Основным преимуществом электродвигателей с параллель­ным возбуждением является возможность широкого и плавного регулирования их скорости вращения.

Уравнения, выведенные в особенностях электродвигателей постоянного тока, показывают, что искусствен­ная регулировка скорости вращения может производиться тремя способами: изменением сопротивления якорной цепи, изменением магнитного потока и изменением напряжения, под­водимого к якорю.

Регулирование скорости вращения изменением сопротивления якорной цепи. Для регулирования скорости вращения электро­двигателя в цепь якоря последовательно включают дополни­тельные сопротивления (см. рис. 10). Уравнение (30) показы­вает, что каждому новому значению дополнительного сопро­тивления соответствует своя искусственная механическая характеристика. То же самое относится и к скоростным харак­теристикам. Анализ этого уравнения показывает, что между сопротивлением якорной цепи и скоростью вращения сущест­вует линейная зависимость, т. е. при любом значении R ха­рактеристики электродвигателя остаются прямолинейными и при холостом ходе проходят через точку п = п₀. Очевидно, чем вы­ше величина дополнительного сопротивления, тем мягче искус­ственная характеристика электродвигателя (рис. 12). Это означает, что при одной и той же нагрузке скорость электро­двигателя тем ниже, чем выше величина дополнительного сопротивления, включенного в якорную цепь. Уменьшение скорости объясняется дополнительным падением напряжения в добавочном сопротивлении.

Процесс перехода от одной скорости к другой происходит следующим образом. Допустим, электродвигатель, развивая мо­мент М = М_с, работает устойчиво на естественной характеристике а в точке 1 (контакты 1У, 2У и 3У на рис. 10 замкнуты). Если необходимо снизить скорость вращения электродвигате­ля, размыкают контакт 1У и тем самым в цепь якоря вводят дополнительное сопротивле­ние R₁. Согласно уравне­нию (30) электродвигатель должен перейти на характери­стику b, соответствующую но­вому значению сопротивления якорной цепи. Электродвига­тель обладает значительной инерцией и при переключении сопротивлений скорость его вращения мгновенно изменить­ся не может. Поэтому в первый момент электродвигатель пере­ходит на работу в соответству­ющей точке 2 на характеристи­ке b. При этом ток якоря и вращающий момент уменьша­ются, нарушается равновесие моментов (М<М_c) и скорость электродвигателя начинает сни­жаться до тех пор, пока снова не восстановится равновесие мо­ментов (М = М_с). Следовательно, устойчивая работа электро­двигателя будет теперь в точке 3 на характеристике b.

Аналогичным образом происходит переход на характери­стики с и d при включении сопротивлений R₂ и R₃.

Для увеличения скорости вращения электродвигателя не­обходимо отключить часть дополнительного сопротивления. На­пример, если электродвигатель устойчиво работает в точке 7 на характеристике d, то при отключении сопротивления R₃ (при замыкании контактов 3У) происходит переход на работу по характеристике с. При этом первоначально (в точке 8) рез­ко увеличивается ток и момент электродвигателя и скорость начинает возрастать. В точке 5 восстанавливается равновесие моментов и увеличение скорости прекращается. При последо­вательном отключении остальных ступеней регулировочного реостата происходит постепенное возрастание скорости враще­ния до величины n­₁.

Данный способ регулирования скорости вращения отличает­ся простотой электрической схемы и применяется сравнитель­но часто для электродвигателей крановых механизмов. Однако ему присущи и некоторые существенные недостатки. В частно­сти, регулирование скорости рассмотренным способом сопро­вождается большими .потерями мощности в реостате. Поэтому стараются применять его лишь в тех случаях, когда мощность электродвигателя невелика или снижение скорости вращения должно быть кратковременным. Большим недостатком явля­ется также громоздкость и высокая стоимость регулировочно­го реостата, который должен быть рассчитан на номинальный ток электродвигателя. Это заставляет уменьшать число ступеней реостата и предусматривать специальные меры для его охлаж­дения.

Регулирование скорости вращения изменением магнитного потока. Если в цепь обмотки возбуждения включить последо­вательно реостат (см. рис. 10), то скорость вращения электро­двигателя с параллельным возбуждением можно регулировать изменением магнитного потока. Для этого необходимо изменять величину сопротивления цепи возбуждения. Изменение сопро­тивления приводит к изменению тока возбуждения и, следова­тельно, к изменению магнитного потока электродвигателя. Очевидно, при отсутствии дополнительного сопротивления в це­пи возбуждения магнитный поток электродвигателя имеет максимальное значение. Ему соответствуют естественные скоро­стная и механическая характеристики.

При введении же дополнительного сопротивления в цепь возбуждения магнитный поток уменьшается, а скорость уве­личивается, причем, различным значениям магнитного потока соответствуют различные искусственные скоростная и механиче­ская характеристики (рис. 13). Уравнения этих характеристик н.ичем не отличаются от уравнений (25) и (29).

Из уравнений вытекает, что характеристики при различных значениях магнитного потока остаются прямолинейными, причем меньшим значениям магнитного потока соответству­ют большие значения скорости холостого хода. По мере сни­жения магнитного потока воз­буждения жесткость характери­стик электродвигателя несколь­ко уменьшается, что объясняет­ся влиянием реакции якоря.

Как было показано, в слу­чае регулирования скорости изменением сопротивления в цепи якоря переход с одной характеристики на другую осущест­вляется практически при постоянной скорости. Это объясняется малой индуктивностью якоря, благодаря чему ток якоря изме­няется практически мгновенно.

