O motor série é um tipo de motor elétrico de corrente contínua (CC) amplamente utilizado em diversas aplicações devido à sua capacidade de gerar alto torque de partida e sua versatilidade em ambientes onde a demanda de potência varia consideravelmente.
Este motor se caracteriza por ter os enrolamentos da armadura e do indutor conectados em série, o que implica que a corrente que circula por ambos é a mesma.
A seguir, serão ampliadas suas características, princípios de funcionamento, vantagens e desvantagens, bem como suas aplicações mais comuns, para proporcionar um entendimento completo deste tipo de motor.
Princípio de funcionamento do motor em série
No motor em série, tanto o enrolamento da armadura quanto o indutor estão conectados em série, o que significa que a corrente que flui através do indutor é a mesma que flui através da armadura. Quando a corrente é fornecida ao motor, ela passa por ambos os componentes, criando um campo magnético no indutor que interage com o campo gerado na armadura. A interação entre esses campos magnéticos é o que produz o movimento rotativo.
O torque do motor gerado pelo motor em série é proporcional ao produto do fluxo magnético e da corrente que flui através da armadura. Como o fluxo magnético também depende da corrente que o atravessa, a relação entre o torque e a corrente do motor é quadrática, o que explica porque este tipo de motor é capaz de produzir um alto torque de partida, mesmo quando a corrente é baixa.
Um dos aspectos mais importantes do motor original é que sua velocidade varia dependendo da carga aplicada. À medida que a carga diminui, a velocidade tende a aumentar consideravelmente, o que pode causar problemas de sobrevelocidade quando o motor está sem carga. Este comportamento particular torna o motor padrão adequado para certas aplicações específicas, mas pouco adequado para outras, como veremos mais adiante.
Características padrão do motor
O motor de excitação série possui uma série de características que o diferenciam de outros tipos de motores de corrente contínua, como o motor de excitação shunt e o motor de excitação composto. Esses recursos tornam o motor padrão particularmente útil em aplicações que exigem partida potente e capacidade de adaptação a variações de carga.
Alto torque de partida
O motor original é conhecido por sua capacidade de gerar torque muito alto na partida. Isso porque quando o motor está parado a corrente que passa pelo indutor é máxima, o que gera um forte campo magnético e, consequentemente, um torque elevado. Esta característica torna o motor série ideal para aplicações onde é necessário partir com carga pesada, como em locomotivas, bondes, guindastes e elevadores.
Velocidade variável
A velocidade de um motor em série varia consideravelmente dependendo da carga que suporta. Quando o motor funciona sem carga, sua velocidade pode aumentar perigosamente, pois a corrente no enrolamento do indutor diminui, reduzindo o campo magnético e aumentando a velocidade. Este fenômeno de sobrevelocidade pode ser prejudicial ao motor e ao sistema como um todo, limitando seu uso em aplicações onde o motor poderia operar em marcha lenta.
Risco de excesso de velocidade
Devido à relação entre fluxo magnético e corrente, quando o motor em série opera sem carga, a velocidade pode aumentar exponencialmente. Isso pode representar um perigo tanto para o motor quanto para os equipamentos a ele conectados, pois a falta de carga significa baixa corrente no indutor e, portanto, mau controle de velocidade. É por esta razão que os motores originais não são adequados para aplicações onde o motor pode operar frequentemente sem carga.
Potência quase constante
Apesar da variabilidade na velocidade do motor original, a potência fornecida por este motor tende a permanecer quase constante em diferentes velocidades. Isto porque qualquer aumento na rotação do motor também provoca uma redução no torque do motor, o que compensa em termos de potência líquida. No entanto, este recurso é útil apenas em aplicações onde a potência constante precisa ser mantida sob diferentes condições de carga.
