直流电机的启动方法与注意事项

1.对启动的要求和启动过程分析

所谓启动，是指电机通电后旋转并且转速不断增加，直至进入稳态运行。从生产过程的要求来看，一般都是希望启动的时间尽量短一些，对于频繁启、制动的生产机械，尤其如此。在启动时，必须先接通励磁回路，建立磁场，方可产生启动转矩。同时，他励直流电机启动时，为了产生较大的启动转矩及不使启动后的转速过高，应该额定磁通启动，即励磁电流和每极磁通都为额定值。因此启动时励磁回路不能串接电阻，而且绝对不允许励磁回路出现断路。

要缩短启动过程，需提高加速度，即需提高启动过程中的电磁转矩。对他励直流电机，在磁通恒定的条件下，电磁转矩正比于电枢电流，故应使启动过程中电枢电流尽量大一些。但是，直流电机电枢电流的最大值是有限制的。从电机本身来看，过大的电流将导致换向困难。电刷电流密度过分增大会引起强烈的火花，严重时会产生环火，烧伤换向器表面。同时，电枢绕组中还会产生过大的电动应力使绕组受到损害。对生产机械的传动部件来说，过大的电磁转矩易于产生机械撞击，使机械传动部件受到损害。另外，过大的启动电流还会影响接于同一线路上的其他设备的正常运行。因此，他励直流电机在启动过程中应使电枢电流尽量大一些，但同时又要使其小于最大允许值。

他励直流电机若加额定电压UN，电枢回路不串电阻直接启动，此时n＝0，即电机启动时，Ea＝CeΦNn＝0，此时电枢电流Ia＝UN/Ra＝IS，称为启动电流；电磁转矩T＝CTΦNIS＝TS称为启动转矩。由于电枢电阻Ra很小，IS和TS都比额定值大很多。若ΔnN＝0.05n0，则RaTN/CeCT＝RaIN/CeΦN＝0.05UN/CeΦN，即RaIN＝0.05UN，IN＝0.05UN/Ra。那么启动电流，IS＝20IN，启动转矩TS＝20TN，这样大的启动电流和启动转矩都是不允许的。因此，除了微型直流电机由于Ra大可以直接启动外，一般直流电机都不允许直接启动。

电机拖动负载启动的一般条件是：①IS＜（2～2.5）IN，因为换向最大允许电流为（2～2.5）IN；②TS＞（1.1～1.2）TN，这样系统才能顺利启动。

为了限制启动电流，显然可降低电源电压，或在电枢回路中串电阻。

2.降电压启动

若降低电源电压到U，启动电流为

负载TL已知，根据启动条件的要求，可以确定电压U的大小。有时为了保持启动过程中电磁转矩一直较大及电枢电流一直较小，可以逐渐升高电压U，直至UN，降电压启动特性如图2-18所示，图中A点为稳定运行点。实际上，电源电压可以连续升高，启动更快、更稳。

图2-18　降电压启动特性(www.xing528.com)

由此可见，采用降压法启动必须有电压可调的直流电源。目前，采用半控整流、全控整流和全控直流一直流（DC—DC）变换器的直流拖动系统已普遍使用，可在直流侧获得平滑可调的电压，这种系统一般都采用反馈控制以获得优越的启动性能和其他运行性能。

3.电枢回路串电阻启动

当采用电枢回路串电阻以限制启动电流的方法时，我们可选择合适的电阻串接入电枢回路，使开始启动、转速为零时电枢电流限制在最大允许值。但随着转速上升，反电动势增大，若电枢回路总电阻保持不变，则电枢电流将逐渐减小。电枢电流的减小将导致电磁转矩的减小，从而使启动过程变慢并使稳态速度降低，而这是我们所不希望的。因此，在启动过程中，随着转速逐渐升高，应当逐步减小所串接的电阻，使整个启动过程中电枢电流都保持在较大数值上，既避免电枢电流过大产生有害影响，又使启动过程加快。实际使用中，人们采用的是串电阻分级启动法。

图2-19是三级启动原理图，图2-20是三级启动转速特性图。启动开始时，转速为零，电枢中所串电阻为Rst1＋Rst2＋Rst3，启动电流限制在I1，转速沿图2-20中的ab线上升。当加速至b点，电流降为I2，这时，接触器触点KM1闭合，切除Rst1，忽略电磁过渡过程，因转速不能突变，电机的运行点将由b变为c，电枢电流由I2变为I1，电机的转速特性将变为直线cd，然后电机沿cd线继续加速至d点，这时，电枢电流又降为I2，接触器触点KM2闭合，切除Rst2，电机运行由d变为e，电枢电流又由I2变为I1，然后电机沿ef线继续加速至f点，电流降为I2，接触器触点KM3闭合，切除Rst3，电机运行点由f变为gh，并沿gh线升速直至稳态运行点h。

图2-19　三级启动原理图

在稳态运行点，电磁转矩等于负载转矩，即：T＝TL。则电流Ia的计算公式为

式中，IL为负载电流，可理解为稳态运行时由负载转矩所决定的电枢电流，它就是电机的稳态电流。

在图2-20中，I1是电机最大允许电流，而I2称为切换电流，I2必须大于IL。理论上I2大一些好。但是，I2增大则启动级数增多，启动设备增加，所以I2不是越大越好。如无特殊要求，可选，I2＝（1.1～1.3）IL。

图2-20　三级启动转速特性图