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La modalità di eccitazione di un motore a corrente continua determina direttamente la sorgente del campo magnetico e le caratteristiche operative. Chiarire la classificazione delle diverse modalità di eccitazione e le loro caratteristiche prestazionali è fondamentale per comprendere come il motore si adatta alle diverse condizioni di lavoro e fornisce anche una base importante per la selezione nelle applicazioni pratiche.
Le modalità di eccitazione dei motori a corrente continua sono classificate principalmente in base al rapporto di connessione tra l'avvolgimento di campo e l'avvolgimento di indotto. Le tipologie più comuni includono eccitazione separata, eccitazione in derivazione, eccitazione in serie ed eccitazione composta, con differenze significative nelle caratteristiche prestazionali tra ciascuna tipologia:
In primo luogo, il motore CC a eccitazione separata. Il suo avvolgimento di campo è completamente indipendente dall'avvolgimento di indotto. La corrente di campo è fornita da una fonte di alimentazione CC esterna indipendente e non ha alcuna correlazione con la tensione o la corrente di indotto. In termini di caratteristiche prestazionali, il flusso magnetico principale del motore a eccitazione separata è stabile e non influenzato dalle variazioni della corrente di indotto. Pertanto, la stabilità della velocità è elevata e, anche in caso di fluttuazioni del carico, la variazione di velocità è minima. Allo stesso tempo, l'aumento di velocità a campo debole può essere ottenuto regolando in modo indipendente la corrente di campo, oppure la regolazione graduale della velocità al di sotto della velocità nominale può essere realizzata regolando la tensione di indotto, con conseguente ampio intervallo di regolazione della velocità ed elevata precisione. Tuttavia, questo tipo di motore richiede una fonte di alimentazione di eccitazione indipendente aggiuntiva, il che comporta un costo dell'attrezzatura relativamente elevato. È adatto a scenari con requisiti rigorosi in termini di stabilità della velocità e precisione di regolazione della velocità, come l'azionamento di mandrini di macchine utensili di precisione e dinamo tachimetriche a corrente continua.
In secondo luogo, il motore CC a eccitazione shunt. L'avvolgimento di campo è collegato in parallelo all'avvolgimento di indotto attraverso la stessa sorgente di alimentazione CC. La corrente di campo è determinata dalla tensione di alimentazione e non ha alcuna relazione con la corrente di indotto. Le sue prestazioni sono simili a quelle del motore a eccitazione separata. Il flusso magnetico principale è relativamente stabile, la velocità è meno influenzata dal carico e le caratteristiche operative sono stabili. Inoltre, non richiede una sorgente di alimentazione di eccitazione indipendente, quindi la struttura dell'apparecchiatura è più semplice e il costo è inferiore a quello del motore a eccitazione separata. Tuttavia, è opportuno notare che se l'avvolgimento di shunt viene improvvisamente scollegato, il flusso magnetico principale diminuirà drasticamente e la velocità dell'indotto aumenterà significativamente, causando un incidente "fuori controllo". Pertanto, nelle applicazioni pratiche, è necessario installare un dispositivo di protezione del circuito di campo. Il motore a eccitazione shunt è adatto a scenari in cui la variazione di carico è ridotta e vi sono determinati requisiti di stabilità della velocità, come l'azionamento di pompe idrauliche, ventilatori e nastri trasportatori.
In terzo luogo, il motore CC con eccitazione in serie. L'avvolgimento di campo è collegato in serie con l'avvolgimento di indotto, quindi la corrente di campo è uguale alla corrente di indotto. Il flusso magnetico principale di questo tipo di motore varia significativamente con la corrente di indotto (carico): quando il carico aumenta, la corrente di indotto aumenta, il flusso magnetico principale si rafforza e la velocità diminuisce bruscamente; quando il carico diminuisce, la corrente di indotto diminuisce, il flusso magnetico principale si indebolisce e la velocità aumenta significativamente. Questa è la caratteristica di "alta velocità a basso carico e bassa velocità a carico pesante". Allo stesso tempo, quando il motore con eccitazione in serie si avvia, la corrente di indotto è elevata e il flusso magnetico principale è forte, quindi ha un'elevata coppia di spunto ed è adatto a scenari che richiedono l'avviamento con un carico pesante. Tuttavia, a causa della forte fluttuazione di velocità con il carico e della tendenza alla "fuga" a basso carico, il motore con eccitazione in serie non è adatto a situazioni che richiedono elevati requisiti di stabilità della velocità. Viene utilizzato principalmente in apparecchiature che richiedono un'elevata coppia di avviamento e consentono variazioni di velocità, come i motori di trazione dei veicoli elettrici, i meccanismi di sollevamento delle gru e gli utensili elettrici.
In quarto luogo, il motore CC a eccitazione composta. Questo tipo di motore presenta sia un avvolgimento in derivazione che un avvolgimento in serie. Il flusso magnetico principale è regolato dalla sovrapposizione delle forze magnetomotrici dei due avvolgimenti. Si divide in due tipologie: eccitazione composta cumulativa (la forza magnetomotrice dell'avvolgimento in serie è nella stessa direzione di quella dell'avvolgimento in derivazione) ed eccitazione composta differenziale (le direzioni sono opposte). Tra queste, il motore a eccitazione composta cumulativa è il più ampiamente utilizzato. Il suo flusso magnetico principale è determinato principalmente dall'avvolgimento in derivazione (per garantire la stabilità della velocità di base), mentre l'avvolgimento in serie può rafforzare il flusso magnetico principale all'aumentare del carico, aumentando così la coppia elettromagnetica. Combina i vantaggi del motore a eccitazione composta (velocità stabile) e del motore a eccitazione in serie (elevata coppia di spunto). L'intervallo di variazione di velocità con il carico è compreso tra quello del motore a eccitazione composta in derivazione e quello del motore a eccitazione in serie. È adatto a scenari in cui il carico varia notevolmente e sono richieste sia una velocità stabile che un'elevata coppia di spunto, come i sistemi di propulsione navale e l'azionamento di grandi compressori. Per il motore a eccitazione composita differenziale, all'aumentare del carico, il flusso magnetico principale si indebolisce e la velocità aumenta, con conseguente scarsa stabilità operativa, motivo per cui è raramente utilizzato nelle applicazioni pratiche.
