Il motivo principale per cui i motori a corrente continua devono adottare l'avviamento a tensione ridotta risiede nella discrepanza tra le loro caratteristiche elettriche e meccaniche al momento dell'avviamento: la forza controelettromotrice (Ea) è nulla nella fase iniziale dell'avviamento, il che porta a una corrente di avviamento di gran lunga superiore al valore nominale all'avviamento a piena tensione. Questo a sua volta causa una serie di problemi come danni al motore e guasti al circuito. L'avviamento a tensione ridotta sopprime la corrente eccessiva abbassando la tensione di avviamento, garantendo così la sicurezza del sistema. I dettagli possono essere spiegati da tre aspetti: il meccanismo di generazione della corrente di avviamento, i rischi dell'avviamento a piena tensione e il principio dell'avviamento a tensione ridotta.
Innanzitutto, l'aumento anomalo della corrente di avviamento dei motori a corrente continua deriva dalla caratteristica fondamentale della "mancanza di forza controelettromotrice". Secondo l'equazione di bilancio della tensione del circuito di indotto di un motore a corrente continua: U = Ea + IaRa, dove U è la tensione applicata ai capi dell'indotto, Ea è la forza controelettromotrice generata dalla rotazione dell'indotto, Ia è la corrente di indotto e Ra è la resistenza dell'avvolgimento dell'indotto. Al momento dell'avviamento del motore, il rotore è in stato statico e il conduttore dell'indotto non interrompe il campo magnetico, quindi la forza controelettromotrice Ea = 0. A questo punto, l'equazione del circuito si semplifica in Ia = U/Ra. Poiché l'avvolgimento dell'indotto è costituito da filo di rame, la sua resistenza Ra è solitamente molto piccola (la Ra dei piccoli motori a corrente continua è di pochi ohm e quella dei motori di grandi dimensioni è addirittura inferiore a 1 ohm). Se la tensione nominale U viene applicata direttamente, la corrente di avviamento Ia aumenterà bruscamente, raggiungendo solitamente 10-20 volte la corrente nominale. Ad esempio, un motore CC con una tensione nominale di 220 V e una resistenza dell'indotto di 1 Ω può avere una corrente istantanea di 220 A quando si avvia a piena tensione, mentre la sua corrente nominale può essere solo di 15 A e il fattore di amplificazione della corrente è ben oltre l'intervallo di sicurezza.
In secondo luogo, una corrente di avviamento così elevata causerà molteplici rischi fatali al motore stesso e al sistema di alimentazione. Per il motore, da un lato, la corrente eccessiva sottoporrà l'avvolgimento dell'indotto a un'enorme forza elettrica. Secondo la formula della forza di Ampère, la forza elettrica è proporzionale al quadrato della corrente. Una corrente 10 volte superiore alla corrente nominale genererà una forza elettrica 100 volte superiore al valore nominale, che è molto facile da deformare l'avvolgimento e da rompere lo strato isolante, causando un cortocircuito tra le spire. D'altro canto, la corrente che aumenta rapidamente in breve tempo genererà molto calore per effetto Joule nell'avvolgimento, causando un brusco aumento della temperatura, superando il limite di resistenza al calore del materiale isolante, con conseguente invecchiamento dell'isolamento o addirittura bruciatura. Per il sistema di alimentazione, la corrente di avviamento estremamente elevata causerà un calo improvviso della tensione di rete, formando uno "shock di tensione", che compromette il normale funzionamento delle altre apparecchiature collegate alla stessa rete. Ad esempio, potrebbe rendere le lampade più fioche e gli strumenti di precisione fuori controllo. Allo stesso tempo, la corrente elevata genererà anche un forte arco elettrico sui componenti di controllo, come interruttori e contattori, accelerando l'usura dei contatti e causando persino guasti da cortocircuito.
L'avviamento a tensione ridotta sopprime la corrente di avviamento dalla sorgente "riducendo artificialmente la tensione di avviamento iniziale" e ripristina gradualmente la tensione nominale dopo l'aumento della velocità del motore, che corrisponde perfettamente alle caratteristiche di avviamento del motore. La sua logica fondamentale è: ridurre U nella fase iniziale dell'avviamento. Anche se Ea = 0, Ia = U/Ra può essere controllato entro un intervallo di sicurezza (solitamente 1,5-2,5 volte la corrente nominale). All'aumentare della velocità del motore n, Ea aumenta in proporzione a n. A questo punto, U viene gradualmente aumentata per mantenere Ia al valore di corrente corrispondente alla coppia di avviamento appropriata. Finché il motore non raggiunge la velocità nominale, Ea si stabilizza alla forza controelettromotrice nominale. A questo punto, U viene aumentata al valore nominale e il motore entra nel normale funzionamento.
Nelle applicazioni pratiche, esistono vari metodi di implementazione dell'avviamento a tensione ridotta. I piccoli motori a corrente continua utilizzano spesso la "riduzione della tensione di resistenza in serie", che divide la tensione collegando un resistore variabile nel circuito di indotto e interrompe gradualmente il resistore dopo l'avviamento. I grandi motori a corrente continua utilizzano principalmente la "regolazione della tensione a tiristore", che controlla accuratamente la tensione di uscita regolando l'angolo di conduzione del tiristore per ottenere un avviamento fluido. Questi schemi non solo evitano i rischi dell'avviamento a piena tensione, ma garantiscono anche la coppia richiesta per l'avviamento del motore, rendendo l'applicazione dei motori a corrente continua nella produzione industriale, nei trasporti e in altri settori più sicura e affidabile.
In sintesi, l'avviamento a tensione ridotta dei motori a corrente continua non è un'operazione "non necessaria", ma una misura di protezione necessaria basata sul suo principio elettrico. Il suo scopo principale è bilanciare il rapporto tra corrente di avviamento e coppia attraverso la regolazione della tensione, che non solo protegge il motore stesso, ma garantisce anche la stabilità del sistema di alimentazione. È un elemento chiave per il funzionamento sicuro dei motori a corrente continua.




