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直流电动机的起动及性能分析

直流电动机就是依靠直流电驱动的将直流电能转换成机械能的电机。在这里，我们简单的讨

论一下它的起动特点与性能。

与直流发电机相同，实际的直流电动机的电枢并非单一线圈，磁极也并非一对。由对电磁力

及转矩分析可以看出：任何一台电机既可以作为发电机运行，也可以作为电动机运行，这一

性质称为电机的可逆原理。电机的可逆原理不仅适用于直流电机，也适用于交流电机。电机

的实际运行方式由外施条件决定，如果电机转子输入机械能，而电枢绕组输出电能，电机作

为发电机运行；如果在电枢绕组中输入电能，转子输出机械能，则电机作为电动机运行。直

流电动机和直流发电机的结构基本是相同的，即都有可旋转部分和静止部分。可旋转部分称

为转子，静止部分称为定子，在定子和转子之间存在着气隙。

直流电动机有两大优点:一、调速性能好。所谓“调速性能”，是指电动机在一定负载的条件

下，根据需要，人为地改变电动机的转速。直流电动机可以在重负载条件下，实现均匀、平

滑的无级调速，而且调速范围较宽。二、起动力矩大。可以均匀而经济地实现转速调节。因

此，凡是在重负载下起动或要求均匀调节转速的机械，例如大型可逆轧钢机、卷扬机、电力

机车、电车等，都用直流电动机拖动。

机械特性是电动机机械性能的主要表现，它与负载的机械特性，运动方程式相联系，将决定

拖动系统稳定运行及过渡过程的工作情况。若不计电枢反应的影响，当电动机正向运行时，

其机械特性是一条横跨I、II、IV象限的直线。其中第I象限为电动机运行状态，其特点是

电磁转矩的方向与旋转方向（转速的方向）相同，第II、IV象限为制动运行状态。

首先，直流电动机为什么要限制启动电流？不论是交流电机还是直流电机,其启动电流都会

比正常运行的时候要大.因为电机启动时,要使电机从静止状态变为转动状态,就如同把静止

物体从静止推动起来匀速运动一样,静止摩擦远大于滑动摩擦.因为在启动瞬间电机还没有

转，没有自感反电动势,且当时磁场刚刚运作,磁性最强，在启动的时候，由于T=Tn，Ea=Ce

Φn=0，此时的电枢电流Ia=Us/Ra=Is，由于Ra本身很小，Is和Ts都比启动电流大很多,所

以此时,通电线圈在磁场中做切割磁感线运动最剧烈,所以电流最大.因为电枢电阻Ra很小，

所以直接启动时启动电流很大，通常可达到额定电流的10到20倍。过大的启动电流会使电

网电压下降过多,影响本电网上其他用户的正常用电；使电动机的换向恶化，甚至烧坏电动

机；同时过大的冲击转矩会损坏电枢绕组和传动机构。因此，除容量很小的电动机以外，一

般不允许直接启动。其次，对直流电动机启动时有什么基本要求呢？第一，要有足够大的

启动转矩（即转速为零时的电磁转矩），使电动机在负载状态下能够顺利启动，并且启动过

程所需的时间应尽量缩短；第二，启动电流要尽量小，应限制在换向允许的最大电流以内，

保证换向良好。为保证有足够大的启动转矩及启动时转速不过高，应使磁通为额定值，且励

磁回路绝对不允许短路。第三、要求启动设备简单可靠，经济实用。最后，我们应该如何

限制启动电流呢？他励直流电动机通常采用直接启动、电枢回路串入电阻启动以及降低电枢

电压启动的方式。

一、直接起动直接启动就是将电动机直接接入到额定电压的电源上启动。由于电动机所加

的是额定电源，而电动机开始接通电源瞬间电枢不动，电枢反电动势E为零，所以启动时

电流很大。启动时电动机最大电流为正因为电动机启动电流很大，所以启动转矩大，电动机

启动迅速，启动时间短。不过，电动机一旦开始运转，电枢绕组就有感应电动势产生，且转

数越高，电枢反电动势就越大。随着电动机转数上升，电流迅速下降，电磁转矩也随之下降。

当电动机电磁转矩与负载阻力转矩相平衡时，电动机的启动过程结束而进人稳定运行状态。

直接合闸起动的优点是不需其他设备，操作简便；缺点是启动电流大。它只适用于小型电动

机，如家用电器中的直流电机。

二、电枢回路串入电阻启动时在电枢回路中串入电阻来限制启动电流。专门用来启动步进

电动机的电阻叫启动电阻器（又称启动器）。启动器实际上是一个多级电阻，启动时，将启

动电阻全部串入，当转速上升时，再将电阻分级逐步切除，直到步进电动机的转速上升到稳

定值，启动过程结束。这种方法起动设备简单、经济和可靠，同时可以做到平滑快速起动，

因而得到广泛应用。但对于不同类型和规格的直流电动机，对起动电阻的级数要求也不尽相

同。由于变阻器比较笨重，起动过程中能量消耗大，不适于经常起动的电机和中、大型直流

电机。

三、降低电枢电压