一、直流串激電機的定義

直流串激電機是一種特殊的直流電動機，其獨特之處在于其電樞和勵磁線圈是串聯連接的。直流串激電機，又稱勵磁電源在電樞和電樞端子上串聯的直流電動機。這種電機的特點在于其電樞和勵磁線圈串聯連接，因此電樞中所產生的電動勢不僅要克服外電路負載電動勢，還需克服自身電樞中的反電動勢。這種連接方式使得直流串激電機在特定應用場景下具有獨特的優勢。

直流串激電機的主要組成部分包括定子、轉子、電樞繞組和勵磁繞組。其中，定子和轉子的結構與其他直流電機相似，而電樞繞組是繞制在電樞上的導體，勵磁繞組則包繞在電樞上方或下方的鐵心上。這種結構使得電機在運行時能夠產生強大的磁場和轉矩。

直流串激電機的工作原理主要基于電流通過定子線圈產生的磁場與轉子磁場之間的相互作用。具體來說，當外部直流電源將電流引入定子線圈時，線圈內會產生一個磁場（定子磁場）。同時，轉子由一組永磁體或永磁鋼組成，產生恒定的磁場（轉子磁場）。當定子磁場與轉子磁場之間存在相對運動時，即電機轉子開始旋轉時，兩個磁場之間的相互作用會產生轉矩，從而驅動電機旋轉。

由于電樞和勵磁線圈串聯連接，直流串激電機在低速時表現出良好的性能，因為此時電樞中的反電動勢較小，能夠產生較大的轉矩。然而，當電機轉速增加時，電樞中的反電動勢也會增加，導致電流減小，轉矩降低，從而影響電機的穩定性。

直流串激電機在多個領域有著廣泛的應用。例如，在交通運輸領域，直流串激電機廣泛應用于電動車、電動自行車等交通工具中，其高效、節能、穩定的特性深受用戶喜愛。此外，直流串激電機還常用于電動工具、醫療設備、印刷設備等領域，其優異的調速性能和穩定性使得這些設備能夠更好地滿足各種工作需求。

二、直流串激電機的構造

在結構方面，該電機幾乎在所有方面都與任何其他類型的直流電機相似。它由所有基本部件組成，例如容納勵磁繞組的定子或承載電樞導體的轉子，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，就像通用直流電機一樣。

然而，如果我們仔細觀察該直流電機的勵磁線圈和電樞線圈的接線，就會發現它與該類型的其他成員有明顯的區別。
為了理解這一點，讓我們回到上面提到的基本事實，即該電機具有與電樞繞組串聯的勵磁線圈。由于這個原因，相對較高的電流流過勵磁線圈，并且其設計如下所述。

直流串激電機的勵磁線圈繞制的匝數相對較少，因為通過勵磁的電流是其電樞電流，因此對于所需的 mmf 來說，需要較少的匝數。

電線較重，因為直徑顯著增加，以便為滿電樞電流的流動提供最小的電阻。

盡管存在上述差異，但由于線圈匝數較少，該直流電機的運行仍然不受影響，因為通過磁場的電流相當高，足以產生足夠強的磁場來產生所需的扭矩量。為了更好地理解這一點，讓我們看看直流串聯電機的電壓和電流方程。

三、直流串激電機電路圖

在該電機中，磁場以及定子繞組彼此串聯耦合。因此，電樞電流和勵磁電流是等效的。

巨大的電流直接從電源流向勵磁繞組。巨大的電流可以由勵磁繞組承載，因為這些繞組匝數少而且很粗。通常，銅排形成定子繞組。這些厚銅條可以非常有效地散發大電流產生的熱量。注意，定子勵磁繞組S1-S2與旋轉電樞A1-A2串聯。

