Atividade 4 - Motores CC Tipos de Excitação

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1. Motor com Excitação Shunt ou em Derivação 
É o tipo mais comum de motor CC. Sua curva característica de torque x carga mostra que o torque aumenta linearmente com o aumento na corrente de armadura. A curva velocidade x carga mostra que a velocidade cai ligeiramente à medida que a corrente na armadura aumenta. A velocidade básica é a velocidade com carga máxima, o seu ajuste é feito inserindo-se uma resistência no campo através de um reostato. Não se pode abrir o circuito de campo de um motor em derivação que está rodando sem carga, porque a velocidade do motor aumenta descontroladamente até o motor queimar.
2. Motor com Excitação Independente
A figura abaixo apresenta o diagrama elétrico de uma máquina CC com excitação independente. A rotação do motor pode ser alterada mantendo o fluxo constante e variando a tensão de armadura (controle de armadura), ou mantendo a tensão de armadura fixa e alterando o fluxo (controle pelo campo). Alterar o fluxo magnético significa modificar a corrente de campo. 
Onde: Vt é a tensão de armadura, IA é a corrente de armadura, VE é a tensão de campo, IE é a corrente de campo, RA é a resistência do circuito da armadura e E é a força contraeletromotriz.
Observando a equação anterior, verificamos que a velocidade pode ser variada através da variação do valor médio da tensão aplicada à armadura, pelo controle da excitação ou pela resistência de armadura. Quando o controle é feito através da variação da tensão da armadura, o campo magnético pode ser mantido constante e no seu valor máximo. Desta forma, o máximo torque pode ser desenvolvido. O enfraquecimento do campo é normalmente utilizado para obter velocidades acima da nominal. Portanto, como pode ser observado na figura abaixo, o controle da tensão de armadura é feito a torque constante enquanto o controle através do enfraquecimento do campo é feito à potência constante.
A figura mostra um motor CC com excitação independente. Como o torque é proporcional ao produto da corrente de armadura pelo fluxo, é aconselhável manter o fluxo em seu nível de projeto, de maneira a minimizar a corrente de armadura. Para a partida, R2 é zero e R1 é um valor tal que mantenha a corrente da armadura dentro de valores seguros. À medida que a armadura acelera a força contra-eletromotriz aumenta de zero a um valor proporcional à velocidade.
Os resistores da figura acima podem ser utilizados para que se obtenha o ajuste da velocidade. A presença de R1 causará uma redução na tensão da armadura e, portanto, uma redução na velocidade. Com uma corrente de campo fixa, a tensão de armadura será aproximadamente proporcional à velocidade. Um enfraquecimento da corrente de campo pela inclusão de R2 reduzirá o fluxo e, portanto, aumentará a velocidade.
3. Motor com excitação série
O enrolamento de campo deste tipo de motor é ligado em série com o enrolamento de armadura, sendo que só haverá fluxo no entreferro da máquina quando a corrente de armadura for diferente de zero (máquina carregada). A velocidade varia de um valor muito alto com uma carga pequena até um valor bem baixo com a carga máxima. Portanto, o motor série pode trabalhar em regimes de sobrecarga, sendo o aumento do consumo de corrente relativamente moderado. Esta propriedade é essencialmente valiosa para a tração elétrica, acionamentos de guindastes etc. Deve-se observar que no caso da redução de carga, a velocidade do motor se torna tão grande que as forças centrífugas podem destruir o seu induzido. Por isso, quando a tensão é nominal, não se deve colocar em funcionamento o motor com uma carga muito reduzida. Os grandes motores em série são geralmente ligados diretamente à carga e não através de correias ou polias. Considerando as relações para o motor CC, a velocidade será:
Existem duas maneiras de se controlar a velocidade de um motor CC série: através da variação do valor médio da tensão da armadura e pelo aumento da resistência da armadura. A figura mostra um conjunto de características torque-velocidade, desprezando Ra. O motor CC série se caracteriza por apresentar um torque de partida elevado. Pode-se verificar que nos motores série o torque é proporcional ao quadrado da corrente. Existem duas maneiras de se controlar a velocidade de um motor CC série: através da variação do valor médio da tensão da armadura e pelo aumento da resistência da armadura. A figura mostra um conjunto de características torque-velocidade, desprezando Ra. O motor CC série se caracteriza por apresentar um torque de partida elevado.
4. Motor com Excitação Composta 
Este tipo associa as características dos motores em derivação e dos motores em série. O motor composto funciona com segurança sem carga. À medida que se adicionam novas cargas, a sua velocidade diminui, e o torque é maior se comparado com o do motor em derivação. A seguir mostramos o circuito equivalente do motor composto em derivação longa. Este tipo de excitação é ideal para acionamentos com variações bruscas de carga (por exemplo, prensas), e para se obtiver um comportamento mais estável da máquina.
Potência Nominal - É a potência que o motor pode fornecer dentro de suas características nominais, em regime contínuo. O conceito de potência nominal, ou seja, a potência que o motor pode fornecer está intimamente ligada à elevação de temperatura do enrolamento. Sabemos que o motor pode acionar cargas de potência bem acima de sua potência nominal. O que acontece, porém, é que, se esta sobrecarga for excessiva, isto é, for exigida do motor uma potência muito acima daquela para a qual for projetado, o aquecimento normal será ultrapassado e a vida do motor será diminuída, podendo ele, até mesmo, queimar-se rapidamente. Aquecimento do Enrolamento - A potência útil fornecida pelo motor na ponta do eixo é menor que a potência que o motor absorve da linha de alimentação, isto é, o rendimento é sempre inferior a 100%. A diferença entre as duas potências representa as perdas que são transformadas em calor, o qual aquece o enrolamento e deve ser dissipado para fora do motor, para evitar que a elevação de temperatura seja excessiva.