§ 139. Электродвигатель с последовательным возбуждением

Схема двигателя с последовательным возбуждением показана на рис. 319. У двигателей этого типа обмотки якоря и возбуждения соединены последовательно. Поэтому ток, протекающий по обеим обмоткам двигателя, будет одинаков.

Рис. 319. Электродвигатель с последовательным возбуждением: а - схема устройства, б - электрическая схема соединения и включения в сеть

Так как при малых насыщениях стали магнитопровода двигателя магнитный поток пропорционален току якоря:

то вращающий момент двигателя

можно считать пропорциональным квадрату тока якоря:

Квадратичная зависимость момента вращения от тока в обмотке якоря позволяет двигателю с последовательным возбуждением резко увеличивать с нагрузкой свой момент вращения. Это особенно ценно при пуске двигателя в ход, когда он должен быстро преодолеть инерцию нагрузки на его валу.

У двигателя с параллельным возбуждением момент вращения пропорционален первой степени тока. Поэтому при одинаковом пусковом токе и при прочих равных условиях двигатель с последовательным возбуждением разовьет больший вращающий момент, чем двигатель с параллельным возбуждением.

Скорость вращения двигателя с последовательным возбуждением с нагрузкой резко меняется, так как вместе с изменением тока якоря меняется магнитный поток полюсов. Из формулы

видно, что при постоянном напряжении сети скорость вращения двигателя обратно пропорциональна величине магнитного потока. Поэтому нагруженный двигатель, потребляющий из сети большой ток, имеет значительный магнитный поток и небольшую скорость. При уменьшении нагрузки на валу ток якоря уменьшается, магнитный поток также уменьшается и скорость вращения двигателя увеличивается.

Поэтому, если нагрузку на валу двигателя с последовательным возбуждением сильно уменьшить или снять полностью, ток якоря и поток Φ сильно уменьшатся и, как видно из последней формулы, скорость вращения двигателя возрастает до недопустимо большой величины, опасной для механической прочности двигателя. Поэтому работа двигателя с последовательным возбуждением вхолостую или при малой нагрузке недопустима, так как ему грозит "разнос" от чрезмерного повышения скорости вращения. Двигатели этого типа нельзя соединять с механизмом при помощи ремня, так как обрыв или соскакивание ремня приведет к разгрузке и "разносу" двигателя.

Регулировка скорости вращения двигателя с последовательным возбуждением производится или путем изменения напряжения, питающего двигатель, или изменением магнитного потока полюсов. Для регулировки скорости вращения по первому способу в цепь двигателя включают особый регулировочный реостат (помимо пускового) или устанавливают один реостат, который мог бы служить как пусковым, так и регулировочным. Этот способ регулировки неэкономичен, так как в реостатах теряется много энергии на тепло. Регулировку магнитного потока полюсов, а вместе с этим и регулировку скорости двигателя можно производить при помощи реостата, включенного параллельно обмотке возбуждения двигателя. Меняя сопротивление реостата, можно менять ток, ответвляющийся в обмотку возбуждения.

Способность двигателя с последовательным возбуждением развивать большой вращающий момент при пуске в ход используется для электропривода установок электрифицированного транспорта и грузоподъемных механизмов.

Двигатели с последовательным возбуждением применяются в качестве тяговых двигателей электровозов, поездов метрополитена, трамвая, электрических подъемных кранов и т. п.