Электродвигатель с параллельным возбуждением

Двигатель с параллельным возбуждением является наилучшим среди двигателей постоянного тока для привода механизмов, требующих почти постоянной частоты вращения и в то же время экономичного регулирования скорости. Схема этого двигателя показана на рис. 4-25.
Зажимы пускового реостата обозначаются:
Л — присоединяемый к линии (питающей сети);
М — к зажимам обмотки возбуждения ;
Я — к зажимам якоря.
Черными кружками (рис. 4-25) обозначены рабочие контакты, а пропуски между ними соответствуют секциям сопротивлений реостата. Металлическая дуга 3 при работе двигателя постоянно соединяет зажим Л с зажимами шунтового реостата, регулирующего ток возбуждения Iв. Перед замыканием рубильника необходимо убедиться, что рычаг (подвижный контакт) 1 пускового реостата 2 стоит на холостом контакте 0.
Подвижный контакт шунтового реостата в цепи возбуждения должен находиться в крайнем левом положении, при котором сопротивление реостата минимально.
При замыкании рубильника и переводе рычага пускового реостата на первый из рабочих контактов ток I двигателя разветвляется на ток якоря Iя и ток обмотки возбуждения Iв.
Таким образом, ток в питающей цепи

где Iв = ( 1 7 )% Iн.

Первый бросок тока в зависимости от величины пускового сопротивления Iп = ( 1.5 2.0 ) Iн. Под действием начального вращающего момента якорь начинает вращаться и с нарастанием скорости ток якоря уменьшается.
Тогда рычаг пускового реостата, может быть переведен на второй контакт. При этом ток якоря, увеличившись броском, вызовет увеличение вращающего момента и дальнейшее приращение скорости, а затем вновь начинает уменьшаться.
Тогда рычаг реостата переводят на следующий контакт и т. д. Пуск заканчивается, когда все сопротивление выведено и на якорь подано полное напряжение Uн. Сопротивление пускового реостата r_р обычно рассчитано на кратковременную работу пуска и оставлять рукоятку реостата на промежуточных контактах длительно нельзя.
Чем быстрее нарастает противо-э. д. с. якоря, тем скорее, уменьшается ток и тем меньше нагрев обмотки якоря. Поэтому пуск производят всегда при наибольшем токе возбуждения, замыкая, накоротко сопротивление регулировочного реостата (рис. 4-25).
Тогда магнитный поток машины Φ и противо-э. д. с. будут максимальны. Кроме того, электродвигатель при пуске должен развивать повышенный вращающий, момент, а это может быть также при наибольшем магнитном потоке формула (4-8).
Перед отключением двигателя переводят рычаг пускового реостата на нулевой контакт, a затем размыкают рубильник. Этим исключается подгорание контактов рубильника.
Скоростная характеристика двигателя  n = f ( I ) при U = const и Iв = const показана
на рис. 4-26 кривой 1.
При отсутствии механической нагрузки ток холостого хода Iх < 10 % Iн и скорости наибольшая:

так как Iяrя 0.
При увеличении нагрузки (момента сопротивления) на валу двигателя частота вращения падает незначительно,так как автоматическое увеличение вращающего момента происходит за счет увеличения тока в цепи якоря Iя, который согласно уравнению (4-14а) резко возрастает при незначительном уменьшении противо-э. д. с. вследствие малой величины сопротивления цепи якоря rя. Такая характеристика называется жесткой.
При неизменном токе возбуждения магнитный поток Φ можно считать приблизительно постоянным, так как влияние реакции якоря незначительно.
Тогда вращающий момент двигателя

приблизительно пропорционален току I. Поэтому если отложить М но оси абсцисс на рис. 4-26, то получится механическая характеристика двигателя, т. е.
n = f ( M ) при U = const и Iв = const

Очень удобны для пользования рабочие характеристики (рис. 4-27), даваемые в каталогах и описаниях электродвигателя. Это

при Uн = const и Iв = const ,где η - к. п. д. двигателя ,а Р2 - полезная мощность на валу.

Развиваемая на валу мощность двигателя

а вращающий момент

При неизменной частоте вращения зависимость M = f ( Р2 ) была бы прямой линией, проходящей через начало координат. Однако скорость n при увеличении Р2 падает и момент не пропорционален Р2. Ток I при неизменном U пропорционален мощности в цепи питания
P1 = UI. Так как потери двигателя P1 — Р2 малы, то ток I приблизительно пропорционален Р2.

Регулирование скорости двигателя с параллельным возбуждением обычно производится изменением тока возбуждения. Этот способ дает экономичное плавное регулирование в пределах 1 : 1,5, а в специальном исполнении — до 1:8. Регулирование происходит следующим образом.
Вращающий момент двигателя М = c_мIФ, при Ф = const пропорционален току I, а ток

Вследствие малой величины rя падение напряжения в цепи якоря Iяrя невелико. Поэтому при постоянных значениях U и rя ток якоря может значительно возрасти при небольшом уменьшении противо-э. д. с.

Таким образом, если при некоторой постоянной нагрузке (Mвр = Mт) и частоте вращения уменьшить ток возбуждения например на 5%, то. на столько же сразу уменьшатся магнитный поток Ф и противо-э. д. с. E. Это вызовет резкое увеличение тока якоря и вращающего момента, причем избыточный момент пойдет на ускорение вращения якоря. Однако по мере нарастания скорости якоря противо-э. д. с. снова увеличится, ток якоря уменьшится до величины, при которой вращающий момент М = c_мФIя примет прежнее значение. Таким образом, при равенстве Mвр = Mт установится новая постоянная частота вращения, большая прежней.
При таком способе регулирования потери энергии в регулировочном реостате (мощность потерь Pрег = I²вrв) очень малы, так как Iв составляет всего ( 2 5%) Iн.
Этот способ позволяет изменять частоту вращения двигателя в сторону ее увеличения выше номинальной.
Если при неизменной нагрузке на валу двигателя включить добавочное сопротивление rд последовательно с обмоткой якоря, то в первый момент ток якоря уменьшится, отчего уменьшится вращающий момент и, так как момент сопротивления окажется больше, скорость уменьшится. Однако вследствие уменьшения скорости и противо-э. д. с. ток якоря станет возрастать, будет возрастать вращающий момент и при равенстве моментов дальнейшее снижение скорости прекратится. Двигатель будет продолжать работать с постоянной, но пониженной частотой вращения. Этот способ - регулирования неэкономичен вследствие значительных потерь энергии в сопротивлении реостата.