DC motorların düşük voltajlı yol verme yöntemine ihtiyaç duymasının temel nedeni, yol verme anındaki elektriksel özellikleri ile mekanik özellikleri arasındaki uyumsuzluktur. Geri elektromotor kuvveti (Ea), yol vermenin ilk aşamasında sıfırdır ve bu da tam voltajla yol verildiğinde nominal değerin çok üzerinde bir yol verme akımına yol açar. Bu da motor hasarı ve devre arızaları gibi bir dizi soruna neden olur. Düşük voltajlı yol verme, yol verme voltajını düşürerek aşırı akımı bastırır ve böylece sistem güvenliğini sağlar. Ayrıntılar üç açıdan açıklanabilir: yol verme akımının oluşum mekanizması, tam voltajda yol vermenin tehlikeleri ve düşük voltajlı yol verme prensibi.
Öncelikle, DC motorların başlangıç akımının anormal artışı “ters elektromotor kuvvetinin olmaması” temel özelliğinden kaynaklanmaktadır. Bir DC motorun armatür devresinin gerilim denge denklemine göre: U = Ea + IaRa, burada U armatüre uygulanan gerilim, Ea armatürün dönüşüyle oluşan ters elektromotor kuvveti, Ia armatür akımı ve Ra armatür sargı direncidir. Motor çalıştığı anda rotor statik bir durumdadır ve armatür iletkeni manyetik alanı kesmediğinden ters elektromotor kuvveti Ea = 0'dır. Bu anda devre denklemi Ia = U/Ra olarak sadeleştirilir. Armatür sargısı bakır telden yapıldığı için direnci Ra genellikle çok küçüktür (küçük DC motorların Ra'sı sadece birkaç ohm'dur ve büyük motorlarınki 1 ohm'dan bile küçüktür). Anma gerilimi U doğrudan uygulanırsa, başlangıç akımı Ia keskin bir şekilde artarak genellikle anma akımının 10-20 katına ulaşır. Örneğin, anma gerilimi 220 V ve armatür direnci 1Ω olan bir DC motor, tam gerilimle çalıştırıldığında anlık 220 A akıma sahip olabilirken, anma akımı yalnızca 15 A olabilir ve akım yükseltme faktörü güvenli aralığın çok ötesindedir.
İkinci olarak, böylesine aşırı yüksek bir başlangıç akımı, motorun kendisi ve güç kaynağı sistemi için birçok ölümcül tehlikeye yol açacaktır. Motor için, bir yandan aşırı akım, armatür sargısının büyük bir elektrik kuvvetine maruz kalmasına neden olacaktır. Amper kuvveti formülüne göre, elektrik kuvveti akımın karesiyle orantılıdır. Nominal akımın 10 katı büyüklüğündeki bir akım, nominal değerin 100 katı büyüklüğünde bir elektrik kuvveti üretecektir; bu da sargının deforme olmasına ve yalıtım tabakasının kopmasına, dolayısıyla da sargılar arası kısa devreye yol açmasına neden olabilir. Öte yandan, kısa sürede hızla artan akım, sargıda çok fazla Joule ısısı üretecek ve sıcaklığın aniden yükselerek yalıtım malzemesinin ısı dayanım sınırını aşmasına ve yalıtımın eskimesine, hatta yanmasına neden olacaktır. Güç kaynağı sistemi için ise, aşırı yüksek başlangıç akımı, şebeke voltajının aniden düşmesine ve aynı şebekedeki diğer ekipmanların normal çalışmasını etkileyen bir "voltaj şoku" oluşmasına neden olacaktır. Örneğin, aydınlatma lambalarının sönmesine ve hassas aletlerin kontrolden çıkmasına neden olabilir. Aynı zamanda büyük akım, anahtar ve kontaktör gibi kontrol elemanlarında güçlü bir elektrik arkı oluşturarak kontakların aşınmasını hızlandıracak ve hatta kısa devre arızalarına neden olacaktır.
Düşük voltajlı çalıştırma, "başlangıçtaki çalıştırma voltajını yapay olarak azaltarak" kaynaktan gelen çalıştırma akımını bastırır ve motor hızı arttıkça nominal voltajı kademeli olarak geri yükler; bu da motorun çalıştırma karakteristikleriyle mükemmel uyum sağlar. Temel mantığı şudur: çalıştırmanın ilk aşamasında U değerini azaltmak. Ea = 0 olsa bile, Ia = U/Ra güvenli bir aralıkta (genellikle nominal akımın 1,5-2,5 katı) kontrol edilebilir. Motor hızı n arttıkça, Ea n ile orantılı olarak artar. Bu sırada, Ia'yı uygun çalıştırma torkuna karşılık gelen akım değerinde tutmak için U kademeli olarak artırılır. Motor nominal hızına ulaşana kadar, Ea nominal geri elektromotor kuvvetinde sabitlenir. Bu sırada U nominal değere yükselir ve motor normal çalışmaya başlar.
Pratik uygulamalarda, düşük voltajlı çalıştırma için çeşitli uygulama yöntemleri mevcuttur. Küçük DC motorlar genellikle, armatür devresine değişken bir direnç bağlayarak gerilimi bölen ve çalıştırma sonrasında direnci kademeli olarak kesen "seri direnç voltaj redüksiyonu" yöntemini kullanır. Büyük DC motorlar ise çoğunlukla, tristörün iletim açısını ayarlayarak çıkış voltajını hassas bir şekilde kontrol eden ve böylece sorunsuz bir çalıştırma sağlayan "tristör voltaj regülasyonu" yöntemini kullanır. Bu yöntemler, tam voltajda çalıştırmanın tehlikelerini ortadan kaldırmanın yanı sıra, motor çalıştırma için gereken torku da sağlayarak DC motorların endüstriyel üretim, ulaşım ve diğer alanlarda kullanımını daha güvenli ve güvenilir hale getirir.
Özetle, DC motorların düşük voltajla çalıştırılması "gereksiz bir işlem" değil, elektriksel prensibine dayanan gerekli bir koruma önlemidir. Özünde, başlangıç akımı ile tork arasındaki ilişkiyi voltaj regülasyonu yoluyla dengelemek yatar; bu, yalnızca motoru korumakla kalmaz, aynı zamanda güç kaynağı sisteminin kararlılığını da sağlar. DC motorların güvenli çalışması için kilit bir bağlantıdır.




