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O modo de excitação de um motor CC determina diretamente sua fonte de campo magnético e suas características operacionais. Esclarecer a classificação dos diferentes modos de excitação e suas características de desempenho é crucial para entender como o motor se adapta a diferentes condições de trabalho e também fornece uma base importante para a seleção em aplicações práticas.
Os modos de excitação dos motores CC são classificados principalmente com base na relação de conexão entre o enrolamento de campo e o enrolamento da armadura. Os tipos comuns incluem excitação separada, excitação em derivação, excitação em série e excitação composta, com diferenças significativas nas características de desempenho entre cada tipo:
Primeiro, o motor CC excitado separadamente. Seu enrolamento de campo é completamente independente do enrolamento da armadura. A corrente de campo é fornecida por uma fonte de alimentação CC externa independente e não tem conexão com a tensão ou corrente da armadura. Em termos de características de desempenho, o fluxo magnético principal do motor excitado separadamente é estável e não é afetado por mudanças na corrente da armadura. Portanto, a estabilidade da velocidade é alta e, mesmo que a carga flutue, a mudança de velocidade é pequena. Ao mesmo tempo, o aumento da velocidade de campo fraco pode ser alcançado ajustando-se independentemente a corrente de campo, ou a regulação suave da velocidade abaixo da velocidade nominal pode ser realizada ajustando-se a tensão da armadura, resultando em uma ampla faixa de regulação de velocidade e alta precisão. No entanto, este tipo de motor requer uma fonte de alimentação de excitação independente adicional, o que leva a um custo de equipamento relativamente alto. É adequado para cenários que têm requisitos rigorosos de estabilidade de velocidade e precisão de regulação de velocidade, como o acionamento de fusos de máquinas-ferramenta de precisão e tacogeradores CC.
Em segundo lugar, o motor CC excitado por derivação. O enrolamento de campo é conectado em paralelo com o enrolamento da armadura através da mesma fonte de alimentação CC. A corrente de campo é determinada pela tensão de alimentação e não tem relação com a corrente da armadura. Seu desempenho é semelhante ao do motor excitado separadamente. O fluxo magnético principal é relativamente estável, a velocidade é menos afetada pela carga e as características operacionais são estáveis. Além disso, não requer uma fonte de alimentação de excitação independente, portanto, a estrutura do equipamento é mais simples e o custo é menor do que o do motor excitado separadamente. No entanto, deve-se observar que, se o enrolamento em derivação for desconectado repentinamente, o fluxo magnético principal diminuirá drasticamente e a velocidade da armadura aumentará significativamente, causando um acidente de "descontrole". Portanto, em aplicações práticas, um dispositivo de proteção do circuito de campo deve ser instalado. O motor excitado por derivação é adequado para cenários onde a variação de carga é pequena e há certos requisitos para estabilidade de velocidade, como o acionamento de bombas d'água, ventiladores e transportadores.
Terceiro, o motor CC excitado em série. O enrolamento de campo é conectado em série com o enrolamento da armadura, de modo que a corrente de campo é igual à corrente da armadura. O fluxo magnético principal deste tipo de motor muda significativamente com a corrente da armadura (carga): quando a carga aumenta, a corrente da armadura aumenta, o fluxo magnético principal se fortalece e a velocidade cai bruscamente; quando a carga diminui, a corrente da armadura diminui, o fluxo magnético principal enfraquece e a velocidade aumenta significativamente. Esta é a característica de "alta velocidade com carga leve e baixa velocidade com carga pesada". Ao mesmo tempo, quando o motor excitado em série inicia, a corrente da armadura é grande e o fluxo magnético principal é forte, por isso tem um grande torque de partida e é adequado para cenários que exigem partida com uma carga pesada. No entanto, devido à severa flutuação de velocidade com a carga e à tendência de "descontrole" com carga leve, o motor excitado em série não é adequado para ocasiões que têm altos requisitos de estabilidade de velocidade. É usado principalmente em equipamentos que exigem um grande torque de partida e permitem flutuação de velocidade, como o motor de tração de veículos elétricos, o mecanismo de elevação de guindastes e ferramentas elétricas.
Em quarto lugar, o motor CC excitado por composto. Este tipo de motor possui um enrolamento em derivação e um enrolamento em série. O fluxo magnético principal é ajustado pela superposição das forças magnetomotriz dos dois enrolamentos. É dividido em dois tipos: excitação composta cumulativa (a força magnetomotriz do enrolamento em série está na mesma direção que a do enrolamento em derivação) e excitação composta diferencial (as direções são opostas). Entre eles, o motor excitado por composto cumulativo é mais amplamente utilizado. Seu fluxo magnético principal é determinado principalmente pelo enrolamento em derivação (para garantir a estabilidade da velocidade básica), e o enrolamento em série pode fortalecer o fluxo magnético principal quando a carga aumenta, aumentando assim o torque eletromagnético. Ele combina as vantagens do motor excitado por derivação (velocidade estável) e do motor excitado em série (grande torque de partida). A faixa de variação de velocidade com a carga está entre a do motor excitado por derivação e a do motor excitado em série. É adequado para cenários onde a carga varia muito e são necessários velocidade estável e alto torque de partida, como em sistemas de propulsão de navios e no acionamento de grandes compressores. Para o motor composto diferencial excitado, quando a carga aumenta, o fluxo magnético principal enfraquece e, em vez disso, a velocidade aumenta, resultando em baixa estabilidade operacional, por isso raramente é utilizado em aplicações práticas.
