Controles Eletrônicos para Micromotores (MEC182)

Os motores miniatura DC alimentados por pilhas ou fontes, e encontrados em muitos tipos de brinquedos e dispositivos mecânicos, servem para experimentos importantes na área da robótica. De fato, estes motores constituem-se na melhor forma de se obter propulsão mecânica, mas, em compensação, oferecem alguns problemas de alimentação. Damos então, neste artigo, uma série de circuitos práticos para controle e alimentação de micromotores DC, que podem ser de grande utilidade aos leitores interessados em robótica e modelismo.

Motores DC miniatura, como os usados em brinquedos e que servem para projetos de robótica, operam com tensões entre 3 e 12 volts e suas correntes de consumo normalmente situam-se entre 50 e 800 mA.

Um problema encontrado pelos leitores que desejam alimentar estes motores com fonte é o fato de que o consumo de corrente depende da carga, ou seja, da força que eles devem fazer.

Assim, enquanto que girando livremente, um motor deste tipo pode consumir apenas uns 100 mA, quando o carregamos, ou simplesmente seguramos seu eixo para simular este fato, a corrente sobe para 500 mA e até mais.

Uma fonte mal dimensionada, conforme mostra a figura 1, aplicará a este motor a tensão que ele precisa, digamos 6 volts, mas esta tensão cairá a valores impróprios tão logo o motor tenha de movimentar alguma carga maior.

Figura 1 – Tensão com carga e sem carga

O ideal para a alimentação deste tipo de motor, quando não usamos pilhas ou bateria, é o emprego de circuitos reguladores eletrônicos.

Temos então duas possibilidades:

Usar um regulador fixo de tensão, que mantenha o valor desejado da tensão no motor, independentemente da corrente consumida numa ampla faixa de valores;

Usar um regulador ajustável ou variável, que nos permita regular manualmente a tensão no motor, e consequentemente sua velocidade, em função da carga e da aplicação desejada.-

Analisemos os diversos circuitos possíveis, sempre aplicáveis a motores pequenos, que não exijam correntes de mais de 1 ampère (1000 mA).

Controles fixos

Na figura 2 temos um circuito regulador com circuito integrado.

Figura 2 – Regulador integrado

O circuito integrado usado, na realidade, lembra muito um transistor de potência, pois possui apenas três fios de ligação.

Na verdade, este pequeno componente possui muitos componentes internos numa configuração que consegue manter na saída a tensão fixa, independentemente da corrente exigida pela carga, até 1A.

O transformador usado deve ter uma tensão de saída de acordo com o motor. Este “de acordo“, na verdade, é aproximadamente 30% a 60% a mais de tensão, mas com corrente igual ou maior que a máxima exigida ou suportada pelo CI.

Damos uma tabela para que o leitor tenha ideia de como dimensionar o transformador.

Tabela:

O circuito integrado deve ser montado num radiador de calor, conforme mostra a figura 3 que ilustra a montagem de ponte do aparelho.

Figura 3 – Aspecto da montagem

Na figura 4 temos um segundo controle fixo que serve para motores de 3 a 12 V com correntes até 1A.

Figura 4 – Controle fixo com transistor

Neste circuito, é o diodo zener que determina a alimentação do motor, ou seja, a referência de tensão.

Temos então a seguinte tabela de valores para os componentes usados:

Veja que a tensão do diodo zener é um pouquinho maior que a desejada na saída. Já que há queda de aproximadamente 0,6 volts na junção base-emissor do transmissor, que deverá ser montado num radiador de calor.

Na figura 5 temos o aspecto da montagem realizada numa ponte de terminais isolados.

Figura 5 – Montagem usando ponte de terminais

Controles variáveis

Começamos a série de circuitos com um simples, que utiliza apenas um transistor e é mostrado na figura 6.

Figura 6 – Controle variável

Neste circuito, o que temos é simplesmente um “reostato eletrônico” ou seja, um circuito que funciona como uma resistência variável em série com motor, limitando sua corrente, e assim fazendo a tensão cair ou se elevar, conforme seja desejada maior ou menor velocidade.

