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[摘 要]而起动/发电机是起动/发电系统中能量转换的核心部件，其功能直接影响系统的性能及指标。起动/发电机既有一般电机的共性，也有它特殊的地方。首先，电机直接带负载起动，需要很大的起动转矩，电机起动后，到发动机点火的短暂时间内（10 秒以内），仍然要维持一定的负载转速和转矩；其次，当转为发动机运行时，发出来的交流电要经过整流装置变成直流电来输出。本文将他励式中的串励直流电机的工作特性与永磁式进行对比。为保证结果的相对准确，在对比中采用控制变量法，即控制两台电机的输入电压和功率等级等。
[关键词]转速特性、转矩特性、机械特性、功率特性，串励直流电动机，
中图分类号：U464.337.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0316-01
永磁直流电动机是把直流电能转换为机械能的一种装置。根据电机中磁场生成方式的不同，可以将其分为永磁式直流电机和他励式直流电机。串励直流电动机具有控制技术简单成熟，转矩/转速特性较为符合理想牵引特性的要求等特点，且由于串励直流电动机具有较大的启动转矩和过载能力，可以满足汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启/停等要求，项目中选用串励直流电动机作为驱动源。
对于永磁无刷直流起动/发电系统，电机起动时使用的电源是电压不可调节的蓄电池。电机起动时，为了获得足够的起动转矩，直流电压直接加在电机绕组的两端，绕组中瞬间电流很大，对机械设备也有很大的力矩冲击，这就要求设计时充分考虑到系统的承载能力，特别是对电子变换器的选择问题。当电机发电时，由于发动机的转速并不是固定不变的，这样就决定了发出来的交流电并不是恒定的，这样整流出来的电压也就不是标准电压，对于永磁电机来说，不能像传统的电励磁电机那样通过调节励磁来改变电压，这就需要通过控制在输出端进行调节，达到电压稳定的目的。
在本文中会依次将两者的各种工作特性进行对比。
转速特性
转速特性指当外加电压为U时，转速n与电枢电流Is之间的关系n=f（Is）。
由克希荷夫第二定律可知：
U=E+Is*R （1）
R--回路中所有电路电阻之和；
E--电机电压降；
由（1）可知：n=（U-IsR）/Ce*Φ （2）
当电枢电流未饱和时，Φ随电枢电流呈线性变化，所以电枢电流在趋于饱和的过程中，转速会以类似双曲线迅速下降。当电流饱和之后，串励直流电机的Φ，基本保持不变，其变化曲线类似于一次函数。而永磁电机与串励直流电机不同的是，永磁直流电机的磁场不会随着电流减小而消失。甚至，当电流达到一定程度时，其磁通会略有下降。这时候重新看一下公式（2）就会发现，Is↑，n↓；Φ↓，n↑。不过分析两者对n的影响，则Is的作用效果更显著。
转矩特性
当外加电压为U时，电动机电磁转矩M随电枢电流Is变化的关系M=f（Is）。
M=Cm*Φ*Is （3）
如图一所示，对于串励直流电机，在其未饱和区，磁通与电流成比例Φ=C1*Is，于是可以得到其转矩表达式M=Cm*C1*（Is）2，一旦电流达到饱和，磁通不再变化这时候其曲线如后半段所示变为一条直线，其斜率为Cm*Φ。而永磁直流电机的磁通随着电流加大而略有下降，所以原则上其转矩特性并不是一条直线。
二、机械特性
外加电压为U时，电动机转速与电磁转矩之间的关系n=f（M）。
由（3）可知Is=M/Cm*Φ （4）
再由（2）和（4）联立可的对于串励直流电机的未饱和区公式
n=U/（C1*Cm*M）0.5-R/C1*Cm （5）
特性曲线，观察其图形如前半部分，当M↑，n以幂函数形式下降。当电枢电流饱和之后，Φ几乎不再发生改变，所以串励直流电机图形的后半部分可以等价于永磁电机。此时其关系式可以表达为：
n=U/Cm*Φ-R/Cm2*Φ2 （6）
但永磁电机与串励电机在磁通方面又有所不同，永磁电机的电枢电阻较小，机械特性的斜率很小，特性“硬”。在电流未饱和区，串励电机的转速会随着转矩的增加而迅速下降，具有“软”机械特性。
一、功率/效率特性
Pd=EI=（U-Is*R）Is=U*Is-Is2*R （7）
当Is=0时，Pd=0；Is=Imax→n=0（制动）→E=0→Pd=0。
显然当电机制动或空载时都无法取得功率的最大值，这时对公式（7）进行一次微积分，可知当Is=1/2*Imax，Pd能够取得最大值。
总结
永磁直流电机的特性与串励直流电机的性能类似，二者之间的区别主要体现在主磁场的产生方式不同。串励直流电机的气隙磁通和励磁绕组是可控的，这样的结构使其相较于永磁式的结构更紧凑，更能适应不同场合。永磁直流电机的气隙磁通由永磁体建立，调节困难。不过其结构简单，造价相对较便宜，所以，永磁式也广泛应用在生活各个方面。总体来说，两者各有自己的优势。
参考文献
[1] 汽车电器与电子控制技术（第二版）.曲金玉.北京大學出版社.
[2] 永磁无刷直流电机控制技术与应用.刘刚，王志强，房建成著.机械工业出版社.
