Alasan utama mengapa motor DC perlu mengadopsi starting tegangan rendah terletak pada ketidaksesuaian antara karakteristik kelistrikan dan karakteristik mekanisnya pada saat starting — gaya gerak listrik balik (Ea) adalah nol pada tahap awal starting, yang menyebabkan arus starting jauh melebihi nilai nominalnya saat starting dengan tegangan penuh. Hal ini pada gilirannya menyebabkan serangkaian masalah seperti kerusakan motor dan kegagalan sirkuit. Starting tegangan rendah menekan arus berlebih dengan menurunkan tegangan starting, sehingga menjamin keamanan sistem. Detailnya dapat dijelaskan dari tiga aspek: mekanisme pembangkitan arus starting, bahaya starting tegangan penuh, dan prinsip starting tegangan rendah.
Pertama-tama, peningkatan abnormal arus start motor DC bersumber dari karakteristik inti "kurangnya gaya gerak listrik balik". Persamaan keseimbangan tegangan rangkaian jangkar motor DC adalah: U = Ea + IaRa, dengan U adalah tegangan yang diberikan pada jangkar, Ea adalah gaya gerak listrik balik yang dihasilkan oleh putaran jangkar, Ia adalah arus jangkar, dan Ra adalah resistansi belitan jangkar. Saat motor start, rotor berada dalam keadaan statis, dan konduktor jangkar tidak memotong medan magnet, sehingga gaya gerak listrik balik Ea = 0. Pada saat ini, persamaan rangkaian disederhanakan menjadi Ia = U/Ra. Karena belitan jangkar terbuat dari kawat tembaga, resistansinya Ra biasanya sangat kecil (Ra motor DC kecil hanya beberapa ohm, dan motor besar bahkan kurang dari 1 ohm). Jika tegangan penuh terukur U diberikan secara langsung, arus start Ia akan meningkat tajam, biasanya mencapai 10-20 kali arus terukur. Misalnya, motor DC dengan tegangan pengenal 220V dan resistansi jangkar 1Ω dapat memiliki arus sesaat 220A saat dinyalakan dengan tegangan penuh, sementara arus pengenalnya mungkin hanya 15A, dan faktor penguatan arus jauh melampaui rentang aman.
Kedua, arus start yang sangat besar akan menyebabkan berbagai bahaya fatal bagi motor itu sendiri dan sistem catu daya. Bagi motor, di satu sisi, arus yang berlebihan akan membuat belitan jangkar menanggung gaya listrik yang sangat besar. Menurut rumus gaya Ampere, gaya listrik sebanding dengan kuadrat arus. Arus 10 kali arus pengenal akan menghasilkan gaya listrik 100 kali nilai pengenal, yang sangat mudah menyebabkan belitan berubah bentuk dan lapisan insulasi putus, yang mengakibatkan hubung singkat antar-belitan. Di sisi lain, arus yang meningkat pesat dalam waktu singkat akan menghasilkan panas Joule yang besar pada belitan, menyebabkan suhu naik tajam, melebihi batas ketahanan panas bahan insulasi, yang mengakibatkan penuaan insulasi atau bahkan terbakar. Bagi sistem catu daya, arus start yang sangat besar akan menyebabkan tegangan jaringan turun secara tiba-tiba, membentuk "kejutan tegangan", yang memengaruhi operasi normal peralatan lain dalam jaringan yang sama. Misalnya, hal ini dapat membuat lampu penerangan meredup dan instrumen presisi tidak terkendali. Pada saat yang sama, arus yang besar juga akan menimbulkan busur listrik yang kuat pada komponen kontrol seperti sakelar dan kontaktor, sehingga mempercepat keausan kontak dan bahkan menimbulkan gangguan hubung singkat.
Starter tegangan rendah menekan arus start dari sumber dengan "mengurangi tegangan start awal secara artifisial", dan secara bertahap mengembalikan tegangan pengenal setelah kecepatan motor meningkat, yang sangat cocok dengan karakteristik start motor. Logika intinya adalah: kurangi U pada tahap awal start. Bahkan jika Ea = 0, Ia = U/Ra dapat dikontrol dalam rentang aman (biasanya 1,5-2,5 kali arus pengenal). Saat kecepatan motor n meningkat, Ea meningkat sebanding dengan n. Pada saat ini, U ditingkatkan secara bertahap untuk mempertahankan Ia pada nilai arus yang sesuai dengan torsi start yang sesuai. Hingga motor mencapai kecepatan pengenal, Ea stabil pada gaya gerak listrik balik pengenal. Pada saat ini, U ditingkatkan ke nilai pengenal, dan motor memasuki operasi normal.
Dalam aplikasi praktis, terdapat berbagai metode implementasi untuk penyalaan tegangan rendah. Motor DC kecil sering kali menggunakan "pengurangan tegangan resistansi seri", yang membagi tegangan dengan menghubungkan resistor variabel pada rangkaian jangkar dan secara bertahap memutus resistor tersebut setelah penyalaan. Motor DC besar umumnya menggunakan "pengaturan tegangan thyristor", yang mengontrol tegangan keluaran secara akurat dengan menyesuaikan sudut konduksi thyristor untuk mencapai penyalaan yang halus. Skema ini tidak hanya menghindari bahaya penyalaan tegangan penuh, tetapi juga memastikan torsi yang dibutuhkan untuk penyalaan motor, sehingga aplikasi motor DC dalam produksi industri, transportasi, dan bidang lainnya lebih aman dan andal.
Singkatnya, penyalaan motor DC dengan tegangan rendah bukanlah "operasi yang tidak perlu", melainkan tindakan perlindungan yang diperlukan berdasarkan prinsip kelistrikannya. Intinya adalah menyeimbangkan hubungan antara arus awal dan torsi melalui pengaturan tegangan, yang tidak hanya melindungi motor itu sendiri, tetapi juga memastikan stabilitas sistem catu daya. Hal ini merupakan kunci utama untuk pengoperasian motor DC yang aman.




