O controle de velocidade de pequenos motores de corrente contínua pode ser feito de maneira muito mais inteligente e efetiva com a ajuda de recursos eletrônicos. Neste artigo, damos o projeto de um controle excelente para pequenos motores, podendo ser usado com furadeiras, brinquedos, etc.
Um simples potenciômetro não pode ser usado como controle de velocidade de motores de corrente contínua, na maioria dos casos, porque a corrente circulante é elevada demais para que não ocorram problemas de dissipação. O potenciômetro aquece e acaba por queimar-se.
Um potenciômetro ligado em série com 0 motor, conforme mostra a figura 1, não é, portanto, a solução ideal para um motor comum.
Uma alternativa, já com probabilidade de sucesso, consiste no uso de um transistor como elemento de controle da corrente principal, caso em que o potenciômetro simplesmente atua sobre a corrente de base, muito menos intensa.
Com um transistor de bom ganho podemos ter no potenciômetro uma corrente até 100 vezes menor do que a exigida pelo motor e os problemas de dissipação são minimizados. (figura 2)
Entretanto, se os problemas de dissipação acabam, outros problemas aparecem. Com a variação linear da corrente contínua no motor, não obtemos um bom controle de velocidade porque o torque também varia.
Em baixas velocidades, quando a corrente é menos intensa, o motor perde também a “força" e torna-se difícil fazê-lo girar exatamente como queremos.
Num carrinho ou trenzinho de brinquedo, por exemplo, não conseguimos fazê-lo partir suavemente. Ele dará um “tranco" na saída, o que não é muito agradável de ver, quando se deseja um pouco de realismo.
Como obter um controle ideal? A solução que damos neste artigo é excelente, pois consiste num controle por pulsos.
Em linguagem que o leitor possa entender, consiste num controle em que, em lugar de variarmos a tensão no motor quando queremos mudar sua velocidade, alteramos o tempo em que ela é aplicada, mas isso numa velocidade muito grande, ou seja, tão rápido que não dá para perceber.
O resultado é que o motor altera sua velocidade, mas não perde a força. Ele pode girar muito devagar e ainda assim ter força.
O leitor interessado poderá montá-lo com facilidade e usar no seu trenzinho, carrinho, furadeira ou em qualquer tipo de motor de 6 a 12 V, desde que a corrente não supere 1 A.
COMO FUNCIONA
Para que o leitor entenda como funciona o controle, partimos de um diagrama de blocos que é mostrado na figura 3.
Faremos a análise deste diagrama ao contrário", pois assim será mais fácil entender seu funcionamento.
Começamos pelo motor. Conforme vimos, sua velocidade depende não só da tensão aplicada como da duração do tempo em que ela aparece.
Assim, variando a tensão na forma de pulsos, temos a possibilidade de controlar a velocidade sem perder força.
Se a tensão for aplicada em “impulsos" de curta duração, conforme mostra a figura 4, mas com intervalos maiores, no total, a energia que chega ao motor será pequena.
Cada impulso de curta duração leva apenas um pouco de energia. No entanto cada impulso tem a tensão total de alimentação, ou seja, 6 ou 12 V.
O resultado será uma pequena velocidade, pois a energia total será pequena, mas o torque será grande, pois a tensão é máxima.
Se o intervalo entre os pulsos for diminuído, a energia total aplicada ao motor será maior e consequentemente sua velocidade, conforme mostra a figura 5.
Para ter todas as velocidades possíveis, o que precisamos é gerar pulsos de todas as larguras numa determinada faixa, o que é conseguido com um oscilador, e depois ampliar estes pulsos para que possam alimentar o motor.
A ampliação dos pulsos é feita por uma etapa de dois transistores em acoplamento direto, conforme mostra a figura 6.
O primeiro transistor é de pequena potência, fornecendo uma corrente de até uns 50 mA ao segundo transistor que, por ser de alta potência, pode ampliá-la até 1 A aproximadamente.
E justamente deste segundo transistor que depende a capacidade máxima de controle do aparelho.
Para correntes até uns 600 mA recomendamos o TIP41, mas para correntes maiores pode ser usado um 2N3055, sempre com a montagem em dissipador de calor. (Veja que os transistores recomendados suportam correntes maiores, mas aqui eles operam com boa margem de segurança.)
A produção dos pulsos vem de um multivibrador astável cujo diagrama é mostrado na figura 7.
Cada transistor deste multivibrador conduz a corrente alternadamente de modo que pulsos são produzidos. O tempo de condução de cada transistor pode ser alterado pela mudança da resistência de polarização de sua base e este é justamente o recurso que utilizamos.
Com um potenciômetro podemos aumentar ou diminuir a duração dos pulsos de modo a alterar a velocidade do motor.
Com os componentes usados, motores de 6 a 12 V podem ser controlados e os transistores de saída permitem correntes de até 1 A, ou mesmo um pouco mais com pequenas alterações de alguns componentes.
MONTAGEM
Para a montagem o leitor pode usar uma placa de circuito impresso ou uma ponte de terminais.
Para a soldagem dos componentes empregue um soldador de pequena potência e de ponta fina, e como ferramentas adicionais as de sempre: alicate de corte lateral, alicate de ponta e chaves de fendas.
