Baseados em Application Note da Atmel (www.atmel.com) damos as principais características e funcionamento de um controle de motor dc sem escovas utilizando o microcontrolador ATmega32M1. O controle opera no modo com sensor e apresenta um elevado desempenho dado pelo cerne AVR do dispositivo utilizado. Informações completas sobre o projeto podem ser obtidas no site da empresa.
O grande destaque na utilização do microcontrolador ATmega32M1 neste projeto está na existência de um módulo controlador de potência integrado que o torna ideal para aplicações que envolvam o controle de potência, como neste caso. Nesta aplicação a Atmel recomenda a utilização das placas ATAVRMC310 e ATAVRMC300 que foram empregadas no desenvolvimento do circuito de demonstração. Para facilitar o entendimento do princípio de funcionamento do circuito, partimos da teoria de operação dos motores DC sem escovas.
Motores DC Sem Escovas
A não existência de escovas nestes motores torna-os ideal para uma grande quantidade de aplicações dada a não necessidade de manutenção. Além disso eles não produzem tanto ruído elétrico, como os motores com escovas, podendo também operar em ambientes hostis. Nestes motores encontramos bobinas que são energizadas através de circuito elétrico de modo a produzir o movimento no sentido desejado. Os motores comuns deste tipo possuem três partes principais: estator, rotor e sensores Hall. Num motor trifásico, o estator possui três bobinas, conforme mostra a figura 1.
O rotor, por outro lado, consiste em um número par de imãs permanentes cujo tamanho e força determinarão o torque do motor. A quantidade afeta o passo e o ripple. Mais pólos significam mais passos e menor ripple de torque. São utilizados de 1 a 5 pares de pólos nos motores comuns, chegando em certos casos a 8. Na figura 2 temos exemplos da construção de estatores deste tipo de motor. Nesta figura temos motores BLDC (Brushless Direct Current = Corrente Contínua sem Escovas) de três bobinas. Nestes motores as bobinas são fixas enquanto que o conjunto de imãs gira. Veja que estes motores são mais leves que os motores com escovas, pois naqueles as bobinas ficam no rotor.
Para que o motor gire as suas bobinas devem ser energizadas em seqüência, levando em conta a posição exata do rotor. Assim, devem ser utilizados sensores que permitam monitorar em cada instante a posição desse rotor pelo campo magnético que produz, Para esta finalidade são usados sensores Hall que produzem pulsos conforme mostra a figura 3.
O Circuito Comutador
Para produzir os pulsos aplicados às bobinas do motor são utilizados circuitos comutadores de potência utilizando dispositivos como transistores bipolares, MOSFETs de potência ou mesmo IGBTs. Estes dispositivos normalmente são arranjados numa configuração conforme a mostrada na figura 4.
Conforme vimos, em função dos pulsos produzidos pelos sensores Hall, os comutadores devem ser acionados numa certa seqüência para produzir o movimento do rotor. Observamos que para motor de diversos pólos a rotação elétrica não corresponde à rotação mecânica. Assim, num motor de quatro pólos quatro ciclos elétricos de rotação são utilizados para se obter um ciclo mecânico de rotação. Por outro lado, podemos ter um controle completo das características deste tipo de motor como torque, sentido de rotação e velocidade.
A intensidade da corrente e portanto a intensidade do campo magnético criado determina o torque. A freqüência determinada a velocidade e a seqüência no acionamento determina o sentido de rotação. Nos motores comuns empregam-se sinais PWM numa faixa de freqüências que vai de 10 kHz a 200 kHz tipicamente.
O Circuito de Controle
A base do circuito é um microcontrolador ATmega32m1 que contém as funções principais necessárias ao controle do motor, conforme mostra o diagrama da figura 5.
O circuito indicado foi desenvolvido nas placas ATAVRMC300/300 que possui todos os elementos para a implementação do controle, conforme mostra a figura 6.
O Poser Stage Controller (PSC) do ATmega32M1 fornece seis sinais PWM para a ponte de potência. O resistor shunt fornece os sinais de realimentação para o controle de corrente (velocidade e potência) aplicando-os a uma etapa com ganho programado entre 5 e 40.
Conclusão
Os leitores interessados podem obter informações adicionais no site da Atmel, inclusive sobre o software para esta aplicação, o que facilitará o desenvolvimento de projetos específicos.
