Controle de Velocidade Para Furadeiras (ART2838)

Este artigo é de 1976, mas ainda bastante atual. Ele consiste num controle convencional com SCR para motores universais. Melhorias podem ser feitas como a troca de D1 por um diac.

Como esta secção se destina especificamente ao "hobista" não dotado de conhecimentos prévios ou profundos em eletrônica, damos uma descrição suficientemente pormenorizada dos processos de montagem, identificação e obtenção dos componentes.

Com isso, até mesmo aqueles que nunca realizaram qualquer montagem relacionada com a eletrônica, poderão "aventurar-se" à execução deste projeto com grande probabilidade de êxito.

Por outro lado, o mesmo circuito pode ser usado também em outras aplicações interessantes e não só no controle de velocidade de furadeiras.

Na verdade, poderemos usá-lo para controlar a velocidade de qualquer eletrodoméstico de pequena potência que seja dotado de motor universal como, por exemplo:

- Ventiladores

- Liquidificadores

- Batedeiras de bolo

- Barbeadores elétricos

Os componentes usados são em número suficientemente reduzido para não causar confusões ao montador inexperiente e, ao mesmo tempo, seu baixo custo e fácil obtenção torna o projeto acessível mesmo aos dotados de poucos recursos.

LIMITAÇOES E VANTAGENS DO PROJETO

Evidentemente, como se trata de um controlador de velocidade destinado ao montador não experiente, a preocupação em se realizar um projeto simples prevaleceu em relação à obtenção de efeitos compatíveis a um desempenho profissional.

Com isso, o circuito apresenta algumas desvantagens, se bem que as vantagens sejam em número e importância suficientes que justificam sua montagem.

Dentre as vantagens destacamos as seguintes:

1) possibilita um controle bastante eficiente da velocidade entre 5% e 90% da velocidade máxima de uma furadeira com motor universal;

2) não dissipa, praticamente, nenhuma potência em qualquer velocidade para a qual seja ajustado;

3) pode controlar furadeiras com motores universais de até 1/2 HP, o que corresponde a uma potência de até cerca de 400 Watts.

Suas desvantagens, admitidas em função da economia e simplicidade do projeto:

1) sensibilidade a variações da tensão da rede nas baixas velocidades, o que torna relativamente difícil a manutenção de velocidades constantes abaixo dos 10% da máxima;

2) controle de apenas uma fase da alimentação, o que se traduz na entrega de uma potência menor que a máxima, mesmo na maior velocidade.

Entretanto, em relação aos trabalhos mais delicados em que a baixa rotação é realmente necessária e que o torque máximo excessivo da furadeira pode ser até perigoso à integridade da peça trabalhada, uma redução da potência pode ser bastante conveniente.

O CONTROLE E SEU FUNCIONAMENTO BASICO

A base deste circuito é um SCR, diodo controlado de silício (figura 1) que determina.a parcela da potência entregue à furadeira, não alterando, entretanto, a tensão, mas sim a duração do semiciclo da corrente alternada que o alimenta (figura 2).

Figura 1

Figura 2

Isso significa, em termos técnicos, que não há dissipação de energia no controle e que o torque não é muito afetado em toda a gama de rotação.

O uso do SCR, entretanto, apresenta como maior vantagem a possibilidade do dispositivo de controle (reostato ou potenciômetro) ser de pequena potência, o que facilita bastante sua montagem.

A parcela da energia aplicada ao motor da furadeira pode ser controlada em cada semiciclo da alimentação de corrente alternada, dadas as propriedades do SCR de atuar como um interruptor sincronizado pela frequência da rede alimentação, que permite dosar, por pulsos da mesma frequência, a alimentação do motor da furadeira.

Analisando o funcionamento do SCR na furadeira, o que faremos mais adiante, o leitor dotado de maior interesse pela eletrônica poderá compreender como esse dispositivo atua neste circuito.

COMPONENTES E MONTAGEM

Os componentes podem ser todos obtidos com facilidade, exceto a bobina L1 responsável pela eliminação de interferências geradas pelo circuito, que deve ser construída pelo próprio leitor.

Figura 3

O número de espiras (“voltas") de fio não é fixo. Deve ser enrolado fio suficiente para cobrir o resistor.

O SCR é do tipo plástico para corrente de 4 ampères, aproximadamente e sua tensão deve ser de 200 Volts se a sua furadeira for para 110 Volts e 400 V se a sua furadeira for para 220 V.

Esse SCR, conforme a sua procedência, pode ser encontrado com as seguintes denominações: MCR106, TIC106 ou C106.

Os outros componentes são todos de fácil obtenção, sendo encontrados praticamente, em qualquer casa de material eletrônico.

