При постоянном токе пусковой реостат включается последовательно с обмоткой якоря электродвигателя. Сопротивление обмотки якоря очень незначительно (оно измеряется сотыми или десятыми долями ома), и если бы в момент пуска электродвигателя в ход подключить ее непосредственно к сети на полное напряжение последней, то по обмотке пройдет очень большой ток, который может сжечь изоляцию обмотки. Вводя последовательно обмотке якоря пусковой реостат, мы увеличиваем сопротивление цепи и, следовательно, уменьшаем проходящий в обмотке ток.
Когда якорь вследствие взаимодействия между проходящим по его обмотке током и магнитным полем приходит во вращение, то в обмотке якоря, последовательно с которой в первый момент бывает включено все сопротивление пускового реостата, возникает противоэлектродвижущая сила. Ток в обмотке якоря определяется разностью напряжения на зажимах двигателя и противоэлектродвижущей силы (U — Е): чем меньше эта разность, тем меньше ток в цепи якоря; с увеличением скорости вращения ротора двигателя растет и противоэлектродвижущая сила, поэтому разность U — Е уменьшается. Вследствие этого возрастание тока в обмотке и увеличение скорости вращения якоря прекращаются.
Якорь вращается со скоростью, меньшей нормальной. Тогда передвижением рукоятки пускового реостата выводят часть (секцию или ступень) его сопротивления из цепи якоря. Вследствие этого ток в якоре возрастает, увеличивается скорость вращения якоря и растет противоэлектродвижущая сила, уменьшается ток и устанавливается новая (большая чем первая) скорость вращения ротора. Затем выводят из цепи якоря следующую ступень реостата и т. д., пока все сопротивление реостата не будет выведено из цепи якоря. При полностью выведенном сопротивлении реостата электродвигатель развивает полное (нормальное) число оборотов, противоэлектродвижущая сила достигает наибольшего значения, и ток в якоре, даже при выведенном сопротивлении, не достигает значений, угрожающих изоляции обмотки.
Таким образом, в начале пуска электродвигателя в ход пусковой реостат должен быть полностью введен в цепь якоря, а к концу пуска — полностью выведен. Пуск электродвигателя занимает лишь несколько секунд. Пусковой реостат не рассчитан на длительное прохождение по нему тока, поэтому оставлять долго ту или иную ступень (секцию) его под током нельзя. Однако и слишком быстрое выведение реостата из цепи якоря также недопустимо, так как изоляция обмотки якоря может при этом сгореть. Передвигать рукоятку реостата следует не слишком быстро, плавно, без рывков.
При реостатном управлении регулирование скорости электродвигателя осуществляется путем изменения его магнитного потока.
Рассмотрим соединение регулировочного реостата с двигателем параллельного возбуждения, изображенное на рис. 1.
Рис. 1. Соединение регулировочного реостата с двигателем параллельного возбуждения
В показанном на рисунке положении ток от одного зажима Я1 электродвигателя идет по обмотке возбуждения Ш2 — Ш1, поступает в клемму реостата Ш, а отсюда через рукоятку реостата, плоское контактное кольцо и клемму Л возвращается ко второму полюсу Я2 двигателя. При этом ток не проходит по спиралям реостаа сопротивление реостата, как говорят, выведено. Поэтому по обмотке возбуждения Ш1 — Ш2 будет протекать полный намагничивающий ток. Если же передвинуть рукоятку реостата по часовой стрелке, то в цепь возбуждения окажется включенной часть сопротивления реостата. Тогда сила тока возбуждения и магнитный поток уменьшатся, скорость вращения якоря возрастет.
В тех случаях, когда необходимо во время работы увеличивать и уменьшать скорость вращения приводимого механизма, применяется электродвигатель с номинальным числом оборотов, несколько меньшим, чем требуется для нормальной работы машины (станка, насоса и т. д.). Так, если показанный на рис. 1 электродвигатель имеет номинальное число оборотов, меньшее, чем требуется для нормальной работы приводимого механизма, то, поставив рукоятку регулировочного реостата вертикально (заштрихованным концом вверх), т. е. введя в цепь обмотки возбуждения половину сопротивления реостата, мы тем самым увеличим скорость двигателя до нормальной. А когда потребуется изменить эту скорость, то мы можем: а) двигая рукоятку реостата влево, уменьшить скорость двигателя, так как при этом мы уменьшаем сопротивление цепи возбуждения, т. е. увеличиваем ток возбуждения и, следовательно, создаваемый последним магнитный поток, б) двигая рукоятку реостата вправо, увеличить число оборотов, так как при этом мы увеличиваем сопротивление цепи возбуждения, т. е. уменьшаем ток возбуждения и, следовательно, магнитный поток.
