo)體的轉(zhuǎn)子，以及其他重要部件（例如換向器或電刷段），所有這些部件都按照正確的順序連接，就像通用直流電機(jī)一樣。

然而，如果我們仔細(xì)觀察該直流電機(jī)的勵(lì)磁線圈和電樞線圈的接線，就會(huì)發(fā)現(xiàn)它與該類型的其他成員有明顯的區(qū)別。
為了理解這一點(diǎn)，讓我們回到上面提到的基本事實(shí)，即該電機(jī)具有與電樞繞組串聯(lián)的勵(lì)磁線圈。由于這個(gè)原因，相對(duì)較高的電流流過(guò)勵(lì)磁線圈，并且其設(shè)計(jì)如下所述。

直流串激電機(jī)的勵(lì)磁線圈繞制的匝數(shù)相對(duì)較少，因?yàn)橥ㄟ^(guò)勵(lì)磁的電流是其電樞電流，因此對(duì)于所需的 mmf 來(lái)說(shuō)，需要較少的匝數(shù)。

電線較重，因?yàn)橹睆斤@著增加，以便為滿電樞電流的流動(dòng)提供最小的電阻。

盡管存在上述差異，但由于線圈匝數(shù)較少，該直流電機(jī)的運(yùn)行仍然不受影響，因?yàn)橥ㄟ^(guò)磁場(chǎng)的電流相當(dāng)高，足以產(chǎn)生足夠強(qiáng)的磁場(chǎng)來(lái)產(chǎn)生所需的扭矩量。為了更好地理解這一點(diǎn)，讓我們看看直流串聯(lián)電機(jī)的電壓和電流方程。

三、直流串激電機(jī)電路圖

在該電機(jī)中，磁場(chǎng)以及定子繞組彼此串聯(lián)耦合。因此，電樞電流和勵(lì)磁電流是等效的。

巨大的電流直接從電源流向勵(lì)磁繞組。巨大的電流可以由勵(lì)磁繞組承載，因?yàn)檫@些繞組匝數(shù)少而且很粗。通常，銅排形成定子繞組。這些厚銅條可以非常有效地散發(fā)大電流產(chǎn)生的熱量。注意，定子勵(lì)磁繞組S1-S2與旋轉(zhuǎn)電樞A1-A2串聯(lián)。

在串聯(lián)電動(dòng)機(jī)中，電力在串聯(lián)勵(lì)磁繞組的一端和電樞的一端之間供應(yīng)。當(dāng)施加電壓時(shí)，電流從電源端子流過(guò)串聯(lián)繞組和電樞繞組。電樞和勵(lì)磁繞組中存在的大導(dǎo)體提供了對(duì)該電流流動(dòng)的唯一阻力。由于這些導(dǎo)體很大，因此它們的電阻非常低。這導(dǎo)致電機(jī)從電源汲取大量電流。當(dāng)大電流開始流過(guò)磁場(chǎng)和電樞繞組時(shí)，線圈達(dá)到飽和，從而產(chǎn)生可能最強(qiáng)的磁場(chǎng)。

這些磁場(chǎng)的強(qiáng)度為電樞軸提供了盡可能大的扭矩。大扭矩使電樞開始以最大功率旋轉(zhuǎn)，電樞開始旋轉(zhuǎn)。

直流串激電機(jī)的調(diào)速方法是一個(gè)涉及電機(jī)性能優(yōu)化和控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵領(lǐng)域。下面將詳細(xì)介紹直流串激電機(jī)的幾種主要調(diào)速方法。

四、直流串激電機(jī)的調(diào)速方法

1、電阻調(diào)速

電阻調(diào)速是直流串激電機(jī)調(diào)速的一種常見(jiàn)方法，其原理是通過(guò)改變電樞電阻來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體實(shí)現(xiàn)方式是在電機(jī)電路中加入一個(gè)可變電阻，通過(guò)調(diào)整電阻值來(lái)改變電機(jī)的電樞電阻，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

