2.3　直流電機的啟動、調速和反轉

2.3.1　直流電機的啟動

將靜止不動的電機的電路與電源接通，使電機的轉動部分旋轉起來，最后達到正常運轉，叫作電機的啟動。若不用任何啟動設備而是將電機直接往電源上連接，這種啟動方法叫作直接啟動，其啟動電流很大。由于當電機剛與電源接通時，因為電樞還沒有旋轉，因此反電動勢等于零，這時通過電樞的電流（即啟動電流）應為

　　（2-1）

因為電樞內電阻很小，外加電壓又是額定值，所以電機在直接啟動時的電樞電流將比額定電流大十幾倍，甚至幾百倍。這樣大的電流會使得換向器上產生強烈的火花，可能把換向器燒壞。所以，啟動時必須在電樞電路中串聯一個啟動變阻器來減小啟動電流，如圖2-11所示。為了獲得較大的啟動轉矩而又不至于使換向器受到損傷，一般把啟動電流限制為電樞額定電流的1.5～2.5倍，即

　　（2-2）

利用式（2-2），便可計算出所需啟動電阻R_q的數值。在啟動過程中，隨著電機轉速的增加，電樞電流逐漸減少，啟動電阻也應慢慢減小。待電機轉速達到額定值時，啟動電阻應減小到零。

另外，在啟動時，還應把勵磁電路中的磁場變阻器R_s放在電阻最小的位置，以使磁通最大，這樣，就可使電機產生足夠大的啟動轉矩，并使得反電動勢增加較快，以縮短啟動過程。

2.3.2　直流電機的調速

由并勵直流電機的轉速公式可知，電機的轉速包括以下三種調節方法。

（1）改變供電線路的電壓U　這種方法的調速范圍很廣泛，但必須具有專用的直流電源。采用發電機-電機組以及可控硅整流電路均能得到可調節的電壓。

（2）改變電樞線路的電壓降　在電樞電路中串聯一個調速變阻器R_q可減小加在電樞上的電壓，如圖2-12所示。如果把R_q增大，則電阻電壓降增大，轉速n下降。這種方法因電樞電流較大，使得調速變阻器本身要消耗大量的功率，因此不經濟。

（3）改變磁極磁通　在勵磁電路中串接一個磁場變阻器可以調節電機轉速，如圖2-13所示。如果把磁場變阻器的阻值增加，則勵磁電流減小，變阻器中通過的磁通也隨之而減小，電機的轉速便升高。一般勵磁電路中的電流很小，在調速過程中磁場變阻器的能量損失也較小，比較經濟，因此這種調速方法在電力拖動中應用甚廣。

若串勵電機也采用改變變阻器中通過的磁通的方法來調節轉速，則磁場變阻器必須和串勵繞組并聯，如圖2-14所示。當把磁場變阻器的阻值減小時，通過變阻器的電流增大，而通過串勵繞組的電流減小，其所產生的磁通也隨著減少，由式（2-2）可知，轉速升高。

2.3.3　直流電機的反轉

電機的旋轉方向是由電樞繞組的導體在磁場中的受力方向決定的。改變電樞電流的方向或改變磁場電流的方向，即可使直流電機反轉。具體方法是將連接在電源上的電樞兩端反接，或者將勵磁繞組兩端反接。如圖2-15所示，若同時改變兩電流的方向，則旋轉方向仍舊不變。