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第三章 直流电动机的启动方法
3.1直流电动机结构
直流电机主要分为定子和转子两大部分。定转子之间存在的间隙称为气隙。
1.定子
定子是电机的静止部分，主要用来产生磁场。它主要包括：
(1)主磁极 主磁极包括铁心和励磁绕组两部分。当励磁绕组中通人直流电流后，铁心中即产生励磁磁通，并在气隙中建立励磁磁场。励磁绕组通常用圆形或矩形的绝缘导线制成一个集中的线圈，套在磁极铁心外面。主磁极铁心一般用1～1.5mm厚的低碳钢板冲片叠压铆接而成，主磁极铁心柱体部分称为极身，靠近气隙一端较宽的部分称为极靴，极靴与极身交接处形成一个突出的肩部，用以支撑住励磁绕组。极靴沿气隙表面成弧形，使磁极下气隙磁通密度分布更合理。整个主磁极用螺杆固定在机座上。
主磁极总是N、S两极成对出现。各主磁极的励磁绕组通常是相互串联连接，连接时要能保证相邻磁极的极性按N、S交替排列。
(2)换向极 换向极也由铁心和绕组构成。中小容量直流电机的换向极铁心是用整块钢制成的，大容量直流电机和换向要求高的电机，换向极铁心用薄钢片叠成，换向极绕组要与电枢绕组串联，因通过的电流大，导线截面较大，匝数较少。换向极装在主磁极之间换向极的数目一般等于主磁极数，在功率很小的电机中，换向极的数目有时只有主磁极极数的一半，或不装换向极。换向极的作用是改善换向，防止电刷和换向器之间出现过强的火花。
(3)电刷装置 电刷装置由电刷，刷握、压紧弹簧和刷杆座等组成。电刷是用碳-石墨等做成的导电块，电刷装在刷握的盒内，用压紧弹簧把它压紧在换向器的表面上。压紧弹
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簧的压力可以调整，保证电刷与换向器表面有良好的滑动接触，刷握固定在刷杆上，刷杆装在刷杆座上，彼此之间绝缘。刷杆座装在端盖或轴承盖上，根据电流的大小，每一刷杆上可以有几个电刷组成的电刷组，电刷组的数目一般等于主磁极数。电刷的作用是与换向器配合引入、引出电流。
(4)机座和端盖 机座一般用铸钢或厚钢板焊接而成。它用来固定主磁极、换向极及端盖，借助底脚将电机固定于基础上、机座还是磁路的一部分，用以通过磁通的部分称为磁轭，端盖主要起支撑作用，端盖固定于机座上，其上放置轴承，支撑直流电机的转轴，使直流电机能够旋转。
2.转子
转子是电机的转动部分，转子的主要作用是感应电动势，产生电磁转矩，使机械能变为电能(发电机或电能变为机械能电动机的枢纽。它主要包括：
(1)电枢 电枢又包括铁心和绕组两部分。
①电枢铁心电枢铁心一般用0.5mm厚的涂有绝缘漆的硅钢片冲片叠成，这样铁心在主磁场中转动时可以减少磁滞和涡流损耗。铁心表面有均匀分布的齿和槽，槽中嵌放电枢绕组。电枢铁心构成磁的通路。电枢铁心固定在转子支架或转轴上。
②电枢绕组 (如图) 电枢绕组是用绝缘铜线绕制成的线圈按一定规律嵌放到电枢铁心槽中，并与换向器作相应的连接。线圈与铁心之间以及线圈的上下层之间均要妥善绝缘，用槽楔压紧，再用玻璃丝带或钢丝扎紧。电枢绕组是电机的核心部件，电机工作时在其中产生感应电动势和电磁转矩，实现能量的转换。
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(2)换向器 换向器的作用是与电刷配合，将直流电动机输入的直流电流转换成电枢绕组内的交变电流，或是将直流发电机电枢绕组中的交变电动势转换成输出的直流电压。换向器是一个由许多燕尾状的梯形铜片间隔云母片绝缘排列而成的圆柱体，每片换向片的一端有高出的部分，上面铣有线槽，供电枢绕组引出端焊接用。所有换向片均放置在与它配合的具有燕尾状槽的金属套简内，然后用V形钢环和螺纹压圈将换向片和套筒紧固成一整体，换向片组与套筒、V形钢环之间均要用云母片绝缘。
(3)转轴 在转轴上安装电枢和换向器。
3.气隙
静止的磁极和旋转的电枢之间的间隙称为气隙。在小容量电机中，气隙为0.5～3mm。气隙数值虽小，但磁阻很大，为电机磁路的主要组成部分。气隙大小对电机运行性能有很大影响。
3.2直流电动机的启动
直流电动机从接通电源开始转动，直至升速到某一固定转数稳定运行，这一过程称为电动机的启动过程。直流电动机有全压启动、变阻器启动和降压启动三种方法。
3.2.1全压启动。全压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
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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。
全压启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动机。
3.2.2变阻器启动。变阻器启动就是在启动时将一组启动电阻RP串人电枢回路，以限制启动电流，而当转数上升到额定转数后，再把启动变阻器从电枢回路中切除。
变阻器启动的优点是启动电流小；缺点是变阻器比较笨重，启动过程中要消耗很多的能量。
3.2.3降压启动。降压启动就是在启动时通过暂时降低电动机供电电压的办法来限制启动电流，当然降压启动要有一套可变电压的直流电源，这种方法只适合于大功率电动机。
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第四章 交流异步电动机启动方法
大中型电动机几种降压起动方法在额定电压下直接启动三相交流感应电动机,由于最初启动瞬间, 主磁通减少到额定值的一半以下, 功率因素也降低到0.1左右, 造成了的结果是电动机启动电流相当大, 而启动转矩又相当低。一般情况下, 对于大型或超大型电动机而言, 启动电流在 4~ 4.5倍额定电流, 而启动转矩在0.3~0.8倍额定转矩之间。大启动电流和低功率因素是电动机启动时对电网电压造成影响的根源。大型电动机的启动可能把电网电压拉底很多, 以至于影响相邻的用电设备的正常运行, 使其保护动作或停转。因此, 大型电动机 一般是不允许直接启动的, 总是要采取一些措施以减少或全部消除启动对电网的冲击, 降低电动机启动时的冲击电流对电网的安全风险。 一般容量在1 0 k W以下的小型电动机,可以直接起动,但10kW以上的电动机则应考虑采用降压起动。
有时为了限制和减少起动转矩对机械设备的冲击作用,允许全压起动的电动机也多采用降压起动方式。三相异步电动机降压起动的方法有以下几种:定子电路串电阻(或电抗)降压起动、自耦变压器降压起动、Y-△降压起动、软起动等。使用这些方法都是为了限制起动电流,(一般降低电压后的起动电流为电动机额定电流的2～3倍),减小供电干线的电压降落,保障各个用户的电气设备正常运行。
4.1电阻（（（（电抗器电抗器电抗器电抗器））））降压启动 在电动机起动过程中,常在三相定子电路中串接电阻(或电抗)(图1)来降低定子绕组上的电压,使电动 机在降低的电压下起动,以达到限制起动电流的目的。一旦电动机转速接近额定值时,切除串联电阻(或电抗),使电动机进入全压正常运行。由于定子串电阻降压起动的起动电流随定子电压成正比下降,而起动转矩则按电压下降比例的平方倍下降。显然,这种方法会消耗大量的电能且装置成本较高,三相异步电动机采用这种起动方法,适用于要求起动平稳小的容量电动机及起动不频繁的场合。
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