O circuito completo do controle de motores está na figura 8.
A versão em ponte de terminais é mostrada na figura 9. Observe o dissipador de calor do transistor TIP41. Se for usado o 2N3055 ele será montado fora da ponte, fixado diretamente no dissipador, o qual, por sua vez, ficará parafusado na caixa.
Para a versão em placa de circuito impresso, o leitor deve orientar-se pela figura 10.
São as seguintes as principais recomendações que temos para se obter uma montagem perfeita:
a) Solde em primeiro lugar os transistores Q1, Q2 e Q3, observando sua posição que é dada em função da parte achatada de seu invólucro. Seja rápido ao soldar estes transistores, pois eles são sensíveis ao calor.
b) Depois, solde o transistor TIP41 que será usado se sua versão for usada com motores de até 600 mA de corrente máxima. Coloque o dissipador de calor que é uma chapinha de meta¡ dobrada em forma de “U" e parafusada no transistor. Se usar o 2N3055, caso a corrente seja maior que 600 mA, a montagem é mostrada na figura 11.
Para furadeiras elétricas de placa de circuito impresso, esta é a versão exigida, pois a corrente de pico neste caso é da ordem de 1,2 A.
c) Solde os resistores, observando seus valores que são dados pelas faixas coloridas. O resistor R6 pode ter seu valor reduzido para 22 ohms se a corrente da furadeira for da ordem de 1 A e ela não atingir o torque máximo.
d) O leitor pode passar agora à colocação dos capacitores cerâmicos de C1 a C3. Cuidado para não deixar os fios terminais de um encostarem nos fios terminais de outros na versão em ponte. Coloque “espaguetes" se houver perigo de contacto. Seja rápido ao fazer a soldagem.
e) Para soldar o capacitor C4 ao motor deve prestar atenção na sua polaridade que deve coincidir com os desenhos.
f) Se sua montagem for em ponte de terminais, faça as duas interligações marcadas com (1) e (2), usando pedaços de fio encapado comum.
g) O próximo componente a ser ligado é o potenciômetro P1 de controle. Corte seu eixo no comprimento apropriado e fixe-o na caixa. Depois, veja a distância em que ele fica da ponte ou placa, que será fixada nesta caixa e corte os dois pedaços de fio de ligação. Faça a sua soldagem e não esqueça a ligação mais curta entre o terminal central e um dos extremos. Cuidado para que esta ligação não saia .invertida, pois se isso acontecer, o controle passará a atuar ao contrário.
h) A ligação a ser feita agora será aos terminais de saída onde será ligado o motor. Aproveite para ligar o diodo D1, observando sua posição. Se ele for invertido, o transistor de saída Q4 pode até queimar.
i) Complete a montagem colocando os fios de conexão do controle à fonte. Use fios de cores diferentes (vermelho-positivo e preto-negativo) para facilitar a conexão. Estes fios devem ser curtos e não podem ser finos para que não haja perda de potência.
PROVA E USO
A maneira de fazer a ligação do controle ao motor e à fonte é mostrada na figura 12.
A fonte deve ser capaz de fornecer a corrente e a tensão que o motor precisa em seu máximo de velocidade e carga. Esta fonte pode ser tanto uma bateria como um conversor de corrente alternada em contínua.
Ao fazer a ligação do circuito, conforme a posição de P1 o motor já deve funcionar.
Se nada acontecer mesmo mexendo em P1, veja em primeiro lugar se D1 não está invertido. Se o transistor aquecer é sinal que este componente está invertido. Desligue imediatamente o aparelho e verifique. Veja também se outras ligações não estão trocadas.
Depois, com o motor já em funcionamento, gire P1 para ver se ele atua em toda a faixa. Conforme o tipo de motor pode haver um pequeno ”salto" de velocidade em alguma posição do potenciômetro. Este problema pode ser corrigido com a troca de valor de R2. Este componente pode ter vaores na faixa de 3k3 a 8k2.
Se houver necessidade faça a troca.
Se o aparelho não atingir o mínimo de velocidade em zero, aumente o valor de R3 ou então troque o potenciômetro P1 por um maior (100 k, por exemplo).
LISTA DE MATERIAL
Q1, Q2, Q3 - BC548 ou equivalente - transistores NPN
Q4 - TIP41 ou 2N3055 - transistor de potência (ver texto)
D1 - 1N4004 ou BY127 - diodo retificador
P1 – 47 k - potenciômetro com ou sem chave
C1, C2, C3 - 100 nF - capacitores cerâmicos
C4 - 100 uF 16 V - capacitor eletrolítico
R1, R4, R5 – 330 R x 1/8 W - resistores (laranja, laranja, marrom)
R2 - 4k7 x 1/8 W - resistor (amarelo, violeta, vermelho)
R3 - 1k x 1/8 W - resistor (marrom, preto, vermelho)
R6 – 47 R x 1/8W - resistor (amarelo, violeta, preto)
M1 - motor de corrente contínua de 6 a 12 V até 1 A (ver texto)
Diversos: ponte de terminais ou placa de circuito impresso, fios, terminais de ligação, solda, caixa para montagem, etc.
