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El modo de excitación de un motor de CC determina directamente su fuente de campo magnético y sus características de funcionamiento. Aclarar la clasificación de los diferentes modos de excitación y sus características de rendimiento es crucial para comprender cómo se adapta el motor a diferentes condiciones de trabajo y proporciona una base importante para la selección en aplicaciones prácticas.
Los modos de excitación de los motores de CC se clasifican principalmente según la relación de conexión entre el devanado de campo y el devanado de inducido. Los tipos comunes incluyen excitación independiente, excitación en derivación, excitación en serie y excitación compuesta, con diferencias significativas en las características de rendimiento entre cada tipo:
En primer lugar, el motor de CC con excitación independiente. Su devanado de campo es completamente independiente del devanado de inducido. La corriente de campo se suministra mediante una fuente de alimentación de CC externa e independiente de la tensión ni de la corriente de inducido. En cuanto a sus características de rendimiento, el flujo magnético principal del motor con excitación independiente es estable y no se ve afectado por las variaciones de la corriente de inducido. Por lo tanto, la estabilidad de velocidad es alta, e incluso si la carga fluctúa, la variación de velocidad es pequeña. Al mismo tiempo, se puede lograr un aumento de velocidad de campo débil ajustando independientemente la corriente de campo, o una regulación suave de la velocidad por debajo de la velocidad nominal ajustando la tensión de inducido, lo que resulta en un amplio rango de regulación de velocidad y una alta precisión. Sin embargo, este tipo de motor requiere una fuente de alimentación de excitación independiente adicional, lo que implica un coste de equipo relativamente alto. Es adecuado para escenarios con requisitos estrictos de estabilidad y precisión de regulación de velocidad, como el accionamiento de husillos de máquinas herramienta de precisión y tacogeneradores de CC.
En segundo lugar, el motor de CC con excitación en derivación. El devanado de campo está conectado en paralelo con el devanado del inducido a través de la misma fuente de alimentación de CC. La corriente de campo está determinada por la tensión de alimentación y no guarda relación con la corriente del inducido. Su rendimiento es similar al del motor con excitación independiente. El flujo magnético principal es relativamente estable, la velocidad se ve menos afectada por la carga y las características de funcionamiento son estables. Además, no requiere una fuente de alimentación de excitación independiente, por lo que la estructura del equipo es más sencilla y el coste es menor que el del motor con excitación independiente. Sin embargo, cabe destacar que si el devanado de derivación se desconecta repentinamente, el flujo magnético principal disminuirá bruscamente y la velocidad del inducido aumentará significativamente, provocando un accidente de "desboque". Por lo tanto, en aplicaciones prácticas, se debe instalar un dispositivo de protección del circuito de campo. El motor con excitación en derivación es adecuado para situaciones donde la variación de carga es pequeña y se requieren ciertos requisitos de estabilidad de velocidad, como el accionamiento de bombas de agua, ventiladores y cintas transportadoras.
En tercer lugar, el motor de CC con excitación en serie. El devanado de campo está conectado en serie con el devanado de inducido, por lo que la corriente de campo es igual a la corriente de inducido. El flujo magnético principal de este tipo de motor cambia significativamente con la corriente de inducido (carga): cuando la carga aumenta, la corriente de inducido aumenta, el flujo magnético principal se intensifica y la velocidad disminuye drásticamente; cuando la carga disminuye, la corriente de inducido disminuye, el flujo magnético principal se debilita y la velocidad aumenta significativamente. Esta es la característica de "alta velocidad con carga ligera y baja velocidad con carga pesada". Al mismo tiempo, cuando el motor con excitación en serie arranca, la corriente de inducido es alta y el flujo magnético principal es fuerte, por lo que tiene un gran par de arranque y es adecuado para situaciones que requieren arranque con una carga pesada. Sin embargo, debido a la fuerte fluctuación de velocidad con la carga y la tendencia a la "fuga" con carga ligera, el motor con excitación en serie no es adecuado para situaciones con altos requisitos de estabilidad de velocidad. Se utiliza principalmente en equipos que requieren un gran par de arranque y permiten fluctuaciones de velocidad, como el motor de tracción de vehículos eléctricos, el mecanismo de elevación de grúas y herramientas eléctricas.
En cuarto lugar, el motor de CC de excitación compuesta. Este tipo de motor cuenta con un devanado en derivación y un devanado en serie. El flujo magnético principal se ajusta mediante la superposición de las fuerzas magnetomotrices de ambos devanados. Se divide en dos tipos: excitación compuesta acumulativa (la fuerza magnetomotriz del devanado en serie tiene la misma dirección que la del devanado en derivación) y excitación compuesta diferencial (las direcciones son opuestas). Entre ellos, el motor de excitación compuesta acumulativa es el más utilizado. Su flujo magnético principal está determinado principalmente por el devanado en derivación (para garantizar la estabilidad de la velocidad básica), y el devanado en serie puede intensificar el flujo magnético principal cuando aumenta la carga, incrementando así el par electromagnético. Combina las ventajas del motor de excitación en derivación (velocidad estable) y del motor de excitación en serie (gran par de arranque). El rango de variación de velocidad con la carga se encuentra entre el del motor de excitación en derivación y el del motor de excitación en serie. Es adecuado para escenarios donde la carga varía considerablemente y se requiere una velocidad estable y un alto par de arranque, como en sistemas de propulsión naval y el accionamiento de compresores de gran tamaño. En el motor de excitación compuesta diferencial, al aumentar la carga, el flujo magnético principal se debilita y, en cambio, aumenta la velocidad, lo que resulta en una baja estabilidad operativa, por lo que rara vez se utiliza en aplicaciones prácticas.
