3.1 等效电路与励磁分类

根据电磁学原理，直流电机通过转子（电枢绕组）和定子（励磁绕组）磁场之间的相互作用产生转矩，其定、转子磁场分别由励磁绕组中的电流和电枢绕组中的电流产生，而两套绕组中的电流都需要在相应的绕组上施加电压产生。电路是最为常用的描述电压、电流关系的方法，所以一般采用等效电路来描述两套绕组上电压与电流的关系。

在励磁绕组中，磁场与线圈相对静止，线圈在电路中只相当于一个电感和电阻的串联，所以励磁绕组的等效电路如图3-1中右侧电路所示。电枢绕组随转子旋转过程中，其交链的磁场的变化频率与转子转速成正比，所以在转子旋转时，电枢绕组中会由于其交链磁场的变化感应出电动势，称为反电动势（Back-EMF）。由于反电动势的存在，电枢绕组的等效电路与励磁绕组不同，除了存在等效电阻与电感外，还增加了一个由反电动势等效得到的电压源项，如图3-1中左侧电路所示。这里反电动势专指由电枢绕组与励磁磁场相对运动产生的电动势，与直流电机的转速相关而与电感中电流的变化无关。

图3-1 直流电机等效电路

采用两套独立的直流电源分别为直流电机的励磁绕组和电枢绕组供电的方式相对烦琐。根据应用场合的不同，也可以将两套绕组通过不同的接线方式连接在同一直流电源上，获取不同的转矩-转速特性。根据励磁绕组和电枢绕组接线方式的不同，直流电机可分为他励直流电机、并励直流电机、串励直流电机和复励直流电机，相应的等效电路如图3-2所示。他励直流电机虽然需要采用两个独立直流电源供电，但控制最为灵活。他励直流电机的一个特殊情况就是永磁直流电机，永磁直流电机没有励磁绕组，直接通过永磁体产生励磁磁场。但因为其励磁磁场的产生与电枢绕组电路无关，所以将其归为他励直流电机。其他三种励磁形式中，励磁绕组都与电枢绕组共用电源。并励直流电机中，励磁电压与电枢电压相同；串励直流电机中，励磁电流与电枢电流相同；复励直流电机的励磁绕组则分为两部分，介于串励与并励之间，根据复励直流电机励磁绕组两部分同名端的不同，复励直流电机又可以分为积复励和差复励。

图3-2 直流电机励磁的分类