Com relação à montagem, como o número de componentes é reduzido, optamos pela sua soldagem numa ponte de terminais, conforme mostra a figura 4.

Figura 4

Todo o conjunto deve ser alojado numa caixa de alumínio ou chapa de ferro com o controle do lado de fora. A tomada para ligação da furadeira pode ser colocada na própria caixa conforme sugere a figura 5.

Figura 5

O montador deve tomar o máximo de cuidado para que o terminal de fixação da ponte não seja usado em conexão alguma e que nenhum componente não isolado encoste no metal o que poderia implicar em curto-circuitos perigosos.

Na verdade, sugerimos o acréscimo de um fusível compatível com a corrente da furadeira (de 3 a 5 ampères) para proteger o SCR em caso de "curtos" acidentais.

O SCR, dada a pequena quantidade de calor gerado no seu funcionamento, deve ser dotado de um irradiador de calor que consiste numa placa de alumínio de aproximadamente 3 x 6 cm dobrada em U conforme mostra a figura 6.

Figura 6

Para a soldagem dos componentes use um soldador de 30 Watts e solda de boa qualidade (60/40). As conexões entre os componentes podem ser feitas com fio flexível comum ou rígido isolado com capa plástica.

Observação: não se esqueça de raspar as pontas do fio esmaltado da bobina antes de soldá-la aos terminais do resistor. Com a fina capa de esmalte que o recobre a solda não ”pegará", não havendo conexão elétrica.

O fio esmaltado 24 ou 26 usado nesta bobina pode ser adquirido em casas de enrolamento de motores ou, ainda, em casas de materiais eletrônicos. Uns 3 ou 4 metros serão mais do que suficientes para a elaboração da bobina.

INTERFERÊNCIAS

A comutação rápida do SCR no controle de velocidade provoca impulsos elétricos responsáveis por interferências em receptores de rádio próximos, que se manifesta sob a forma de um. ruído semelhante ao do motor.

Essa interferência é justamente eliminada pelo filtro que consiste na bobina e nos dois capacitores a ela associados C1e C2 (ver diagrama figura 7).

Figura 7

Sua função é evitar que os impulsos de interferência se propaguem através da rede de alimentação, prejudicando aparelhos próximos.

O SCR

O SCR, diodo controlado de silício, consiste num semicondutor de 3 terminais (anodo, catodo e comporta). Quando não há tensão alguma no seu terminal de comporta).

Quando não há tensão alguma no seu terminal de comporta, o SCR não conduz a corrente que se tenta estabelecer entre o anodo e o catodo. O SCR se comporta, portanto, como um interruptor aberto.

Quando, entretanto, uma tensão de determinada polaridade é aplicada ao anodo e ao catodo, e no comporta do SCR há uma tensão de excitação, o SCR conduz intensamente e assim permanece até que a alimentação seja cortada.

Com isso o SCR comporta-se como um interruptor que pode ser acionado por uma tensão externa.

Nosso controle opera da seguinte maneira.

Fazemos com que a tensão que dispara o SCR e que permite a condução de cada semiciclo positivo da corrente de alimentação (o SCR não conduz os semiciclos negativos nesta configuração) se atrase em relação a esse semiciclo, de modo que apenas uma parcela seja conduzida e com isso a potência entregue ao motor seja controlada.

Quanto maior for o atraso da tensão de disparo, menor será a potência entregue ao motor. Com isso podemos controlá-la entre 5% e 90% do seu máximo, aproximadamente.

Para atrasar a tensão de disparo usamos um artifício que consiste no circuito RC em série.

Quando uma tensão é aplicada diretamente a um capacitor este se carrega rapidamente com essa tensão.

Se, entretanto, a tensão for aplicada através de um resistor, o resistor limita a velocidade da carga de tal modo que, quanto maior for a capacitância e maior a resistência do resistor, mais lenta será a carga do capacitor e, portanto, levará mais tempo para que entre seus terminais encontremos a tensão total aplicada (figura 8).

Figura 8

No nosso circuito fazemos justamente isso: R1 e R2 formam o resistor sendo um deles variável (potenciômetro) o que nos permite controlar o tempo de carga e, portanto, o atraso da tensão; C3 é o capacitor.

Seus valores foram calculados de modo que seu tempo de carga esteja exatamente dentro dos correspondentes à duração do ciclo de alimentação com o que se obtém os efeitos desejados.

Como usamos um circuito de atraso apenas, dizemos que se trata de um controle de ”simples constante de tempo".

O diodo ligado entre esse circuito de tempo e o SCR impede que pulsos negativos sejam aplicados ao SCR quando ele se encontra polarizado inversamente, pois pelo contrário ele “se queimaria".

As formas de onda do controle são mostradas na figura 9.

Figura 9