[3] 汽车电器与电子技术.杨生辉，舒华王，克才主编.国防工业出版社.
[4] 永磁无刷直流起动/发电系统研究东南大学硕士毕业论文.吴影生.
作者简介
胡勘勘（1994-）男河南商丘人：山东理工大学交通与车辆工程学院研究方向：直流机。
[关键词]转速特性、转矩特性、机械特性、功率特性，串励直流电动机，
中图分类号：U464.337.1 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）39-0316-01
永磁直流电动机是把直流电能转换为机械能的一种装置。根据电机中磁场生成方式的不同，可以将其分为永磁式直流电机和他励式直流电机。串励直流电动机具有控制技术简单成熟，转矩/转速特性较为符合理想牵引特性的要求等特点，且由于串励直流电动机具有较大的启动转矩和过载能力，可以满足汽车快速启动、加速、爬坡、频繁启/停等要求，项目中选用串励直流电动机作为驱动源。
对于永磁无刷直流起动/发电系统，电机起动时使用的电源是电压不可调节的蓄电池。电机起动时，为了获得足够的起动转矩，直流电压直接加在电机绕组的两端，绕组中瞬间电流很大，对机械设备也有很大的力矩冲击，这就要求设计时充分考虑到系统的承载能力，特别是对电子变换器的选择问题。当电机发电时，由于发动机的转速并不是固定不变的，这样就决定了发出来的交流电并不是恒定的，这样整流出来的电压也就不是标准电压，对于永磁电机来说，不能像传统的电励磁电机那样通过调节励磁来改变电压，这就需要通过控制在输出端进行调节，达到电压稳定的目的。
在本文中会依次将两者的各种工作特性进行对比。
转速特性
转速特性指当外加电压为U时，转速n与电枢电流Is之间的关系n=f（Is）。
由克希荷夫第二定律可知：
U=E+Is*R （1）
R--回路中所有电路电阻之和；
E--电机电压降；
由（1）可知：n=（U-IsR）/Ce*Φ （2）
当电枢电流未饱和时，Φ随电枢电流呈线性变化，所以电枢电流在趋于饱和的过程中，转速会以类似双曲线迅速下降。当电流饱和之后，串励直流电机的Φ，基本保持不变，其变化曲线类似于一次函数。而永磁电机与串励直流电机不同的是，永磁直流电机的磁场不会随着电流减小而消失。甚至，当电流达到一定程度时，其磁通会略有下降。这时候重新看一下公式（2）就会发现，Is↑，n↓；Φ↓，n↑。不过分析两者对n的影响，则Is的作用效果更显著。
转矩特性
当外加电压为U时，电动机电磁转矩M随电枢电流Is变化的关系M=f（Is）。
M=Cm*Φ*Is （3）
如图一所示，对于串励直流电机，在其未饱和区，磁通与电流成比例Φ=C1*Is，于是可以得到其转矩表达式M=Cm*C1*（Is）2，一旦电流达到饱和，磁通不再变化这时候其曲线如后半段所示变为一条直线，其斜率为Cm*Φ。而永磁直流电机的磁通随着电流加大而略有下降，所以原则上其转矩特性并不是一条直线。
二、机械特性
外加电压为U时，电动机转速与电磁转矩之间的关系n=f（M）。
由（3）可知Is=M/Cm*Φ （4）
再由（2）和（4）联立可的对于串励直流电机的未饱和区公式
n=U/（C1*Cm*M）0.5-R/C1*Cm （5）
特性曲线，观察其图形如前半部分，当M↑，n以幂函数形式下降。当电枢电流饱和之后，Φ几乎不再发生改变，所以串励直流电机图形的后半部分可以等价于永磁电机。此时其关系式可以表达为：
n=U/Cm*Φ-R/Cm2*Φ2 （6）
但永磁电机与串励电机在磁通方面又有所不同，永磁电机的电枢电阻较小，机械特性的斜率很小，特性“硬”。在电流未饱和区，串励电机的转速会随着转矩的增加而迅速下降，具有“软”机械特性。
一、功率/效率特性
Pd=EI=（U-Is*R）Is=U*Is-Is2*R （7）
当Is=0时，Pd=0；Is=Imax→n=0（制动）→E=0→Pd=0。
显然当电机制动或空载时都无法取得功率的最大值，这时对公式（7）进行一次微积分，可知当Is=1/2*Imax，Pd能够取得最大值。
总结
永磁直流电机的特性与串励直流电机的性能类似，二者之间的区别主要体现在主磁场的产生方式不同。串励直流电机的气隙磁通和励磁绕组是可控的，这样的结构使其相较于永磁式的结构更紧凑，更能适应不同场合。永磁直流电机的气隙磁通由永磁体建立，调节困难。不过其结构简单，造价相对较便宜，所以，永磁式也广泛应用在生活各个方面。总体来说，两者各有自己的优势。
参考文献
[1] 汽车电器与电子控制技术（第二版）.曲金玉.北京大學出版社.
[2] 永磁无刷直流电机控制技术与应用.刘刚，王志强，房建成著.机械工业出版社.
[3] 汽车电器与电子技术.杨生辉，舒华王，克才主编.国防工业出版社.
[4] 永磁无刷直流起动/发电系统研究东南大学硕士毕业论文.吴影生.
作者简介
胡勘勘（1994-）男河南商丘人：山东理工大学交通与车辆工程学院研究方向：直流机。