Pratica com Tinkercad

Controle de Velocidade de Motor CC de 12 V por PWM com Acionamento por BJT NPN Curso de Engenharia Eletrica 1 Introducao Esta atividade tem como objetivo o projeto e a pratica de um circuito de acionamento para controle de velocidade de um motor CC de 12 V O circuito utiliza um transistor BJT NPN como chave de controle um diodo de roda livre para protecao contra surtos gerados pela indutˆancia do motor e um sinal de modulacao por largura de pulso PWM para ajustar a potˆencia fornecida ao motor A seguir apresentase a teoria do PWM as equacoes fundamentais que relacionam a potˆencia com a razao cıclica duty cycle e a descricao da pratica experimental 2 Teoria do PWM 21 Conceito de PWM A modulacao por largura de pulso PWM e uma tecnica utilizada para controlar a potˆencia entregue a uma carga atraves da variacao do tempo em que o sinal permanece em nıvel alto ligado durante cada ciclo de operacao Esse tempo denominado largura de pulso e definido em relacao ao perıodo total do sinal sendo representado pela razao cıclica d ou duty cycle que varia de 0 0 de tempo ligado a 1 100 de tempo ligado 22 Funcionamento no Controle de Motor No controle de velocidade de um motor Quando o sinal PWM esta em nıvel alto o motor recebe a tensao total da fonte 12 V Quando o sinal esta em nıvel baixo o motor e desconectado da fonte entretanto a energia armazenada na indutˆancia do motor e dissipada pelo diodo de roda livre evitando picos de tensao que poderiam danificar o transistor A variacao da razao cıclica permite ajustar a tensao media aplicada ao motor contro lando assim sua velocidade 1 3 Relacao entre a Potˆencia e a Razao Cıclica 31 Tensao Media Para um sinal PWM aplicado ao motor a tensao media Vmedia e dada por Vmedia Vfonte d 1 onde Vfonte e a tensao da fonte 12 V d e a razao cıclica duty cycle com valor entre 0 e 1 32 Potˆencia Dissipada no Motor Assumindo que o motor se comporte para simplificacao como uma carga resistiva a potˆencia media Pmedia fornecida ao motor pode ser estimada por Pmedia V 2 media Rmotor Vfonte d2 Rmotor 2 ou de forma equivalente Pmedia V 2 fonte Rmotor d2 3 onde Rmotor e a resistˆencia equivalente do motor Essa equacao evidencia que a potˆencia media varia de forma proporcional ao quadrado do duty cycle aspecto essencial para o ajuste fino do desempenho do motor 33 Consideracoes Adicionais O comportamento real do motor envolve fatores como indutˆancia resistˆencia interna e torque podendo desviar do modelo puramente resistivo A inercia do motor e as perdas mecˆanicas tambem influenciam o desempenho do sistema Para a compreensao basica do controle por PWM a aproximacao resistiva e frequentemente utilizada 4 Descricao do Circuito 41 Componentes do Circuito Motor CC de 12 V Carga cuja velocidade sera controlada Transistor BJT NPN Atua como chave permitindo ou bloqueando a passagem da corrente para o motor conforme o sinal PWM Diodo de Roda Livre Conectado em paralelo com o motor para proteger o transistor dos picos de tensao gerados pela desenergizacao do campo magnetico do motor Fonte de Alimentacao de 12 V Fornece a tensao necessaria ao circuito Gerador de Sinal PWM Pode ser implementado por um microcontrolador ou por um circuito dedicado responsavel por gerar o sinal que controlara o duty cycle 2 42 Funcionamento do Circuito 1 Sinal PWM O sinal possui um perıodo T e uma razao cıclica d onde o tempo em nıvel alto e d T e o tempo em nıvel baixo e 1 d T 2 Acionamento do Transistor O sinal PWM e aplicado a base do transistor BJT NPN fazendo com que ele conduza quando o sinal esta em nıvel alto e bloqueie a corrente quando o sinal esta em nıvel baixo 3 Protecao com Diodo Durante a comutacao ao desligar o transistor o diodo de roda livre conduz permitindo que a corrente do motor continue circulando tempora riamente dissipando a energia armazenada na indutˆancia e evitando sobretensoes 5 Descricao da Pratica Nesta secao apresentase o procedimento experimental para a montagem e avaliacao do circuito 51 Objetivos da Pratica Montar o circuito de acionamento conforme o esquematico proposto Observar e analisar o efeito do duty cycle na tensao media aplicada e consequente mente na velocidade do motor Realizar medicoes com instrumentos como multımetro e osciloscopio para validar a teoria 3 52 Materiais Necessarios Motor CC de 12 V Transistor BJT NPN adequado Diodo de roda livre Fonte de alimentacao de 12 V Protoboard ou placa de circuito impresso Resistores e capacitores conforme necessidade do circuito Microcontrolador ou gerador de sinal PWM Multımetro e osciloscopio 53 Procedimento Experimental 1 Montagem do Circuito Monte o circuito na protoboard conforme o esquematico apresentado Certifiquese de que as conexoes estao corretas observando a polaridade do motor e dos componentes 2 Configuracao do Sinal PWM Configure o gerador de sinal PWM para operar com um perıodo T adequado ao motor Varie o duty cycle d de forma progressiva por exemplo 0 25 50 75 e 100 para observar a variacao na tensao media aplicada 3 Medicoes e Analise Utilize o multımetro para medir a tensao media aplicada ao motor em cada configuracao do duty cycle Com o osciloscopio verifique a forma do sinal PWM e a resposta do circuito Registre os dados obtidos para analise e comparacao com as equacoes teoricas 6 Conclusao O controle de velocidade de um motor CC de 12 V por meio do sinal PWM permite ajustar a tensao media aplicada de forma eficiente A utilizacao do transistor BJT NPN para acionamento juntamente com o diodo de roda livre para protecao assegura que o circuito opere de maneira segura e controlada A pratica experimental possibilita a compreensao dos conceitos teoricos evidenciando a relacao entre o duty cycle e a potˆencia fornecida e permitindo o ajuste fino do desempenho do motor 4 Eletrônica Analógica AIkli6ReL Prazo de entrega 140425 1700 SOLUÇÃO LINK DE SIMULAÇÃO NO TINKERCAD httpswwwtinkercadcomthings4uU51HMMnWjeditelreturnTo2Fdashboard2 Fdesigns2FcircuitssharecodeAwECALm3SRTeQ8xzvT4TnJlVCaB6opOMbc8 nFNz4 LINK DE SIMULAÇÃO NO FALSTAD httpstinyurlcom2yqz675w PONTOS DE CONTATO NO PROTOBOARD 1 Linhas do barramento de alimentação Considerando a placa de conexão na posição paisagem os pontos horizontais dos barramentos de alimentação estão curtocircuitadas 2 Linhas dos barramentos de circuitos Considerando a placa de conexão na posição paisagem há dois conjuntos de barramentos com 5 pontos na vertical que estão curtocircuitados porém os conjuntos estão isolados entre si