Existem basicamente dois tipos de controles para cargas de potência como motores, lâmpadas incandescentes, elementos de aquecimento, solenóides, etc.: os controles lineares e os controles pulsantes ou PWM. No entanto, uma das desvantagens dos controles lineares está no fato de não ser possível manter o controle sobre o torque e a velocidade em baixas rotações, no caso de motores. Os motores tendem a partir com "soquinhos" e também não muito é simples
compensar as variações de velocidade que ocorrem quando o motor tem de fazer mais força. Uma maneira de se obter um controle muito mais preciso sobre o torque e a velocidade de motores de corrente contínua, e até mesmo de outras cargas, é através de circuitos que empregam a tecnologia PWM ou Pulse Widith Modulation (Modulação de Largura de Pulso). Com estes circuitos podemos manter o torque mesmo em baixas velocidades garantindo partidas suaves para os motores, mesmo carregados o que os torna ideais para aplicações em robótica, mecatrônica e mesmo em aplicações industriais. Neste artigo vamos analisar o princípio de funcionamento dos controles PWM e dar alguns circuitos práticos.
Este artigo é uma adaptação do capítulo sobre PWM que o leitor encontrará no livro Eletrônica Para Mecatrônica. No livro, outros tipos de controle e circuitos práticos podem ser encontrados. Veja mais em “Livros Nacionais” Conforme sabemos, os motores de corrente contínua são dispositivos cuja potência depende da tensão que lhes é aplicada e também da intensidade da corrente que circula através deles. Quando carregamos um motor, ou seja, fazemos com que ele tenha de realizar maior esforço, sua velocidade diminui e com isso a intensidade da corrente aumenta, elevando-se assim a potência que ele consome conforme mostra a curva característica da figura 1.
Figura 1 - Com o aumento da carga o consumo aumenta e a velocidade diminui.
Por outro lado, sob carga constante, a potência consumida aumenta com a tensão de um modo mais ou menos linear, juntamente com a corrente e a sua velocidade de rotação, conforme mostra a figura 2.
Figura 2 – Com carga constante a corrente é proporcional à tensão
Como a fonte que alimenta tais motores normalmente tem uma resistência interna que limita sua capacidade de fornecimento de corrente, o reflexo na velocidade e torque é imediato. Sabemos que a maneira mais simples de se controlar a velocidade de um motor de corrente contínua é pela modificação da corrente que passa através dele, utilizando-se algum tipo de dispositivo externo. Este tipo de controle, em que variamos linearmente a corrente aplicada numa carga ou a tensão, é denominado "controle linear" de potência. No entanto, os motores de corrente contínua têm uma característica de inércia que impede que eles respondam à tensões muito baixas. Abaixo de certo valor de tensão que lhes seja aplicada eles simplesmente não têm torque suficiente para partir, permanecendo parados, conforme mostra a figura 3.
Figura 3 -O motor parte repentinamente quando a tensão aumenta.
Isso faz com que os controles lineares tenham uma resposta desigual em sua faixa de operação, conforme mostra a figura 4.
Figura 4 – Resposta desigual de um controle linear comum.
O resultado desta resposta é que não conseguimos fazer com que eles partam de modo suave, mas sim aos "trancos" e não conseguimos, com eficiência, um controle preciso no regime de baixa rotação. Podemos resolver este problema com um tipo de circuito que não controla a corrente no motor de forma constante, mas sim através de pulsos. os quais atuam sobre a média da corrente que circula através da carga. Este tipo de controle é que passamos a analisar a
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