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Controle bidirecional de motor (MEC018)

 

Nos projetos de mecatrônica pode ser necessário inverter o sentido de rotação de um motor a partir de um sinal digital de controle. O circuito proposto é bastante interessante pois também inclui uma chave de habilitação que permite desligar o motor.

 

 

Motores de corrente contínua controlados por circuitos digitais são encontrados na maioria dos projetos de mecatrônica.

Como inverter a rotação de um motor alimentado por um circuito de corrente contínua sem usar relés e sem a necessidade de fontes simétricas?

Se este é o problema do leitor, veja neste circuito como isso pode ser feito de maneira simples usando componentes comuns.

O circuito proposto pode funcionar com motores de 6 a 12 volts e com correntes que podem chegar a vários ampères dependendo apenas dos transistores de efeito de campo de potências empregados.

O sinal lógico de controle deve ser compatível com tecnologia CMOS, mas nada impede que seja usado um circuito TTL com alimentação de 5 volts.

Observamos também que, mesmo o circuito sendo dado com base em transistores de efeito de campo de potência (Power FETs) ele também funcionará com rendimento levemente menor se forem usados Darlingtons de potência do tipo NPN com resistores limitadores de corrente nas bases. Como fazer esta modificação explicaremos no decorrer do artigo.

 

COMO FUNCIONA

No nosso projeto ligamos um motor de corrente contínua a quatro transistores de efeito de campo de potência que formam uma ponte de Wheatstone.

No entanto, neste circuito os transistores estão ligados de modo que a ponte só se equilibra quando os quatro transistores estão no corte que é a condição de parada que veremos mais adiante.

Nas outras duas condições possíveis os transistores conduzem dois a dois.

Assim, quando Q1 e Q3 estão saturados, os transistores Q2 e Q4 obrigatoriamente estão no corte e a corrente flui no sentido indicado na figura 1.

 

Nestas condições temos um sentido de rotação para o motor.

Na segunda condição possível de funcionamento para o circuito, os transistores Q2 e Q2 estão saturados enquanto que Q1 e Q3 estão no corte. O resultado é a inversão do sentido de rotação do motor, pois a corrente circulará da forma mostrada na figura 2.

Para obter as duas condições iniciais de rotação do motor usamos dois inversores obtidos a partir de duas portas disparadoras de um circuito integrado 4093.

Estas portas são ligadas de duas formas: quando a chave S1 está na posição (a) e a entrada de controle das portas vai ao nível alto, elas funcionam como inversores. Assim, garantimos que nos transistores Q1 e Q3 os níveis lógicos são opostos aos dos transistores Q2 e Q4 e tenhamos dois sentidos de rotação.

No entanto, quando a chave for levada à posição (b) as saídas das portas serão obrigatoriamente zero e os transistores estarão no corte. Isso fará com que o motor não receba alimentação.

Se em lugar desta chave colocar essa entradas no nível baixo ela conectar um circuito externo de controle, este controle poderá fazer com que o motor gire ou não. O sentido vai depender do nível de sinal da outra entrada.

 

 

MONTAGEM

Na figura 3 temos o diagrama completo do controle.

A disposição dos componentes numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 4.

 

Os transistores devem ser dotados de radiadores de calor conforme a potência do motor. Motores de até 2 ou 3 ampères podem ser controlados sem problemas pela maioria dos FETs de potência disponíveis no mercado.

Qualquer FET de potência de canal N com tensão acima de 100 volts e corrente acima de 3 ampères pode ser usado sem problemas neste circuito.

Os capacitores em oposição em paralelo com o motor são importantes para eliminar transientes que tanto podem afetar os transistores como também o próprio circuito integrado, a partir da fonte de alimentação.

O circuito integrado pode ser montado num soquete DIL para maior segurança e sua posição deve ser rigorosamente observada.

Para um controle manual do motor podemos usar o circuito da figura 5.

 

Este circuito usa duas chaves comuns para inverter a rotação do motor para acioná-lo.

A configuração com base em Darlingtons de potência é mostrada na figura 6.

 

Qualquer Darlington NPN com tensão máxima entre coletor e emissor de pelo menos 50 volts e corrente a partir de 2 ampères ou de acordo com o motor usado, pode ser experimentado. Para os Darlingtons, pode-se notar uma pequena queda de rendimento com alimentação de 6V dado que a queda de tensão nestes componentes é maior do que nos FETs de potência.

 

 

PROVA E USO

Para provar o aparelho basta montar o circuito de controle com as chaves e verificar se o motor responde aos controles.

Se notar aquecimento excessivo dos transistores, aumente o tamanho dos radiadores de calor.

Para usar lembre-se dos limites de tensão de controle já que não podemos aplicar na entrada uma tensão maior do que a usada na alimentação do CI.

Uma idéia interessante que pode ser estudada pelos leitores é aplicar pulsos com relação marca-espaço controlada de modo a se poder ter a rotação no sentido desejado e também se controlar a velocidade. Os pulsos com esta relação marca-espaço controlada seriam aplicados à entrada de controle de parada e não à entrada de controle de sentido de rotação.

 


LISTA DE MATERIAL

 

Semicondutores:

CI-1 - 4093 - circuito integrado CMOS

Q1 à Q4 - IRF632 ou qualquer equivalente - transistor de efeito de campo de potência.

Capacitores:

C1 - 100 uF x 16 V - eletrolítico

C2, C3 - 470 uF x 25V - eletrolíticos

Diversos:

M1 - Motor de corrente contínua - ver texto

S1 - Chave de 1 pólo x 2 posições

Placa de circuito impresso, soquete para o circuito integrado, radiadores de calor para os transistores, fios, solda, fonte de alimentação, etc.

 

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