一、引言

直流并勵電機，作為一種重要的直流電動機類型，在工業生產和日常生活中都有著廣泛的應用。其獨特的結構和工作原理使得它在電機領域占有重要的地位。本文將對直流并勵電機進行詳細的解析，包括其定義、工作原理、結構以及特點等方面，以便讀者更好地理解和應用這一電機類型。

二、直流并勵電機的定義

直流并勵電機，也稱為并勵直流電動機，是一種特殊的直流電動機。在直流并勵電機中，勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，因此得名“并勵”。這種電機在結構上相對簡單，易于控制，且具有較高的可靠性。

三、直流并勵電機的工作原理

直流并勵電機的工作原理基于電磁感應定律和洛倫茲力定律。當直流電源為電機的電樞繞組和勵磁繞組供電時，電樞繞組中的電流會產生一個旋轉磁場，而勵磁繞組中的電流則會產生一個恒定的磁場。這兩個磁場相互作用，產生電磁轉矩，從而驅動電機轉子旋轉。

具體來說，直流并勵電機的工作原理可以分為以下幾個步驟：

電流輸入：直流電源為電樞繞組和勵磁繞組提供電流。在電樞繞組中，電流通過換向器（或稱為碳刷）的換向作用，產生旋轉磁場。而在勵磁繞組中，電流則產生一個恒定的磁場。

磁場作用：電樞繞組產生的旋轉磁場與勵磁繞組產生的恒定磁場相互作用，產生電磁轉矩。這個轉矩的大小與兩個磁場的大小、方向以及它們之間的夾角有關。

轉子旋轉：在電磁轉矩的作用下，電機轉子開始旋轉。轉子的旋轉速度（即電機的轉速）與電樞繞組中的電流大小、磁場強度以及電機的結構參數等因素有關。

反饋調節：在電機運行過程中，由于負載的變化或電源電壓的波動等因素，可能會導致電機的轉速發生變化。此時，電機內部的反電動勢（也稱為感應電動勢）會發生變化，進而改變電樞繞組中的電流大小。這種反饋調節機制使得電機能夠自動調整轉速以保持穩定運行。

四、直流并勵電機的結構

直流并勵電機（也稱為并聯繞線直流電機）是一種自勵直流電機，其中勵磁繞組并聯或并聯到電機的電樞繞組。由于它們并聯連接，因此電樞和勵磁繞組承受相同的電源電壓。

直流并勵電機的結構與其他類型的直流電機非常相似，如下圖所示。

只是其設計中有一個顯著特征，可以通過考慮電機產生的扭矩來解釋。為了產生高扭矩：

1、電樞繞組必須承受比勵磁繞組電流高得多的電流，因為扭矩與電樞電流成正比。

2、勵磁繞組必須纏繞很多匝以增加磁鏈，因為勵磁繞組和電樞繞組之間的磁鏈也與扭矩成正比。

牢記上述兩個標準，直流并聯電機的設計方式是，與勵磁繞組相比，勵磁繞組具有更高的匝數以增加凈磁鏈，并且導體直徑更小以增加電阻（減少電流）到直流電機的電樞繞組。這就是并聯直流電機在靜態條件下與自勵式電機類別的直流串聯電機（具有較厚的勵磁線圈）的明顯區別。

電樞繞組必須承受比勵磁繞組電流高得多的電流，因為扭矩與電樞電流成正比。

勵磁繞組必須纏繞很多匝以增加磁鏈，因為勵磁繞組和電樞繞組之間的磁鏈也與扭矩成正比。
牢記上述兩個標準，直流并聯電機的設計方式是，與勵磁繞組相比，勵磁繞組具有更高的匝數以增加凈磁鏈，并且導體直徑更小以增加電阻（減少電流）到直流電機的電樞繞組。這就是并聯直流電機在靜態條件下與自勵式電機類別的直流串聯電機（具有較厚的勵磁線圈）的明顯區別。

五、直流并勵電機的特點

直流并勵電機具有以下幾個顯著的特點：

結構簡單：直流并勵電機的結構相對簡單，主要由定子、轉子、電樞繞組、勵磁繞組等部分組成。這種簡單的結構使得電機易于制造和維護。

易于控制：由于直流并勵電機的勵磁繞組與電樞繞組并聯連接，因此可以通過調節勵磁電流的大小來改變電機的磁場強度。這種靈活性使得電機能夠方便地實現調速和轉矩控制。

可靠性高：直流并勵電機具有較高的可靠性，能夠在惡劣的環境下穩定運行。其簡單的結構和易于控制的特性使得電機在故障發生時易于診斷和修復。

調速范圍廣：直流并勵電機具有較寬的調速范圍，可以通過調節勵磁電流的大小來實現平滑的調速。這種特性使得電機能夠適應各種負載和工況的需求。

效率高：直流并勵電機的效率較高，能夠將電能有效地轉換為機械能。同時，由于電機內部的反饋調節機制，使得電機在運行時能夠保持較高的效率。

六、直流并勵電機電路圖

直流并勵電機電路圖如下所示，從電源提供給電機的電流和電壓可由 Itotal & E 給出。

直流并勵電機電路圖

對于直流并勵電機，該電流供應將分為兩種方式，如 Ia 和 Ish，其中“Ia”將通過“Ra”電阻電樞繞組供電。同樣，“Ish”將通過“Rsh”電阻勵磁繞組供電。

因此，我們可以將其寫為 Itotal = Ia + Ish

我們知道Ish = E/ Rsh

否則Ia = Itotal- Ish= E/Ra

一般情況下，當直流電動機處于運行狀態且供電電壓穩定時，并聯勵磁電流為

Ish = E/Rsh

但我們知道電樞電流與勵磁磁通成正比(Ish ∝ Φ)。因此，由于這個原因，Φ保持更穩定，否則不太穩定；并勵直流電機可稱為恒磁通電機。