В ряде случаев, особенно в крановых установках, естествен­ные схемы включения электродвигателей последовательного возбуждения не отвечают требованиям приводов. В частности, они не дают возможности получить достаточно жесткие меха­нические характеристики при низких скоростях в двигательном режиме, не обеспечивают получения генераторного режима, не предотвращают разноса электродвигателя на холостом ходу. Поэтому применяются различные искусственные схемы включе­ния электродвигателей, что позволяет получить требуемые ха­рактеристики.

Одной из распространенных схем искусственного включения электродвигателей последовательного возбуждения является схема с шунтированием обмотки якоря (рис. 27, а), которая довольно часто применяется в крановых установках. Благодаря шунтирующему сопротивлению R, ток в обмотке возбуждения не может быть равным нулю даже в случае полной разгрузки электродвигателя, что предотвращает его разнос при М ? 0. Из схемы видно, что магнитный поток электродвигателя зави­сит не от тока якоря, который при М = 0 тоже равен нулю, а от тока I_п, На основании законов Кирхгофа для цепи электродви­гателя можно составить следующие уравнения:

где R — сопротивление, равное сумме сопротивлений обмотки возбуждения и дополнительного сопротивления, вклю­ченного в цепь последовательно.

Путем совместного решения уравнений (62) и (63) нетрудно получить выражение, связывающее токи I_п и I_я;

Таким образом, в случае работы электродвигателя вхолостую (I_я = 0)

Поэтому магнитный поток при холостом ходе не равен нулю, и электродвигатель имеет конечную скорость холостого хода, ко­торая может быть найдена из уравнения искусственной скоростной характеристики, полученной путем совместного решения уравнений (62), (63), (64):

Последнее выражение показывает, что искусственные харак­теристики при включении электродвигателя по схеме, приведен­ной на рис. 27,а, пересекают ось ординат в определенных точ­ках, соответствующих конечным скоростям п₀, причем чем мень­шее сопротивление включено параллельно якорю, тем меньше скорость По и тем жестче становится характеристика (рис. 27,б). Уменьшение сопротивления R также вызывает увеличение жест­кости характеристик (рис. 27, в).

В крановых схемах часто при переходе с одного положения контроллера на другое изменяют как R, так и R_ш, что дает возможность получить нужные характеристики и в двигательном, и в генераторном режимах.

На рис. 28, а приведена другая часто применяемая в крано­вых установках схема искусственного включения электродвига­теля, в которой шунтирующее сопротивление включено парал­лельно якорю и обмотке возбуждения. При таком включении обмоток и сопротивлений по законам Кирхгофа можно соста­вить такие же уравнения, как и для предыдущей схемы. В них R_я будет сопротивление, равное сумме сопротивлений обмоток якоря и возбуждения.

Однако хотя уравнение (67) скоростных характеристик яв­ляется общим для обеих схем, сами скоростные характеристики существенно отличаются друг от друга.

Вполне понятно, что вторая схема не обеспечивает работы электродвигателя вхолостую, она не обеспечивает также воз­можности использования генераторного режима, так как при снижении нагрузки, когда I_я ? 0, Ф ? 0, п ??.

Уравнение (67) показывает, что при изменении нагрузки ско­рость меняется за счет изменения падения напряжения на сопротивлении R_я + R_ш R / R_ш + R и магнитного потока электродвигате­ля. Так как R_ш R / R_ш + R < 0, то скоростные и механические характеристики получаются более мягкими, чем естественная характеристика электродвигателя, но более жесткими, чем искусствен­ная характеристика при наличии сопротивления R и отсутствии сопротивления R_ш, т. е. при обычной схеме включения электро­двигателя (см. рис. 22, в).

Очевидно, что жесткость характеристик должна повышаться как при уменьшении сопротивления R_ш (рис. 28, б), так и при уменьшении сопротивления R (рис. 28, в), а также по мере на­сыщения магнитной цепи электродвигателя. Когда R_ш = ?, характеристика соответствует обычной схеме включения элек­тродвигателя с сопротивлением в цепи якоря, равным R. При R = 0 получается естественная характеристика электродвигателя:

Таким образом, данная искусственная схема включения электродвигателя последовательного возбуждения не обеспечи­вает генераторного режима, не позволяет работать ему вхоло­стую. Основным ее преимуществом следует считать возмож­ность получения низких устойчивых скоростей, например, при подъеме и спуске тяжелых грузов (в режиме противозаключения), при ограниченных перемещениях стрелы или всего крана и в других случаях. Чаще всего схемы, приведенные на рис. 27, а и 28, а, используются при подъеме грузов, так как при включении электродвигателя по схеме на рис. 28, а невозможен генераторный режим, а при включении по схеме на рис. 27, а момент в генераторном режиме ограничен сравнительно неболь­шим опрокидывающим моментом (см. рис. 27,б и в).

Для спуска грузов применяется схема, изображенная на рис. 29, а, позволяющая опускать легкие грузы или грузозахватное приспособление в двигательном режиме, а тяжелые грузы — в генераторном режиме, не имеющем ограничений по моменту. Приведенные для данной схемы на рис. 29, б, в, г характери­стики могут быть построены по общему уравнению (67). Эти характеристики полностью подтверждают сказанное выше.

Изменение направления вращения. Для изменения направ­ления вращения любого электродвигателя необходимо изме­нить направление развиваемого им вращающего момента. Согласно выражению (29) осуществить это можно либо измене­нием направления тока в обмотке возбуждения, либо в обмот­ке якоря (рис. 30). На практике чаще применяется второй вари­ант, обеспечивающий более быстрое изменение направления вращения электродвигателя.