Estabilidade contra variações de tensão
Uma das vantagens do motor padrão é sua capacidade de lidar com variações na tensão de alimentação. Como a corrente que flui através do indutor e da armadura é a mesma, um aumento na tensão gera um aumento na corrente, que por sua vez aumenta tanto o fluxo magnético quanto a força eletromotriz induzida. Este fenômeno ajuda a estabilizar a intensidade absorvida e a manter o funcionamento do motor em condições relativamente estáveis diante de flutuações na tensão de alimentação.
Vantagens do mecanismo de estoque
As vantagens do motor de excitação em série são notáveis, especialmente em aplicações industriais e de transporte. Os principais estão destacados abaixo:
- Alto torque de partida: Conforme mencionado, uma das principais vantagens deste motor é sua capacidade de gerar alto torque de partida, tornando-o a opção preferida para aplicações que requerem movimentação de grandes massas a partir do repouso.
- Robustez e simplicidade no design: Os motores série costumam ter uma construção simples e robusta, o que facilita sua manutenção e prolonga sua vida útil, principalmente em ambientes industriais onde as condições podem ser adversas.
- Adaptabilidade às variações de carga: Este motor adapta-se bem às variações de carga, tornando-o adequado para aplicações onde as condições de trabalho variam constantemente, como em sistemas de tração elétrica.
- Custo relativamente baixo: Comparado a outros tipos de motores CC, o motor em série é relativamente barato, tanto em termos de compra quanto de manutenção, tornando-o uma opção atraente em muitas aplicações industriais e de transporte.
Desvantagens do motor padrão
Apesar de suas vantagens, o motor original também apresenta algumas desvantagens que devem ser levadas em consideração na hora de selecioná-lo para uma aplicação específica:
- Instabilidade sem carga: A principal desvantagem deste motor é a instabilidade ao operar sem carga. A velocidade excessiva que pode ocorrer nessas condições pode ser perigosa tanto para o motor quanto para os sistemas ao seu redor.
- Dificuldade em controlar a velocidade: O controle preciso da velocidade em um motor padrão é difícil devido à sua natureza de velocidade variável. Em aplicações que exigem controle preciso de velocidade, este tipo de motor pode não ser a melhor escolha.
- Limitações em aplicações com carga variável: Embora o motor padrão seja capaz de lidar com variações de carga, seu comportamento pode ser imprevisível em aplicações com mudanças rápidas e frequentes de carga, o que pode resultar em problemas operacionais.
Usos e aplicações do motor em série
O motor em série é amplamente utilizado em aplicações onde são necessários alto torque de partida e capacidade de adaptação a mudanças na carga. Abaixo estão alguns exemplos de aplicações comuns:
Tração elétrica
Os motores em série são especialmente úteis em aplicações de tração elétrica, como bondes, trens e outros veículos ferroviários. Nestes casos, o elevado binário de arranque é crucial para movimentar os veículos a partir do repouso, e a capacidade de adaptação às variações de carga é essencial para lidar com as mudanças na inclinação do terreno e no número de passageiros.
Guindastes e elevadores
Em ambientes industriais, os motores em série são frequentemente utilizados em guindastes, elevadores e outros equipamentos de elevação. Essas aplicações exigem um motor que possa gerar alto torque de partida para levantar cargas pesadas, e a velocidade variável do motor padrão permite que o desempenho seja ajustado com base na carga.
Veículos elétricos antigos
Embora os motores de corrente alternada (CA) tenham ganhado popularidade nos veículos elétricos modernos, os primeiros veículos elétricos e alguns veículos de tração pesada ainda usam motores originais devido à sua capacidade de gerar alto torque em baixas velocidades.
Exemplos de aplicações inadequadas
Apesar de suas vantagens em determinadas aplicações, o motor padrão não é adequado para todas as situações. Por exemplo, não é recomendado para uso em ferramentas elétricas portáteis, como furadeiras ou serras, devido ao risco de excesso de velocidade quando o motor funciona sem carga. Se, por exemplo, uma furadeira com motor comum terminar a perfuração, a falta de resistência pode fazer com que a velocidade da broca aumente perigosamente, o que pode colocar em risco a segurança do operador.