2.4 他励直流电动机的起动和反转
电动机的起动是指电动机接通电源后，使之从静止状态开始旋转直至稳定运行。电动机在起动瞬间的转矩称为起动转矩，起动瞬间的电枢电流称为起动电流，分别用Tst和Ist表示。
如果他励直流电动机在额定电压下直接起动，由于起动瞬间的转速n=0，电枢电动势Ea=0，所以起动电流为
由于电枢回路电阻Ra很小，所以直接起动时电枢电流很大，可达额定电流的10～20倍。这么大的起动电流将使换向电路的情况恶化，出现强烈火花甚至环火，并使电枢绕组产生很大的电磁力而损坏绕组；过大的起动电流又引起供电电网的电压波动，影响接于同一电网上的其他电气设备的正常工作；如果起动时为额定励磁，则此时的电磁转矩也达到额定转矩的10～20倍，过大的转矩冲击也会损坏拖动系统的传动机构。因此，除个别小容量电动机之外，一般直流电动机是不允许直接起动的。为此，在起动时必须限制起动电流，一般要求起动瞬间的电枢电流不超过额定电流的1.5～10倍。
为了限制起动电流，他励直流电动机的起动通常采用电枢回路串电阻或降低电压起动。无论哪种方法，起动时都应保证电动机的磁通达到最大值，这是因为在同样的电流下，磁通越大，起动转矩越大；而在同样转矩的条件下，磁通大，起动电流则可以小些。
2.4.1 电枢回路串电阻起动
串电阻起动时，需在电枢回路中串接多级起动电阻，并在起动过程中逐级切除。起动电阻的级数越多，起动过程就越快、越平稳，但所需的控制设备越复杂，所以一般起动电阻分为2～5级。图2-24所示为一个3级起动电阻电路图。起动时先合上接触器KMf，保证励磁电路先接通；继而合上接触器KMa，电动机开始起动；随着转速上升，依次合上KM1、KM2，KM3，以逐次切除起动电阻Rst1、Rst2和Rst3，使电动机达到稳定转速。
为了限制起动电流在一定的范围，必须保证起动过程中每次冲击电流都不超过电动机容许的最大电流Ist·max，一般为（1.8～2.5）IN。
下面以图2-24的三级起动方法为例来讨论应该如何选择起动电阻大小和切换级数。图2-25是与图2-24对应的起动特性曲线图。
图2-24 电枢回路串电阻起动
图2-25 三级起动特性
起动时，电动机首先沿着R1=Ra+Rst1+Rst2+Rst3的机械特性从a点升到A点。到达A点时，使触头KM1接通，电阻Rst1被短接，电动机的运行点跃变到B点，沿R2=Ra+Rst2+Rst3的特性升速。当到达C点时，触头KM2闭合，Rst2被短接，电枢总电阻为R3=Ra+Rst3，电动机通过D点向E点升速。到达E点时，触头KM3闭合，Rst3被短接，电枢电路只有电枢电阻Ra，这时电动机沿着固有机械特性从F点上升，当Tem=TL时，电动机在W点稳定运行。
2.4.2 减压起动
当直流电源电压可调时，可采用减压方法起动。起动时，以较低的电源电压起动电动机，起动电流随电源电压的降低而成正比地减小。随着电动机转速的上升，反电动势逐渐增大，再逐渐提高电源电压，使起动电流和起动转矩保持在一定的数值上，可按需实现电动机转速按一定加速度上升。其接线原理和起动工作特性如图2-26所示。
减压起动需专用电源，设备投资较大，但它起动平稳，起动过程能量损耗小，因此得到广泛应用。
2.4.3 他励直流电动机的反转
要使电动机反转，必须改变电磁转矩的方向，而电磁转矩的方向由磁通方向和电枢电流的方向决定。所以，只要将磁通或电枢电流任意一个参数改变方向，电磁转矩即可改变方向，实现电动机的反转。具体做法是：将励磁绕组接到电源的两端对调，或者将电枢绕组接到电源的两端对调。需要注意的是由于他励直流电动机的励磁绕组匝数多、电感大，励磁电流从正向额定值到反向额定值的时间长，反向过程缓慢，而且在励磁绕组反接断开瞬间，绕组中将产生很大的自感电动势，可能造成绝缘击穿，所以实际应用中大多采用改变电枢电压极性的方法来实现电动机的反转。但在电动机容量很大、对反转速度变化要求不高的场合，为了减小控制电器的容量，可釆用改变励磁绕组极性的方法实现电动机的反转。
图2-26 他励直流电动机减压起动时的机械特性
a）接线图 b）机械特性