电枢回路串电阻启动优化方案

1.启动过程

启动前应使励磁回路的调节电阻Rsf＝0，这样励磁电流If和磁通Φ最大，电枢回路串入启动电阻Rst，在额定电压下的启动电流为

启动电阻Rst的值应保证Ist不大于允许值，对于普通直流电动机，一般要求Ist≤（1.5～2）IN。

在Tst的作用下，电动机开始转动并逐渐加速，随着转速的逐渐升高，电枢电动势（反电动势）Ea逐渐增大，电枢电流逐渐减小，电磁转矩也随之减小，转速上升的加速度逐渐变缓。为了缩短启动时间，随着电动机转速的提高，应逐级切除启动电阻，最后使电动机的转速达到额定值。

一般串入的启动电阻为2～5级，在启动过程中逐级切除。启动电阻的级数越多，启动过程就越平稳。但级数越多，所需的设备投资越大，设备维护的工作量越大。图1－3是采用三级电阻启动时电动机的电路原理及其机械特性。

图1－3　他励直流电动机三级电阻启动

（a）启动电路；（b）机械特性

启动开始时，接触器的触点S闭合，而S1、S2、S3断开，如图1－3（a）所示，额定电压加在电枢回路总电阻R3（R3＝Ra＋Rst1＋Rst2＋Rst3）上，启动电流为，此时启动电流I1和启动转矩T1均达到最大值（通常取额定值的两倍左右）。接入全部启动电阻时的机械特性如图1－3（b）中的曲线1所示。启动瞬间对应于a点，因为启动转矩T1大于负载转矩TL，所以电动机开始加速，电动势Ea逐渐增大，电枢电流和电磁转矩逐渐减小，工作点沿曲线1箭头方向移动。

当转速升到n1、电流降至I2、转矩减至T2（图中b点）时，触点S3闭合，切除电阻Rst3。此时所对应的电流I2称为切换电流，一般取I2＝（1.1～1.2）IN或T2＝（1.1～1.2）TN。切除Rst3后，电枢回路电阻减小为R2（R2＝Ra＋Rst1＋Rst2），与之对应的机械特性如图1－3（b）中的曲线2。在切除电阻瞬间，由于机械惯性，转速不会突变，所以电动机的工作点由b点沿水平方向跃变到曲线2上的c点。选择适当的各级启动电阻，可使c点的电流仍为I1，这样电动机又处在最大转矩T1下进行加速，工作点沿曲线2箭头方向移动。

当到达d点时，转速升至n2，电流又降至I2，转矩也降至T2，此时触点S2闭合，将Rst2切除，电枢回路电阻变为R1＋Ra＋Rst1，工作点由d点平移到人为特性曲线3上的e点。e点的电流和转矩仍为最大值，电动机又处在最大转矩T1下加速，工作点在曲线3上移动。当转速升至n3时，即在f点切除最后一级电阻Rst1后，电动机将过渡到固有特性上，并加速到h点处于稳定运行，启动过程结束。

分级启动电阻的计算。现以图1－3为例，推导各级启动电阻的计算公式。设图中对应于转速为n1、n2、n3时的电枢电动势分别为Ea1、Ea2、Ea3，则图1－3中b、c、d、e、f、g各点的电压平衡方程式如式（1－5）所示。

比较式（1－5）中的六式可得

将启动过程中的最大电流I1与切换电流I2之比定义为启动电流比（也称启动转矩比）β，则在已知β和电枢电阻Ra的前提下，各级串联电阻值可按式（1－7）中各式计算。

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若已知启动电阻的级数m，启动电流比β可按式（1－8）计算。

若已知启动电流比β，也可利用式（1－8）求出启动电阻的级数m，必要时应修改β值使m为整数。

计算各级启动电阻的步骤如下：

（1）估算或查出电枢电阻Ra；

（2）根据过载倍数选取最大转矩T1对应的最大电流I1；

（3）选取启动级数m；

（4）计算启动电流比β；

（5）计算转矩T2＝T1/β，检验T2≥（1.1～1.3）TL是否成立，如果不满足，应另选T1或m值，并重新计算，直至满足该条件为止。

电枢电阻Ra，可用实测的方法求得，也可用式（1－9）进行估算。

过载倍数λT用于描述电动机的过载能力，对于直流电动机过载倍数λT为最大电流与额定电流之比。

2.降压启动

当直流电源电压可调时，可以采用降压方法启动。启动时，以较低的电源电压启动电动机，启动电流便随电压的降低而减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使启动电流和启动转矩保持在一定的数值上，从而保证电动机按需要的加速度升速。

可调压的直流电源，在过去多采用直流的发电机－电动机组，现正被晶闸管整流电源取代。

降压启动虽然需要专用电源，设备投资较大，但启动平稳，启动过程中能量损耗小，因而得到了广泛应用。