在串聯電動機中，電力在串聯勵磁繞組的一端和電樞的一端之間供應。當施加電壓時，電流從電源端子流過串聯繞組和電樞繞組。電樞和勵磁繞組中存在的大導體提供了對該電流流動的唯一阻力。由于這些導體很大，因此它們的電阻非常低。這導致電機從電源汲取大量電流。當大電流開始流過磁場和電樞繞組時，線圈達到飽和，從而產生可能最強的磁場。

這些磁場的強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，電樞開始旋轉。

直流串激電機的調速方法是一個涉及電機性能優化和控制系統設計的關鍵領域。下面將詳細介紹直流串激電機的幾種主要調速方法。

四、直流串激電機的調速方法

1、電阻調速

電阻調速是直流串激電機調速的一種常見方法，其原理是通過改變電樞電阻來改變電機的轉速。具體實現方式是在電機電路中加入一個可變電阻，通過調整電阻值來改變電機的電樞電阻，進而改變電機的轉速。

電阻調速的優點在于其結構簡單、易于實現。然而，這種調速方法也存在一些缺點。首先，由于電阻的加入，電機在運行時會產生額外的熱量，導致能量損耗增加，效率低下。其次，電阻調速的調速范圍有限，且調速過程中電機的轉速變化不夠平滑，容易產生抖動。

在實際應用中，電阻調速常用于對轉速要求不高、負載變化較小的場合。通過合理設計電阻值和調整策略，可以在一定程度上實現電機的平穩調速。

2、電壓調速

電壓調速是直流串激電機調速的另一種常用方法，其原理是通過改變電機的電源電壓來改變電機的轉速。具體實現方式是在電機電路中加入一個可變電壓源，通過調整電壓源的輸出電壓來改變電機的電源電壓，進而改變電機的轉速。

電壓調速的優點在于其調速范圍廣、效率高。由于電壓調速直接控制電機的電源電壓，因此可以實現較為平滑的調速效果，且電機在運行時能量損耗較小。然而，電壓調速也存在一些缺點，如對電源質量要求較高，成本較高等。

在實際應用中，電壓調速常用于對轉速要求較高、負載變化較大的場合。通過采用高性能的電壓源和精確的控制系統，可以實現電機的精確調速和高效運行。

3、PWM調速

PWM（脈寬調制）調速是一種新型的直流串激電機調速方法，其原理是通過改變電機的占空比來改變電機的轉速。具體實現方式是在電機電路中加入一個PWM模塊，通過調整PWM模塊的占空比來改變電機的電樞電壓平均值，進而改變電機的轉速。

PWM調速的優點在于其調速精度高、效率高、噪音小。由于PWM調速是通過控制占空比來改變電機的電樞電壓平均值，因此可以實現非常精確的調速效果，且電機在運行時噪音較小。此外，PWM調速還具有響應速度快、動態性能好等優點。

然而，PWM調速也存在一些缺點，如成本較高，對電源質量要求較高等。在實際應用中，PWM調速常用于對轉速要求高、負載變化大、噪音要求高的場合。通過采用高性能的PWM模塊和精確的控制系統，可以實現電機的精確調速和高效運行。

4、串并聯電機法

串并聯電機法是一種通過改變電機的連接方式來實現調速的方法。在低速運行時，將兩臺串勵電動機串聯，這樣每臺電動機所受電壓為電源電壓的一半；在高速時，將串勵電動機并聯，則每臺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整方法。

串并聯電機法的優點在于簡單易行，不損耗電能。然而，其調速性能較差，不夠連續，且需要額外的電機和控制設備來實現。在實際應用中，串并聯電機法常用于對調速要求不高的場合。

綜上所述，直流串激電機的調速方法包括電阻調速、電壓調速、PWM調速和串并聯電機法等。每種方法都有其獨特的優點和缺點，適用于不同的應用場合。在實際應用中，需要根據電機的實際需求和控制系統的性能要求來選擇合適的調速方法。同時，還需要注意調速方法的實施細節和注意事項，以確保電機的平穩運行和高效性能。