Обмотка же возбуждения электродвигателя .параллельного возбуждения обладает значительной индуктивностью. Поэтому в случае регулирования скорости изменением сопротивления цепи возбуждения переход с одной характеристики на другую осуществляется по так называемым динамическим ха­рактеристикам, которые могут быть построены в результате расчета переходных процессов. На рис. 13 динамические харак­теристики показаны пунктирной линией.

Регулирование скорости вращения электродвигателей с па­раллельным возбуждением изменением магнитного потока со­провождается незначительными потерями мощности в регули­ровочном реостате и является экономичным. Незначительные потери дают возможность использовать реостат небольших габаритов и веса, с большим числом регулировочных ступеней, что позволяет получить плавное, практически бесступенчатое регулирование скорости.

Недостатком данного способа регулирования скорости яв­ляется ухудшение коммутации и снижение перегрузочной спо­собности электродвигателя при повышенных скоростях. Скорость же при этом способе регулирования может изменяться только лишь в сторону увеличения по сравнению с номиналь­ной, что сильно ограничивает применение данного способа. При больших нагрузках данный способ регулирования скорости вообще неприменим, так как снижение магнитного потока уменьшает вращающий момент и при переходе к высшей ско­рости может возникнуть недопустимо большой ток.

Регулирование скорости вращения изменением напряжения на зажимах якоря (система генератор—двигатель). В целях ши­рокого и плавного регулирования скорости иногда применяют так называемую систему генератор—двигатель (сокращенно система Г—Д), которая позволяет использовать метод регули­рования скорости изменением напряжения, подводимого к якорю электродвигателя. При питании электродвигателя от сети такой метод совершенно неприменим. Его применение воз­можно лишь при питании электродвигателя от отдельного генератора.

Обычно система Г—Д состоит из приводного двигателя ПД, генератора Г с возбудителем В и исполнительного электродви­гателя ИД (рис. 14). Приводной электродвигатель питается от сети и служит для приведения во вращение генератора. Чаще всего в качестве приводного электродвигателя используется асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, получающий питание от сети трехфазного тока. Он имеет постоянное на­правление вращения и вращается с постоянной скоростью. Ис­полнительный электродвигатель получает питание от генера­тора Г и приводит в действие механизм.

Генератор и исполнительный электродвигатель имеют неза­висимое возбуждение. Их обмотки возбуждения ОВГ и ОВД питаются от возбудителя В, небольшого генератора постоянно­го тока, сидящего на одном валу с приводным электродвигате­лем ПД и генератором Г. Если в цепь обмотки ОВГ включить регулировочный реостат, то, изменяя величину его сопротивле­ния, можно изменять скорость вращения исполнительного элек­тродвигателя, так как при этом будет меняться величина на­пряжения генератора. Действительно, для цепи генератор—двигатель по II закону Кирхгофа можно составить следующее уравнение:

где Е_г и Е_д — соответственно э.д.с. генератора и электродвига­теля;

R_г и R_д — соответственно сопротивление якорей генератора

и электродвигателя. Заменив э. д. с. электродвигателя, согласно выражению (7),. получим

Выражение (41) является уравнением скоростной характери­стики исполнительного электродвигателя в системе Г—Д. За­менив в нем ток якоря выражением (28), получим уравнение механической характеристики

Уравнения (41) и (42) показывают, что путем изменения Е_г можно изменять скорость вращения исполнительного элект­родвигателя. Следовательно, при уменьшении сопротивления регулировочного реостата R_p скорость исполнительного элект­родвигателя будет возрастать, а при увеличении сопротивле­ния—уменьшаться, так как э. д. с. генератора Е_г зависит от величины тока в обмотке ОВГ.

Нетрудно заметить, что механические и скоростные харак­теристики электродвигателя в системе Г—Д представляют со­бой прямые линии. Скорость холостого хода определяется пер­вым членом правой части урав­нения (41) или (42) и не остает­ся постоянной величиной при различных значениях сопротив­ления R_р, т. е. каждому значе­нию сопротивления R_р соответст­вует своя скоростная и механи­ческая характеристики (рис. 15). Эти характеристики являются достаточно жесткими, что позво­ляет при применении специаль­ных регулируемых электродвига­телей получить широкий диапа­зон скоростей в пределах 1 : 100 и более, что является одним из основных положительных качеств системы Г—Д.

Иногда регулировочный реостат включают не только в цепь обмотки ОВГ, но в цепь обмотки возбуждения ИД, что дает воз­можность регулировать скорость вверх от номинальной.

Регулирование скорости по системе Г—Д является весьма экономичным, так как все переключения происходят в цепях обмоток возбуждения, где токи сравнительно невелики. Отно­сительно небольшие мощности и габариты регулировочных реостатов позволяют получить большое число регулировочных ступеней и, следовательно, достаточно плавное регулирование скорости. Возможно также применение реостатов со скользя­щими контактами, что позволяет получить бесступенчатое ре­гулирование скорости.

Система Г—Д очень удобна не только в отношении широты и плавности регулирования скорости. Она позволяет также очень просто производить реверс и торможение исполнительно­го электродвигателя. Так, для осуществления реверса необхо­димо, как известно, изменить полярность на зажимах якоря электродвигателя. Для этого достаточно изменить направление тока в обмотке ОВГ (или в обмотке ОВД). Для осуществления торможения достаточно отключить от возбудителя обмот­ку ОВГ. Небольшие размеры регулировочных реостатов позво­ляют широко использовать дистанционное управление систе­мой Г—Д, что также является большим ее преимуществом.

Основной недостаток системы генератор—двигатель — большое количество электрических машин, высокая стоимость и относительно низкий к. п. д. установки, что, естественно, ограничивает область применения дайной системы.