De belangrijkste reden waarom DC-motoren moeten starten met een verlaagde spanning, ligt in de discrepantie tussen hun elektrische en mechanische eigenschappen op het moment van starten. De tegen-elektromotorische kracht (Ea) is nul in de initiële startfase, wat leidt tot een startstroom die de nominale waarde ver overschrijdt bij starten met volle spanning. Dit veroorzaakt op zijn beurt een reeks problemen, zoals motorschade en circuitstoringen. Starten met verlaagde spanning onderdrukt overmatige stroom door de startspanning te verlagen, waardoor de veiligheid van het systeem wordt gewaarborgd. De details kunnen worden verklaard vanuit drie aspecten: het opwekkingsmechanisme van de startstroom, de gevaren van starten met volle spanning en het principe van starten met verlaagde spanning.
Ten eerste is de abnormale toename van de startstroom van gelijkstroommotoren het gevolg van de kerneigenschap "gebrek aan tegen-elektromotorische kracht". Volgens de spanningsbalansvergelijking van het ankercircuit van een gelijkstroommotor: U = Ea + IaRa, waarbij U de aangelegde spanning over het anker is, Ea de tegen-elektromotorische kracht die wordt gegenereerd door de rotatie van het anker, Ia de ankerstroom en Ra de weerstand van de ankerwikkeling. Op het moment dat de motor start, bevindt de rotor zich in een statische toestand en onderbreekt de ankergeleider het magnetische veld niet, waardoor de tegen-elektromotorische kracht Ea = 0 is. Op dit moment wordt de schakelvergelijking vereenvoudigd tot Ia = U/Ra. Omdat de ankerwikkeling van koperdraad is gemaakt, is de weerstand Ra meestal erg klein (de Ra van kleine gelijkstroommotoren is slechts enkele ohms, en die van grote motoren zelfs minder dan 1 ohm). Als de nominale spanning U direct wordt toegepast, zal de startstroom Ia sterk toenemen, meestal tot 10-20 keer de nominale stroom. Een gelijkstroommotor met een nominale spanning van 220 V en een ankerweerstand van 1 Ω kan bijvoorbeeld een momentstroom van 220 A genereren bij het starten met de maximale spanning, terwijl de nominale stroom slechts 15 A kan bedragen en de stroomversterkingsfactor ver buiten het veilige bereik ligt.
Ten tweede zal een dergelijke extreem hoge aanloopstroom meerdere fatale gevolgen hebben voor de motor zelf en het stroomnet. Enerzijds zal de overmatige stroomsterkte de ankerwikkeling een enorme elektrische kracht laten ondergaan. Volgens de Ampère-krachtformule is de elektrische kracht evenredig met het kwadraat van de stroomsterkte. Een stroomsterkte die 10 keer zo hoog is als de nominale stroomsterkte, genereert een elektrische kracht die 100 keer zo hoog is als de nominale waarde, waardoor de wikkeling gemakkelijk vervormt en de isolatielaag breekt, wat leidt tot kortsluiting tussen de windingen. Anderzijds zal de snel toenemende stroomsterkte in korte tijd veel joule-warmte in de wikkeling genereren, waardoor de temperatuur sterk stijgt en de warmteweerstandsgrens van het isolatiemateriaal wordt overschreden, met veroudering of zelfs verbranding van de isolatie tot gevolg. Voor het stroomnet zal de extreem hoge aanloopstroom ervoor zorgen dat de netspanning plotseling daalt, wat een "spanningsschok" veroorzaakt. Dit beïnvloedt de normale werking van andere apparatuur in hetzelfde net. Het kan bijvoorbeeld de verlichting dimmen en precisie-instrumenten oncontroleerbaar maken. Tegelijkertijd zal de grote stroom ook een sterke elektrische boog veroorzaken op de besturingscomponenten, zoals schakelaars en contactors, waardoor de contacten sneller slijten en er zelfs kortsluitfouten kunnen ontstaan.
Starten met verlaagde spanning onderdrukt de startstroom van de bron door "de initiële startspanning kunstmatig te verlagen" en herstelt geleidelijk de nominale spanning na toename van het motortoerental, wat perfect aansluit bij de startkarakteristieken van de motor. De kernlogica is: verlaag U in de beginfase van het starten. Zelfs als Ea = 0, kan Ia = U/Ra binnen een veilig bereik worden geregeld (meestal 1,5-2,5 keer de nominale stroom). Naarmate het motortoerental n toeneemt, neemt Ea evenredig met n toe. Op dit moment wordt U geleidelijk verhoogd om Ia op de stroomwaarde te houden die overeenkomt met het juiste startkoppel. Totdat de motor het nominale toerental bereikt, stabiliseert Ea op de nominale tegen-elektromotorische kracht. Op dit moment wordt U verhoogd tot de nominale waarde en schakelt de motor over op normaal bedrijf.
In praktische toepassingen bestaan er verschillende implementatiemethoden voor starten met een verlaagde spanning. Kleine gelijkstroommotoren maken vaak gebruik van "serieweerstandsspanningsreductie", waarbij de spanning wordt verdeeld door een variabele weerstand in het ankercircuit aan te sluiten en de weerstand na het starten geleidelijk wordt uitgeschakeld. Grote gelijkstroommotoren maken meestal gebruik van "thyristorspanningsregeling", waarbij de uitgangsspanning nauwkeurig wordt geregeld door de geleidingshoek van de thyristor aan te passen voor een soepele start. Deze systemen vermijden niet alleen de gevaren van starten met een hoge spanning, maar zorgen ook voor het benodigde koppel voor het starten van de motor, waardoor de toepassing van gelijkstroommotoren in industriële productie, transport en andere sectoren veiliger en betrouwbaarder is.
Kortom, het starten van gelijkstroommotoren met een verlaagde spanning is geen "onnodige handeling", maar een noodzakelijke beschermingsmaatregel gebaseerd op het elektrische principe. De kern ervan is het in evenwicht brengen van de verhouding tussen startstroom en koppel door middel van spanningsregeling. Dit beschermt niet alleen de motor zelf, maar zorgt ook voor de stabiliteit van het voedingssysteem. Het is een essentiële schakel voor de veilige werking van gelijkstroommotoren.




