什么是串励

串励，全称为串励电动机，是一种特殊的直流电动机，其核心特征在于励磁绕组与电枢绕组串联连接。这种设计使得电机具有独特的软机械特性和极高的启动转矩，尤其适合需要频繁启动和重载启动的应用场景，例如手电钻、厨房电器和起重机等设备。理解串励的工作原理、性能优势及其与并励电机的区别，对于正确选型和维护至关重要。

       在电机的广阔家族中，串励电动机以其独特的“脾气”和卓越的启动能力，占据着不可替代的一席之地。您或许从未留意，但它可能正驱动着您手中的电钻，或是厨房里的搅拌机，默默提供着强大的动力。那么，究竟什么是串励？它为何拥有如此“大力气”？今天，就让我们一同深入探索串励电动机的内部世界，揭开其神秘面纱。

一、 串励的基本定义：绕组串联的独特设计

       串励，完整的名称为串励直流电动机。其最根本的特征，如名称所示，在于其内部电路的连接方式：为磁场提供磁动势的励磁绕组，与负责产生电磁转矩的电枢绕组，在电路上是串联关系。您可以将其想象成一条单行线，电流从电源正极流出，必须依次流过励磁绕组和电枢绕组，最后才返回电源负极。这种“一脉相承”的连接方式，是串励电机一切独特性能的根源，与励磁绕组和电枢绕组并联的“并励”电机形成了鲜明对比。

二、 核心结构剖析：认识关键部件

       要理解串励电机如何工作，首先需要认识它的核心部件。除了直流电机共有的定子（静止部分）、转子（旋转部分，即电枢）、电刷和换向器之外，串励电机的定子上的励磁绕组是其灵魂所在。这个绕组通常由较粗的导线绕制而成，匝数相对较少，因为需要承载与电枢相同的、数值较大的电流。电枢铁芯上嵌有电枢绕组，通过换向器和电刷与外部电路连接。这种结构决定了流过励磁绕组的电流，与电枢电流始终相等。

三、 工作原理揭秘：转矩与电流的平方成正比

       串励电机的工作原理是其魅力的核心。当电机接通电源，电流同时流经励磁绕组和电枢绕组。电流流过励磁绕组会产生主磁场，而流过电枢绕组的电流在磁场中会受到安培力的作用，从而产生电磁转矩使电枢旋转。关键在于，电磁转矩的大小正比于主磁通量与电枢电流的乘积。由于主磁通量是由励磁电流产生的，而励磁电流又等于电枢电流，因此，电磁转矩实质上与电枢电流的平方成正比。这意味着，当负载增大导致电枢电流轻微增加时，电磁转矩会以平方关系急剧增大，这就是串励电机拥有巨大启动转矩和过载能力的根本原因。

四、 独特的机械特性：所谓的“软特性”

       串励电机的机械特性，即转速与转矩之间的关系，是其另一大显著特征。它是一种“软特性”：随着负载转矩的增加，转速会显著下降。这是因为负载增大时，电枢电流增大，一方面使得电磁转矩迅速增大以平衡负载，另一方面，电枢电流的增大也导致电枢回路电阻压降增大，同时电枢反应的去磁效应也会增强（在磁路不饱和时），这些因素共同作用使得电机转速下降。这种特性使其天然具有防止过载损坏的能力——当负载过大时，转速会自动降低甚至接近堵转，而电流会被限制在一定的范围内。

五、 惊人的启动性能：为何启动转矩如此之大

       基于上述原理，串励电机在启动瞬间展现出无与伦比的优势。启动时，转速为零，反电动势也为零，此时电枢电流达到最大值。这个巨大的启动电流同时流过励磁绕组，产生了极强的磁场，从而产生了巨大的启动转矩（与电流的平方成正比）。这使得串励电机特别适合需要带动巨大惯性负载或直接重载启动的场合，例如电动车辆的牵引、起重机的卷扬机构等。

六、 转速调节特性：空载危险与调速方法

       串励电机的转速调节需要特别谨慎。由于其软特性，在负载很轻时，转速会很高。如果完全空载，理论上转速会趋向于无穷大，导致“飞车”事故，可能损坏电机。因此，串励电动机绝不允许在皮带传动等可能脱载的方式下空载运行。调速方面，传统上可采用调节电枢回路串联电阻或改变电源电压的方法。在现代控制中，则广泛采用电力电子技术进行斩波调压，实现平滑无级的调速。

