2.5永磁励磁直流电机
2.5.1直流电机中永磁体
前面提到提到的，由于励磁绕组主要用于提供间隙磁场，如果有磁体可以励磁，当然可以替代。永磁体励磁模式常用于直流电机、同步电机和步进电机的工业伺服驱动。汽车辅助驱动和家电、办公室中小型设备驱动。与电励磁绕组相比，永磁体励磁具有以下优点：
- 体积重量更小
- 工作效率更高
- 动态性能好
- 在小型设备中制造成本经济
也有一些缺点：
- 强磁材料价格昂贵
- 磁体边缘区域有退磁危险
- 由于恒定磁通，很难控制弱磁
2.5.2永磁工作点
除了天然磁体外，绝大多数永磁体都是由人工磁化制成的。材料的磁化过程可以用磁化的迟滞曲线来描述。第二象限部分是所谓的退磁曲线。当材料刚进入时，加上磁场强度为0
很难直接调查非线性退磁曲线。为了简化这个问题，你可以调查一个线性工作区域。可以认为，边界磁场强度以上的部分是近似线性的，因为该区域对外磁场和温升具有较高的稳定性。线性化后具有磁感强度
(6.1)
铁氧体磁铁一直是永磁体材料选择的经典选择(Ferrit)、铝镍钴(AlNiCo)磁铁，钡钴磁体(SmCo)、钕铁硼磁体(NdFeB)等等。钕铁硼磁体和钡钴磁体是来自稀土元素的强磁体，对温度敏感，需要控制温升。为了避免腐蚀损伤，永磁材料表面需要保护。
计算气隙永磁励磁也需要一个极宽的磁回路。继续保持壳体和电枢铁区域的完全磁导
(6.2)
根据磁通无源性，气隙和永磁体的有效磁通面积可以近似相等
(6.3)
将其与退磁曲线相结合
如果使用线性退磁曲线函数，则重写(6.1)可获得线性方程组
(6.4)
(6.5)
永磁体励磁工作点坐标
(6.6)
(6.7)
上述是说，在电机负载运行过程中，由于电枢反应，气隙磁场密度分布会发生变化。就像前一章分析的那样。不同的是，由于有效气隙宽度增加，永磁励磁环境的电枢反应会弱于电励磁
在进入极端边缘时，仍有由电枢反应增强的磁场强度，也就是说，有退磁的风险。这就要求电机设计必须满足条件，以免在更大的负载下超过边界磁场强度
2.66直流电机等效替代电路图
许多直流电机的变体是通过改变励磁电路的设计获得的。
- 并励电机(Nebenschlussmaschine)
- 串励电机(Reihenschlussmaschine)
- 他励磁电机(Fremderregte GM)
- 永磁励磁电机(Permanenterregte GM)
这些不同的励磁方法会影响直流电机的稳定性、动态工作行为和工作效率。现在只考虑稳态工作行为。假设换向极和补偿极绕组总是与电枢绕组电路串联。
2.6.1并励电机
励磁电机的励磁绕组与电枢绕组并联，因此在电网输电时，可以用变阻器调节电枢和励磁电路，实现转数控制。以下是并励电机等效替代电路图。并且可以得到相应的电路关系类型。
联立三式可以并励电机的转数
(6.8)
励磁磁通有以下关系
(6.9)
电动机总的电流
(6.10)
可见当启动状态时（
(6.11)
当电机空转时，转矩为0，那么空转转数
(6.12)
(6.13)
那么可以继续改写
(6.14)
2.6.2串励电机
串励电机的电路里，励磁电路串联到电枢电路上，励磁电流等于电枢电流，两者是相互影响的。这种情况下可以通过并联一个可变电阻
解出转数和转矩关系，取正为电动机模式，取负为发电机模式。
(6.15)
(
(6.16)
那么静止电流
(6.17)
(6.18)
当电流越小的时候，转速会越来越大，不过空转转数不能真的按照机械特性曲线那样逼近无穷大，持续弱磁降低电流也会降低功率，无法继续提速。
2.6.3他励电机
前面并励电机和串励电机，励磁电路都和电枢电路有关，但是他励电机的励磁电路是完全独立的。可以得到关系式
(6.19)
空转转数
(6.20)
(6.21)
总的来说，他励电机和并励电机机械特性曲线很类似。但他励电机励磁电路和电枢电路无关，可以很容易，更自由地调控。总的转数控制策略是：
- ①在低于空转转数
时，就在最大磁通下，改变最大电枢电压
- ②在超过空转转数
时，就采取弱磁控制，在最大电枢电压下，逐渐降低磁通
如图，在左侧基本转数区(Grunddrehzahlbereich)采取策略①，是保持恒转矩启动加速，功率也是恒定的；当达到空转转数
2.6.4永磁电机
永磁电机的等效替代电路图和他励电机是一样的，而且n-M机械特性曲线也遵循了同样的线性关系，唯一的区别就是由永磁体产生的励磁磁通是恒定的，无法直接调节的！
(6.22)
由于无法调节励磁磁通的大小，弱磁控制对于永磁直流电机来说也难以实现了。
2.7直流电机总结
直流电机的内容到这里基本结束，现在由于电力电子技术的发展，与高频开关相结合的控制技术使得直流无刷电机越来越受到重视。这将是一个直流电机的发展方向，不过传统有刷电机还是依靠结构简单，成本低廉以及稳定耐用在广大市场上占据不可或缺的地位。
接下来会进入交流电机的范畴，重点讨论基于旋转磁场理论的异步电机和同步电机相关。数学性更强，内容也会更加复杂，敬请大家期待吧！