Controle PWM para Motores DC

Controle PWM para Motores DC

PWM control for DC motors

Leusaffan Gustavo de Siqueira¹; Lucas Heider Almeida2; Luís Inácio Almeida Costa3; Ramon de Cássio Santos Souza4; Tiago Soares de Oliveira Alves5

Wagner Rodrigues(Orientador)

Centro Universitário de Belo Horizonte, Belo Horizonte, MG

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1 INTRODUÇÃO

Buscando a redução de custos e a produção sistemática dos seus processos, as indústrias ao longo dos anos procuraram solucionar e extinguir modelos primitivos de trabalho em seu dia-a-dia, a manutenção corretiva de seus equipamentos é um exemplo disso, embora seja um método usual, as indústrias vêm investindo cada vez mais nas manutenções preventivas e preditivas a fim de diminuir cada vez mais o custo de suas manutenções e o tempo de parada de seus processos de produção (Frank D. Petruzella, 2013).

Em geral os motores elétricos são os propulsores de um processo industrial, determinando o controle e a demanda de trabalho de uma fábrica. Existem basicamente dois tipos de controles para cargas de potência (motores), os lineares e os pulsantes ou PWM (Frank D. Petruzella, 2013).

Os controles lineares têm a desvantagem de não ser possível manter o controle sobre o torque e a velocidade em baixas rotações. Os motores tendem a partir com “soquinhos” e também não é simples compensar as variações de velocidade que ocorrem quando o motor tem de fazer mais força (Mahmood Nahvi e Joseph A. Edminister, 2014).

Uma maneira de se obter um controle muito mais preciso sobre o torque e a velocidade de motores de corrente continua, é através de circuitos que empregam a tecnologia PWM ou Pulse Widith Modulation (Modulação de Largura de Pulso). Com estes circuitos pode-se manter o torque mesmo em baixas velocidades garantindo partidas suaves para os motores, mesmos carregados o que os torna idéias para aplicações em robótica, mecatrônica e até mesmo em indústrias (Mahmood Nahvi e Joseph A. Edminister, 2014).

 

2 PROBLEMA DE PESQUISA

Um dos grandes problemas do controle de pequenos motores é manter o torque em toda a faixa de rotações. A não linearidade do comportamento desses motores dificulta o controle destes, outro problema bastante desagradável é que ele não consegue proporcionar uma partida suave para o motor que tende a dar "um salto" quando a tensão mínima que o tire do repouso é alcançada, como corrigir estes problemas com  o emprego de um controle PWM?

3 OBJETIVOS

3.1 Objetivo geral

O objetivo do trabalho é apresentar um circuito elétrico de corrente continua cujo propósito é o controle de velocidade e direção de rotação de um motor DC utilizando PWM.

3.2 Objetivos específicos

Os objetivos específicos são:

• Apresentar oque e o PWM (Pulse Width Modulation) ou Modulação de Largura de Pulso e como funciona;
• Abordar os tipos de motores que podem ser controlados por PWM;
• Criar um circuito eletrônico de controle de rotação para um motor DC;
• Abordar os cálculos necessários para dimensionamento dos componentes eletrônicos para um circuito de controle de rotação de motor DC;
• Fazer o teste de funcionamento do circuito em software. (Multisim/ou outro);
• Abordar as variáveis envolvidas no funcionamento do circuito, como tensão, corrente, potência etc;
• Montar o protótipo para apresentação;
• Demonstrar o funcionamento de um circuito de controle de rotação para motor DC com PWM;
• Analisar as vantagens e desvantagem em relação a outras tecnologias de controle para motores;

4 JUSTIFICATIVA

Muitos processos industriais necessitam operar com velocidade de rotação variável. Como solução pode-se adotar a troca de relação de polias, caixas mecânicas de redução ou sistemas de fricção. Entretanto estas soluções implicam na parada do processo para se realizar a alteração além de uma operação de baixo rendimento. Dentre os tipos de motores, o motor de corrente contínua foi o primeiro a ser utilizado na indústria e destaca-se pela simplicidade em se controlar a velocidade de rotação e o torque. Assim sendo, a partir desse “problema” encontrado por muitos e visando atender a interdisciplinaridade, como também adquirir conhecimento na área, o grupo optou por abordar o tema de Controle e reversão de rotação de um motor DC onde será trabalhada a parte teórica como também um produto final visando o controle e a reversão de rotação de um motor DC.

5 REFERENCIAL TEÓRICO

A tecnologia PWM (Pulse Width Modulation) ou Modulação de Largura de Pulso é uma forma de controlar a corrente elétrica fornecida a um circuito. Num circuito componentes eletrônicos são capazes de controlar a tensão elétrica fornecida utilizando-se a tecnologia PWM.

Segundo Ângelo Jose Junqueira Rezek,2015, O funcionamento de um motor DC está fundamentado nos princípios de atração e repulsão dos polos magnéticos, fluxo magnético e indução de tensão elétrica.

Basicamente uma espira é mergulhada em um fluxo magnético e quando esta espira sofre uma indução de tensão elétrica é provocada uma rotação da espira em seu próprio eixo. Logo após esta rotação o inversor localizado nas extremidades da espira alterna a direção da tensão elétrica que consequentemente repete a ação de atração do campo eletromagnético da espira com o campo magnético do ímã permanente e assim o processo repete-se continuamente gerando uma rotação contínua no eixo da espira.

Segundo Newton Braga,2016, o circuito utilizando PWM é capaz de controlar a velocidade do motor com os pulsos, estes pulsos têm duração variável para alterar a velocidade do motor. Quanto mais tempo os pulsos levam, mais rapidamente o motor vai girar, e vice-versa.

6 METODOLOGIA

Primeiramente, é necessário destacar que o projeto possui um caráter exploratório, que busca, por meio de estudos e exemplos, facilitar o entendimento do tema abordado. Foi decidido dividi-lo em duas partes: desenvolvimento da parte teórica/escrita e a parte do produto final.