串激电机（又称串励电机）是直流电机的一种类型，其主要特点也是命名的来源是：它的励磁绕组（产生主磁场的绕组）和电枢绕组（转子绕组）是串联连接的。

主要工作原理

串激电机的工作原理基于直流电机的基本原理：通电导体在磁场中受到电磁力作用而运动。具体过程如下：

1. 串联连接： 同一个电流I从电源正极流出，首先流经励磁绕组（定子绕组），然后流经电枢绕组（转子绕组），最后回到电源负极。这确保了流经两个绕组的电流I始终相同。
2. 建立主磁场： 电流I流过定子上的励磁绕组时，会在电机内部产生一个主磁场（磁通量Φ）。这个磁场的方向取决于电流方向。
3. 建立电枢电流与磁场： 同一个电流I流过转子上的电枢绕组时，导体会建立自身的磁场。
4. 电磁转矩的产生： 电枢绕组导体自身的磁场与主磁场相互作用，根据弗莱明左手定则（电动机定则），导体就会受到电磁力的作用，从而驱动转子（电枢）旋转。这个电磁力产生的力矩就是驱动转矩。
5. 旋转与反电动势： 当电枢开始旋转时，电枢绕组导体切割主磁场的磁力线，根据电磁感应定律（法拉第定律），会在电枢绕组中产生一个感应电动势（感应电压），其方向与电源电压方向相反，称为反电动势（E反）。
6. 电压平衡与转速特性：
   • 施加在电机上的电源电压V需要克服反电动势E反以及绕组的内阻压降（I * R，R是总电阻，包括励磁绕组和电枢绕组的电阻）。
   • 电压平衡方程： V = E反 + I * R
   • *反电动势E反的大小与转子转速n和主磁场强度（磁通量Φ）成正比： `E反 ∝ n Φ`**
   • 主磁场磁通量Φ的大小与流过励磁绕组的电流I成正比（通常工作在磁路未饱和时）： Φ ∝ I
7. 关键的转速-转矩特性：
   • 由上面关系可推导出：E反 ∝ n * I （因为 Φ ∝ I）。
   • 代入电压平衡方程： V ∝ n * I + I * R。
   • 在负载较轻（电流I较小）时，I * R项可忽略，近似认为： V ∝ n * I => n ∝ V / I
   • 当负载增大时，电流I增大：
     • 一方面，由上式 n ∝ V / I 可知，I 增大导致 转速n急剧下降。
     • 另一方面，由于 Φ ∝ I 且转矩 T ∝ Φ * I ∝ I * I = I²（因为流过两个绕组的电流都是I），所以转矩T与电流I的平方成正比： T ∝ I²。这意味着负载增加（需要更大转矩）时，电流会显著增大（因为T对I的变化很敏感），同时转速会显著下降。
   • 结论：串激电机具有“软特性”：启动和低速时转矩巨大（启动转矩大），随着转速上升转矩下降；负载增加时转速自动下降以输出更大的转矩。空载或轻载时转速会非常高（飞车），非常危险！

总结串激电机的工作原理

同一个电流依次流过串联的励磁绕组和电枢绕组，在定子上产生主磁场，在转子上产生电流磁场，两者相互作用产生电磁转矩驱动转子旋转。转速随负载增大而急剧下降（软特性），转矩与电流平方成正比（启动和大负载能力强），但绝对不允许空载运行（否则“飞车”损坏）。

主要优缺点和应用

• 优点： 启动转矩大，过载能力强，结构相对简单（省去了外接励磁电源）。
• 缺点： 转速随负载波动大，运行特性“软”；空载或轻载时转速极高，极端危险，使用中必须有机械负载连接或安全保护。
• 应用： 利用其启动和过载转矩大的特性，常用于需要高启动转矩、转速允许波动的场合：
  • 电力机车、电传动机车、电瓶车的牵引电机
  • 汽车启动电机（启动时需要超大扭矩）
  • 大型起重设备（吊车、卷扬机）
  • 电动工具（如电钻、手电钻、打磨机） - 轻载时高速运行有利于提高效率，但需注意安全。
  • 部分家用电器（如老式搅拌器、吸尘器）。

核心要记住：串联电流、启动/过载扭矩大、转速随负载变化大、严禁空载运行！