escola de engeharia de são carlos - usp kelen cristiane teixeira

ESCOLA DE ENGEHARIA DE SÃO CARLOS - USP
KELEN CRISTIANE TEIXEIRA VIVALDINI
MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
MATERIAL COMPLEMENTAR
SÃO CARLOS
2009
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 01: Motor de corrente contínua ...................................................................................................4
FIGURA 02: Motor CC com dois pólos, partes internas. ...........................................................................5
FIGURA 03: Tensão em função da corrente para um motor CC.................................................................6
FIGURA 04: Tensão em função da velocidade de um motor CC.................................................................6
FIGURA 05: Resposta desigual aos controles lineares. ..............................................................................7
FIGURA 06: Entradas de controle...............................................................................................................7
FIGURA 07: Controle bidirecional do motor CC ........................................................................................8
SUMÁRIO
1. MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA ..................................................................... 4
1.1. CIRCUITO INTEGRADO L293 .......................................................................... 7
REFERÊNCIA ................................................................................................................. 9
ANEXO 1 – L293........................................................................................................... 10
1. MOTOR DE CORRENTE CONTÍNUA
O motor de corrente contínua (CC) é um dispositivo eletromecânico com
características bastante lineares (Figura 01), cuja potência depende da tensão que é
aplicada e da intensidade da corrente que circula através dele. Para o funcionamento do
motor CC, basta alimentá-lo com uma tensão contínua (DC) nominal gerando um
campo magnético interno, o qual é responsável pelo giro do rotor, ao inverter a
polaridade de alimentação, o motor inverte o sentido de rotação.
O motor CC é composto por: rotor (armadura), estator, coletor, escovas e
terminais. O rotor é formado por um conjunto de bobinas e por um dispositivo
comutador e o estator inclui o imã permanente e as escovas (Figura 2).
FIGURA 01: Motor de corrente contínua[1]
FIGURA 02: Motor CC com dois pólos, partes internas.[1]
Para variar a velocidade de um motor CC, é necessário alterar a tensão média
aplicada, especificamente na armadura do motor. Quando a corrente passa pela
armadura fornece um campo magnético estabelecidos pelos imãs, produzindo um torque
no rotor (equação (1)).
T (t ) = K .I a (t )
(1)
onde T é o torque do motor, Ia é a corrente instantânea na armadura do motor e K é a
constante de torque do motor [2].
O torque do motor varia proporcionalmente com a corrente aplicada em sua
armadura, desta forma aumentando a corrente, aumentará o torque.
A velocidade do motor será maior se o coeficiente de atrito for menor.
Considerando um motor com velocidade constante, a relação entre a velocidade e o
torque é representada pela equação (2)
ω=
T (t )
f
(2)
onde ω é a velocidade angular do motor (rad/s) e f é o coeficiente de atrito.
Substituindo a equação (1) em (2) e considerando que a corrente da armadura do
motor é a sua tensão dividida pela resistência, obtém-se a velocidade:
ω=
K .I a (t )
f
(3)
Adicionando-se uma carga ao motor, a potência consumida aumenta linearmente
em função da tensão, juntamente com a corrente e a velocidade de rotação, conforme
mostra a Figura 3.
FIGURA 03: Tensão em função da corrente para um motor CC.[6]
Uma das maneiras de se controlar a velocidade do motor CC, é variar a corrente
que flui através dele por meio de um dispositivo externo, por exemplo, um
potenciômetro, onde se varia linearmente a corrente ou tensão aplicada numa carga.
O motor CC tem uma inércia característica que o impede de responder a tensões
muito baixas, portanto, não tendo torque suficiente para iniciar a rotação, permanece
imóvel (Figura 4). Isto faz com que o acionamento tenha uma resposta desigual em sua
faixa de operação, não obtendo um controle preciso em baixas rotações (Figura 05).
FIGURA 04: Tensão em função da velocidade de um motor CC.[6]
FIGURA 05: Resposta desigual aos controles lineares.[6]
Para solucionar este problema pode-se utilizar uma técnica que, ao invés de
controlar a corrente forma constante, varie a intensidade média da corrente no motor,
alimentando-o com pulsos e controlando a duração da parte em alta dos mesmos, esta
técnica é conhecida com PWM (Power Width Modulation - Modulação por Largura de
Pulso). [3]
1.1. CIRCUITO INTEGRADO L293
O circuito integrado L293 (Figura 06 - ANEXO 1) contém 4 (quatro) drivers
internos que permitem controlar até quatro motores CC em um único sentido, dois
motores nos dois sentidos (horário e anti-horário) ou ainda um motor de passo unipolar.
FIGURA 06: Entradas de controle
As portas drivers deste CI trabalham com tensões de até 36 V e corrente máxima
de 600 mA por porta. A excitação desta porta é feita com nível TTL (5 V), o que
garante a compatibilidade com os microcontroladores.
Como observado na Figura 07, o CI L293 pode ser dividido em duas partes
independentes, quanto ao seu acionamento, e quanto a sua alimentação. A alimentação
em Vcc1 e Vcc2 pode variar de 5V a 36 V controlando dois motores com níveis de
tensões diferentes.
Este circuito torna bastante compacto o circuito de acionamento, pois não
necessita a utilização de transistores, necessitando apenas de diodos externos de
proteção, sendo um circuito integrado com aplicação específica em controle de motores.
FIGURA 07: Controle bidirecional do motor CC
Trabalhando as entradas Y (Pinos 3 e 6 – Motor 1 e 11 e 14 – Motor 2) para as
ligações dos motores e as entradas A (Pinos 7 e 10 - acionamento dos motores e, 2 e 15
– sentido de inversão dos motores) conectadas nos pinos da porta paralela.
Os pinos utilizados para inversão dos motores são alimentados pelos pinos da
porta paralela.
TABELA 01 - Descrição do acionamento dos motores[6]
1,2EN / 3,4 EN
5V
0V
H
5V
0V
1A / 3A
0V
5V
L
5V
X
2A /4A
5V
0V
L
5V
X
FUNÇÃO
Gira para direita
Gira para a esquerda
Motor parado
Motor parado
Motor parado
REFERÊNCIA
[1] Disponível em: <http://lab.etfto.gov.br/~augusto/Apostilas/Motores.pdf>. Acesso
em: 25 jun. 2007
[2] OLIVEIRA, Vilma; A. AGUIAR, Manoel L.; VARGAS, Jerson B. Sistemas de
Controle: Aulas de Laboratório. EESC – USP, São Carlos - SP, 2005
[3] MEHL, Ewaldo L. M. Os robôs que jogam Futebol. Mecatrônica Fácil,São Paulo, n.
6, set. 2002.
[4] BRAGA, Newton. Eletrônica Básica para Mecatrônica. 1. ed. São Paulo: Editora
Saber, 2005.
[5] MARQUEZ, Daniel Q.Controle de um motor DC pelo PWM do PIC. Mecatrônica
Fácil São Paulo, n. 33, mar./abr.. 2007.
[6] TEIXEIRA, K. C. (2007) Implementação de um robô móvel. (Trabalho de conclusão
de curso) -UNORP. São José do Rio Preto, São Paulo.
[7] Labcenter Eletronics 1989 – 2005. Realese Proteus 6.7 SP3 with Advanced
Simulation.
ANEXO 1 – L293