Для регулирования скорости вращения двигателя последовательного возбуждения путем изменения магнитного потока регулировочный реостат соединяется с электродвигателем так, как показано на рис. 2. Регулировочный реостат R включается параллельно обмотке возбуждения Rдв. Ток сети I, пройдя через якорь Я, разветвляется: часть его Iдв проходит в обмотке возбуждения и часть Iд — в сопротивлении реостата. При уменьшении сопротивления реостата ток в обмотке возбуждения уменьшится и скорость двигателя увеличится. Надо заметить, что регулирование этим способом скорости вращения двигателя последовательного возбуждения сопровождается гораздо большей потерей электроэнергии, чем регулирование скорости двигателя параллельного возбуждения, т.к. величина тока, проходящего в регулировочном реостате двигателя последовательного возбуждения, достигает сравнительно большой величины. Сам реостат получается при этом громоздким и более дорогим, чем регулировочный реостат двигателя параллельного возбуждения.
Рис. 2. Регулирование скорости вращения двигателя последовательного возбуждения
Рис. 3. Принципиальная схема присоединения к сети двигателя параллельного возбуждения
Регулировочные реостаты применяются не всегда, так как в целом ряде случаев регулирования скорости двигателей не требуется.
На рис.3 приведена упрощенная принципиальная схема присоединения к сети двигателя параллельного возбуждения. Двигатель присоединяется к сети через двухполюсный рубильник и следующий за рубильником двухполюсный предохранитель (для того чтобы в случае перегорания плавкой вставки предохранителя можно было разомкнуть рубильник и заменить перегоревшую вставку новой, не подвергаясь опасности поражения электрическим током). Включенный последовательно с обмоткой якоря пусковой реостат имеет холостой контакт а. При подготовке двигателя к пуску в ход рукоятка пускового реостата обязательно должна быть установлена на холостом контакте, при этом цепь реостата (и, следовательно, цепь якоря) разомкнута. При пуске двигателя в ход сначала замыкают двухполюсный рубильник, а затем рукоятку реостата переводят с холостого контакта на ближайший к нему рабочий контакт, замыкая цепь якоря.
Одновременно с этим обмотка возбуждения оказывается подключенной на полное напряжение сети через изогнутую планку реостата в.
Перемещая затем рукоятку пускового реостата вправо не слишком быстрым, плавным движением, устанавливают ее на последнем рабочем контакте б, т. е. постепенно выводят все сопротивление реостата из цепи якоря, вследствие чего скорость двигателя достигает номинальной величины.
При остановке двигателя рекомендуется отключить его от сети пусковым реостатом, для чего переводят рукоятку его быстрым движением на холостой контакт и тем самым разрывают цепь якоря, после чего размыкают рубильник. Если соединить проводником л контактную планку с первым рабочим контактом, то при переводе рукоятки реостата на холостой контакт мы не разрываем цепь обмотки возбуждения: она оказывается при этом замкнутой через реостат на обмотку якоря. Вследствие этого электродвижущая сила самоиндукции не может достигнуть значительной величины, и следовательно, опасность пробоя изоляции обмотки возбуждения устраняется.
Очень часто при остановке двигателя размыкают сначала рубильник, а затем уже переводят рукоятку реостата на холостой контакт.
Рис. 4. Реостатный пуск для асинхронных двигателей с фазным ротором
При любом из этих двух способов рукоятка пускового реостата после остановки двигателя обязательно должна оставаться на холостом контакте для того, чтобы при новом пуске двигателя в ход не могло быть произведено ошибочного включения его в сеть при выведенном из цепи якоря реостате. Существуют пусковые реостаты, снабженные автоматическим устройством, переводящим рукоятку на холостой контакт, когда двигатель останавливается или исчезает напряжение в сети.
Реостатный пуск у электродвигателей переменного тока применяется для асинхронных двигателей с фазным ротором (рис. 4). При пуске такого двигателя сначала замыкается рубильник, включающий в сеть обмотки статора, затем постепенно выводят сопротивление реостата. В конечном его положении обмотки ротора замыкаются накоротко, а электродвигатель развивает номинальное число оборотов.
