串励电动机

结构原理

    单相串励电动机属于单相交流异步电动机，是交直流两用的，所以又称为交直流两用串励电动机。由于它转速高、体积小、启动转矩大、转速可调，既可在直流电源上使用，又可在单相交流电源上使用，因而在电动工具中得到广泛的应用。

    电机主要由定子转子及支架三部分组，定子由凸极铁心和励磁绕组组成，转子由隐极铁心、电枢绕组、换向器及转轴等组成。励磁绕组与电枢绕组之间通过电刷和换向器形成串联回路。

工作原理

    单相串励电动机的工作原理，是建立在直流串励电动机的基础上的。原理如图所示，励磁绕组和电枢绕组串联，直流电源上，根据主磁通Φ和电枢电流Ia的方向，按照左手定则，可以决定转子旋转的方向，在a中是按逆时针方向旋转；如果把电源的极性反过来，如图b所示由于是串励电动机，主磁通Φ和电枢电流Ia也都同时改变了方向，按照左手定则，转子转向不变，仍为按逆时针方向旋转。因此，串励电动机加上单相交流电压后，如图c所示，虽然电源极性在周期性变化，但转子始终维持一恒定的转向，所以，串励电动机可以应用在交、直流两种电源上。

运行机制

    单相串励电动机是一种带有电刷和换向器的交流电动机，有的串励电动机既可由交流亦可由直流供电，称为交直流两用电动机。因其励磁绕组和电枢绕组串联而得名。单相串励电机的结构同直流串励电机十

    分相似，主要的区别在于单相串励电机的定子铁心必须由硅钢片叠压而成，而直流的磁极既可以由叠压而成，又可以做成整体结构。单相交流串励电机产生旋转力矩的原理和直流串励电机相似，可以用直流电机的运行原理来解释。

    单相串励电机的定子绕组与电枢绕组是串联的，串励电机转向取决于电磁转矩方向和电流方向，因此工作在交流电源情况下，电源交变时，定子磁场的极性和转子电流或其产生的磁场同时变换方向，根据左手定则，电磁力的方向不会改变，所以串励电机能够始终维持一个恒定的转向。

    如图 2-1 所示，当正向通电时，电磁转矩方向为逆时针方向；如果电源的正负极性调换，则激磁磁通和电枢电流方向同时改变，电磁转矩方向仍为逆时针方向，所以电机转向不变，亦即单相交流串励电动机的电磁转矩和旋转方向不随电源极性的改变而变化。

机械特性

    单相串励电机的转矩的瞬时表达式为：

    式中 ：

    T——转矩瞬时值；

    CT——转矩常数；

    每极磁通峰值；

     电流峰值；

     磁通滞后电流的角度

    由此得出单相交流串励电机的机械特性：单相串励电机的转矩是随时间变化的，即每一瞬间的转矩大小是不同的，这和直流的电动机转矩的平稳性存在明显的差别，输出转矩实际上是平均值。

    电动机在磁路未饱和时，因磁通大小和励磁电流大小成正比，故转矩和电流的二次方成正比；当电动机的磁路饱和时，电流的变化对磁通的影响很小，故转矩近似按照电流的变化而变化。启动转矩大，不容易堵转，这是这类电动机的可贵优点，适用于启动比较困难的场合。

    在串励电机工作中，电机的定子和转子的漏磁通较小，在不考虑漏磁通等情况下，根据直流电机的工作特性，得到单相串励电机的转速方程：

    式中：

     电动势常数；

     每极磁通；

    对电刷的接触压降

    在外施电压恒定，磁路不饱和的情况下，负载增大，电枢电流相应的增大，因而磁通  和电阻压降  也增加，从转速的表达式可知，转速迅速下降；相反在空载的情况下，电流和磁通都很小，空载时转速很高，很容易损害电动机，从安全和电机的保护考虑，应该尽量的避免电机空载运行。但是对于电动工具用串励电机，因一般带着工作头，其空载转速不会太高，而且设计时常用空载转速限制在额定转速的 1.7 倍左右，对于功率很小的串励电机，因为自身转矩很大，空载转速也不会极高。负载增大，转速下降，使输出功率变化不大，不易因负载增大而使电机过载，这一特点使这类电机广泛用于负载转矩大幅度变化的场合，调速范围较宽。

    由图 2-2 得出负载变化时转速变化情况，当负载增大时，电枢绕组中的电

    流相应的增大，由于定子励磁绕组是与电枢绕组是串联的，定子激磁绕组中的电流就是电枢绕组中的电流，因此也增大了，从而使磁通增大，因磁通与转速成反比，所以转速下降。电流的增大使各部分的电阻压降增大，从而使电动势下降，又造成了转速的下降。所以同直流电机的机械特性相比，单相串励电机的机械特性更软，这造成了其速度控制的难度。

调速原理

    单相串励电机的调速，大多数采用调节电压的方法，就是改变电动势。根据其机械特性，影响电机转速的有电动势，磁通和电枢导体数。对于已经制成的电机，导体数已定，不能改变，所以不能采用这个方法，如果采用改变磁通的方法，就是要在激磁线圈处并联可调电阻，但此电阻消耗功率多，而且体积大，因此不是简单经济的方法。采用调节电压方法，采用可控硅调速技术，具有线路简单，元件体积小等特点，是一种简单有效的方法。

    单相串励电机的电压调速方法采用的可控移相调压，利用可控硅的触发电压滞后于输入电压实现对输入电压的移相触发。在实现方法上有硬件和软件方式。在硬件设计上要得到可靠的电机速度控制，采用的专用集成电路作为控制线路，在电机转轴上装置速度传感器，以反馈转速信号，从而使电机调定的转速保持稳定，而不随负载而变化，但这些高性能的调速装置，由于线路复杂，成本高和体积大等原因，在实际的家电的速度控制中，没有竞争力。而采用软件方法，硬件上只需增加微处理，将控制算法程序写入微处理器，利用微处理器来触发可控硅的延时导通从而实现对串励电机的速度控制。这种方法的电路比较简单，应用单片机就可以完成，节省了成本。所以在实际的应用中，多采用这种方法。

    根据可控移相整流的方法，有全波整流和半波整流两种，同样的串励电机的调速方法也有全波和半波之分。采用半波整流的方式，在交流电源正弦信号的正半周期内，由可控硅的特性中，当延迟时间给其一适当正脉冲信号，可控硅导通，串励电机从而获得电源激励而工作。不同的延迟时间对应的不同的电压激励，电机就会输出不同的速度，从而实现速度控制。全波方式的原理和半波是一样的，采用双向可控硅，在交流正弦信号的负半周期内，通过给出可控硅的控制脉冲，实现对系统输入电源电压的控制。这样的话，在一个电源周期内，对电机的速度信号进行两次调节，能够提高系统的反应速度，及时对电机速度的调节使电机的运行更加平稳，调速范围更广。

应用领域

    串励电机因转速可调范围广，启动力矩大的特点被广泛的应用于电动工具，厨房用品，地板护理产品领域。