2.3　直流电机的启动、调速和反转

2.3.1　直流电机的启动

将静止不动的电机的电路与电源接通，使电机的转动部分旋转起来，最后达到正常运转，叫作电机的启动。若不用任何启动设备而是将电机直接往电源上连接，这种启动方法叫作直接启动，其启动电流很大。由于当电机刚与电源接通时，因为电枢还没有旋转，因此反电动势等于零，这时通过电枢的电流（即启动电流）应为

　　（2-1）

因为电枢内电阻很小，外加电压又是额定值，所以电机在直接启动时的电枢电流将比额定电流大十几倍，甚至几百倍。这样大的电流会使得换向器上产生强烈的火花，可能把换向器烧坏。所以，启动时必须在电枢电路中串联一个启动变阻器来减小启动电流，如图2-11所示。为了获得较大的启动转矩而又不至于使换向器受到损伤，一般把启动电流限制为电枢额定电流的1.5～2.5倍，即

　　（2-2）

图2-11　串联启动变阻器的启动原理

利用式（2-2），便可计算出所需启动电阻R_q的数值。在启动过程中，随着电机转速的增加，电枢电流逐渐减少，启动电阻也应慢慢减小。待电机转速达到额定值时，启动电阻应减小到零。

另外，在启动时，还应把励磁电路中的磁场变阻器R_s放在电阻最小的位置，以使磁通最大，这样，就可使电机产生足够大的启动转矩，并使得反电动势增加较快，以缩短启动过程。

2.3.2　直流电机的调速

由并励直流电机的转速公式可知，电机的转速包括以下三种调节方法。

（1）改变供电线路的电压U　这种方法的调速范围很广泛，但必须具有专用的直流电源。采用发电机-电机组以及可控硅整流电路均能得到可调节的电压。

（2）改变电枢线路的电压降　在电枢电路中串联一个调速变阻器R_q可减小加在电枢上的电压，如图2-12所示。如果把R_q增大，则电阻电压降增大，转速n下降。这种方法因电枢电流较大，使得调速变阻器本身要消耗大量的功率，因此不经济。

图2-12　串联调速变阻器调节转速的原理

（3）改变磁极磁通　在励磁电路中串接一个磁场变阻器可以调节电机转速，如图2-13所示。如果把磁场变阻器的阻值增加，则励磁电流减小，变阻器中通过的磁通也随之而减小，电机的转速便升高。一般励磁电路中的电流很小，在调速过程中磁场变阻器的能量损失也较小，比较经济，因此这种调速方法在电力拖动中应用甚广。

若串励电机也采用改变变阻器中通过的磁通的方法来调节转速，则磁场变阻器必须和串励绕组并联，如图2-14所示。当把磁场变阻器的阻值减小时，通过变阻器的电流增大，而通过串励绕组的电流减小，其所产生的磁通也随着减少，由式（2-2）可知，转速升高。

图2-13　串联磁场变阻器调节转速的原理

图2-14　并联磁场变阻器调节转速的原理

2.3.3　直流电机的反转

电机的旋转方向是由电枢绕组的导体在磁场中的受力方向决定的。改变电枢电流的方向或改变磁场电流的方向，即可使直流电机反转。具体方法是将连接在电源上的电枢两端反接，或者将励磁绕组两端反接。如图2-15所示，若同时改变两电流的方向，则旋转方向仍旧不变。

图2-15　直流电机的反转原理