A tensão máxima obtida será a tensão RMS do secundário do transformador, compensada pela ação de C1 na filtragem.

Assim, recomendamos que o transformador tenha as seguintes características de acordo com o motor:

A montagem do aparelho é mostrada na figura 7.

Figura 7 – Montagem em ponte de terminais

O segundo circuito é mostrada na figura 8 e utiliza dois transistores numa configuração Darlington, o que permite aliviar a corrente de controle que circula pelo potenciômetro.

Figura 8 – Circuito Darlington

Neste circuito, o ganho dos transistores é multiplicado, o que implica numa corrente muito menor de controle. Também aqui, a tensão máxima aplicada ao motor é da mesma ordem que a tensão do transformador, valendo, portanto, a seguinte tabela que inclui o valor de R1 e de R2.

Os resistores são de 1/4W ou 1/2W

Tabela:

Os diodos em paralelo com todos os motores, cuja polaridade deve ser obedecida, têm por função a proteção do transistor controlador, em vista das tensões elevadas que podem aparecer na comutação de alta velocidade das escovas.

Na figura 9 temos a montagem deste controle em uma ponte de terminais.

Figura 9 – Montagem em ponte de terminais

Conclusões

Com estes controles o leitor tem duas garantias importantes para seu projeto: a primeira é que a sua velocidade não sofrerá variações acentuadas com a mudança de carga, e a segunda é que o motor trabalhará dentro de suas especificações de tensão, obtendo-se maior durabilidade.

Nos projetos relacionados com a robótica, a garantia de que tensões certas sejam aplicadas é muito importante.

Como Medir o Consumo de um Motor

Pode ocorrer que o leitor tenha a sua disposição um motor de corrente contínua, mas não saiba qual é a sua corrente máxima e, portanto, tenha receio de usá-lo em alguns dos circuitos propostos.

Um excesso de corrente pode causar desde a queima do transistor regulador ou do transformador, até uma queda de tensão a valores que impeçam sua movimentação.

Para medir a corrente de um motor existem vários procedimentos, com maior ou menor precisão dependendo da disponibilidade de cada um.

O primeiro consiste no uso de um voltímetro (multímetro), na escala mais baixa de tensões, com uma resistência de 1 ohm x1 watts, conforme mostra o circuito da figura 10.

Figura 10 – Medindo a corrente de um motor

Acionando o motor e segurando seu eixo de modo a simular a carga máxima, o leitor terá a indicação de corrente máxima (segure o eixo, deixando que o motor faça força, mas não o deixe parar).

Neste circuito, cada volt marcado corresponde a1 ampère.

Assim, se for lida uma tensão de 0,5 volt no multímetro, ao realizar esta prova, a corrente será de 0,5 A ou 500 mA e o motor pode ser ligado em qualquer dos controles propostos.

Outra possibilidade consiste em se montar o circuito da figura 11, utilizando um VU-meter comum de 200 µA, isso se você não dispuser de um multímetro.

Figura 11 – Circuito de teste

Ligue na entrada do circuito uma fonte de 6 ou 12 V e na saída um resistor de carga. O resistor deve ser de 47 Ω se a fonte for de 6V, e de 100 Ω se a fonte for de 12V, em ambos os casos de 1W.

Ajuste o VU em P1 para que a agulha vá até a primeira marca (marcação 1). Aí teremos uma indicação de 100 mA.

Depois é só tirar o resistor e ligar em seu lugar o motor que está sendo analisado.

Cada divisão corresponderá então a 100 mA.

Projetos de Robótica

Evidentemente o simples controle de um motor DC não significa um projeto de robô completo, mas é parte muito importante dele.

De- pendendo da fina!idade do projeto existem muitas outras técnicas de controle que podem ser utilizadas.

Dentre estas técnicas podemos citar os controles por pulso, os controles inversores e muitos outros que podem ser encontrados neste site, inclusive com projetos práticos.

Robôs, veículos teledirigidos, veículos controlados por fios à distância, aeromodelos, nautimodelos são algumas das possibilidades que se afiguram aos leitores interessados em robótica.