電阻調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。然而，這種調(diào)速方法也存在一些缺點(diǎn)。首先，由于電阻的加入，電機(jī)在運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生額外的熱量，導(dǎo)致能量損耗增加，效率低下。其次，電阻調(diào)速的調(diào)速范圍有限，且調(diào)速過(guò)程中電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化不夠平滑，容易產(chǎn)生抖動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，電阻調(diào)速常用于對(duì)轉(zhuǎn)速要求不高、負(fù)載變化較小的場(chǎng)合。通過(guò)合理設(shè)計(jì)電阻值和調(diào)整策略，可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)電機(jī)的平穩(wěn)調(diào)速。

2、電壓調(diào)速

電壓調(diào)速是直流串激電機(jī)調(diào)速的另一種常用方法，其原理是通過(guò)改變電機(jī)的電源電壓來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體實(shí)現(xiàn)方式是在電機(jī)電路中加入一個(gè)可變電壓源，通過(guò)調(diào)整電壓源的輸出電壓來(lái)改變電機(jī)的電源電壓，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

電壓調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于其調(diào)速范圍廣、效率高。由于電壓調(diào)速直接控制電機(jī)的電源電壓，因此可以實(shí)現(xiàn)較為平滑的調(diào)速效果，且電機(jī)在運(yùn)行時(shí)能量損耗較小。然而，電壓調(diào)速也存在一些缺點(diǎn)，如對(duì)電源質(zhì)量要求較高，成本較高等。

在實(shí)際應(yīng)用中，電壓調(diào)速常用于對(duì)轉(zhuǎn)速要求較高、負(fù)載變化較大的場(chǎng)合。通過(guò)采用高性能的電壓源和精確的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確調(diào)速和高效運(yùn)行。

3、PWM調(diào)速

PWM（脈寬調(diào)制）調(diào)速是一種新型的直流串激電機(jī)調(diào)速方法，其原理是通過(guò)改變電機(jī)的占空比來(lái)改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。具體實(shí)現(xiàn)方式是在電機(jī)電路中加入一個(gè)PWM模塊，通過(guò)調(diào)整PWM模塊的占空比來(lái)改變電機(jī)的電樞電壓平均值，進(jìn)而改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速。

PWM調(diào)速的優(yōu)點(diǎn)在于其調(diào)速精度高、效率高、噪音小。由于PWM調(diào)速是通過(guò)控制占空比來(lái)改變電機(jī)的電樞電壓平均值，因此可以實(shí)現(xiàn)非常精確的調(diào)速效果，且電機(jī)在運(yùn)行時(shí)噪音較小。此外，PWM調(diào)速還具有響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)性能好等優(yōu)點(diǎn)。

然而，PWM調(diào)速也存在一些缺點(diǎn)，如成本較高，對(duì)電源質(zhì)量要求較高等。在實(shí)際應(yīng)用中，PWM調(diào)速常用于對(duì)轉(zhuǎn)速要求高、負(fù)載變化大、噪音要求高的場(chǎng)合。通過(guò)采用高性能的PWM模塊和精確的控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)電機(jī)的精確調(diào)速和高效運(yùn)行。

4、串并聯(lián)電機(jī)法

串并聯(lián)電機(jī)法是一種通過(guò)改變電機(jī)的連接方式來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速的方法。在低速運(yùn)行時(shí)，將兩臺(tái)串勵(lì)電動(dòng)機(jī)串聯(lián)，這樣每臺(tái)電動(dòng)機(jī)所受電壓為電源電壓的一半；在高速時(shí)，將串勵(lì)電動(dòng)機(jī)并聯(lián)，則每臺(tái)所受的電壓為電源電壓。此外，也可以接入變阻器作為輔助調(diào)整方法。

串并聯(lián)電機(jī)法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單易行，不損耗電能。然而，其調(diào)速性能較差，不夠連續(xù)，且需要額外的電機(jī)和控制設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，串并聯(lián)電機(jī)法常用于對(duì)調(diào)速要求不高的場(chǎng)合。

綜上所述，直流串激電機(jī)的調(diào)速方法包括電阻調(diào)速、電壓調(diào)速、PWM調(diào)速和串并聯(lián)電機(jī)法等。每種方法都有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)合。在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)電機(jī)的實(shí)際需求和控制系統(tǒng)的性能要求來(lái)選擇合適的調(diào)速方法。同時(shí)，還需要注意調(diào)速方法的實(shí)施細(xì)節(jié)和注意事項(xiàng)，以確保電機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行和高效性能。