七、 效率与运行特性：在不同负载下的表现

       串励电动机的效率曲线与其他电机类似，在额定负载附近效率最高。轻载时，由于固定损耗（如铁耗）占比相对较大，效率较低。过载时，铜耗（与电流平方成正比）急剧增加，效率也会下降。其运行特性（转速、转矩、电流、效率与输出功率的关系）清晰地反映了其软机械特性和高启动转矩的特点，是选型和应用的重要依据。

八、 与并励电机的核心区别：并联与串联的较量

       串励与并励电机的主要区别在于励磁方式。并励电机的励磁绕组与电枢并联，其励磁电流由电源电压决定，基本恒定，因此主磁通基本不变。这就决定了并励电机的转矩与电枢电流成正比（线性关系），机械特性较“硬”（负载变化时转速变化不大）。并励电机可以空载运行，但没有串励电机那样巨大的启动转矩。选择哪种电机，完全取决于应用场景对启动转矩和机械特性的要求。

九、 复励电机：串励与并励的结合体

       还有一种电机结合了串励和并励的优点，称为复励直流电动机。它既有并励绕组又有串励绕组。根据两个绕组产生的磁动势方向相同或相反，分为积复励和差复励。积复励电机既保留了串励电机启动转矩大的优点，又因为并励磁场的存在，避免了空载“飞车”的危险，特性介于串励和并励之间，应用更为灵活。

十、 优势总结：串励电机的闪光点

       串励电动机的主要优势可总结为：第一，启动转矩非常大，过载能力强；第二，负载增加时转速自动下降，具有自动适应负载变化的能力，能防止原动机过载；第三，在相同的启动电流下，能提供比其他类型直流电机更大的启动转矩；第四，结构相对简单，制造成本较低。

十一、 缺点与注意事项：不容忽视的另一面

       当然，串励电机也有其固有的缺点：第一，机械特性软，转速稳定性差，不适用于要求转速恒定的场合；第二，绝对禁止空载或轻载运行，有“飞车”风险；第三，调速性能相对较差；第四，由于换向器和电刷的存在，需要定期维护，会产生火花，不适合易燃易爆环境。

十二、 典型应用场景：力量型选手的舞台

       正是凭借其强大的启动转矩和软特性，串励电动机在以下领域大放异彩：电动工具（如手电钻、角磨机、电锤）；家用电器（如吸尘器、食物搅拌机、榨汁机）；电力机车、城市电车等牵引设备；起重机械、卷扬机、电梯等提升设备。在这些需要“爆发力”和适应负载波动的场合，串励电机是不二之选。

十三、 交流串励电机： Universal Motor的奥秘

       一个有趣且重要的扩展是，串励的原理同样适用于交流电。当直流串励电机接入交流电源时，由于电流方向同时改变，产生的转矩方向却保持不变。因此，只需对磁路和绕组做适当优化（如采用叠片铁芯减少涡流损耗），就制成了交直流两用电动机，常被称为通用电动机。这正是大多数家用电动工具和厨房电器所使用的电机，它结合了串励的高转速、大转矩和交流电方便易得的优点。

十四、 维护与保养要点：延长使用寿命

       为确保串励电机安全可靠运行，维护保养至关重要。需定期检查电刷的磨损情况和压力，清理换向器表面的碳粉和污垢，保持其光滑清洁以保持良好的换向。检查轴承润滑情况，及时添加或更换润滑脂。注意绕组绝缘电阻，防止受潮。运行时密切关注声音和振动，发现异常及时停机检查。

十五、 选型指南：如何选择适合的串励电机

       在选择串励电机时，需重点考虑：负载的启动转矩要求、工作制（连续、短时、断续周期工作）、调速范围和要求、电源类型（直流还是交流）、安装方式和使用环境。务必确保电机在正常工作时不会处于长期轻载或空载状态。参考国家标准（如GB/T 相关标准）和制造商提供的详细性能曲线进行选型。

十六、 发展趋势与未来展望：技术在演进

       随着电力电子技术和控制理论的发展，串励电机的控制方式更加先进和灵活。通过采用晶闸管调压或脉冲宽度调制技术，可以实现更精确的调速和转矩控制。同时，无刷直流电机等新型电机在部分应用领域也对传统串励电机构成了挑战，但串励电机因其结构简单、成本低廉、性能独特，在可预见的未来仍将在其优势领域保持重要地位。

       综上所述，串励电动机以其串联的绕组连接方式，塑造了启动转矩大、机械特性软的核心性格。它既是电动工具中的力量担当，也是牵引设备中的可靠伙伴。理解其原理、特性和应用禁忌，不仅能帮助我们正确使用和维护它，更能让我们领略到电机设计中的巧妙与智慧。下次当您使用电钻时，或许能感受到那小小身躯里，源自串励设计的澎湃动力。