Análise da Curva Característica de Velocidade em Motor de Corrente Contínua

3 Q1 10 Um estudante de engenharia foi solicitado para levantar a curva característica da velocidade num motor de corrente contínua pela sua tensão de armadura Segundo o catálogo do fabricante do motor as especificações são Ao capturar os dados o estudante obteve o seguinte gráfico Va x RPM da figura 1 Fig 1 O estudante utilizou um disco encoder com 60 ranhuras dentes em sua construção Ele precisou realizar um cálculo para obter a velocidade em RPM de acordo com a leitura no disco Do gráfico verificamos que a velocidade de 3390 RPM para 12v para o motor sem carga A leitura da velocidade foi feita utilizando um conjunto encoder como na figura 2 Fig 2 Este modelo de motor será utilizado no projeto de um produto mecatrônico que será alimentado por pilhas alcalinas do tipo AA que fornece segundo o catálogo a tensão de 15V cada Um receptáculo será utilizado na montagem deste produto para acomodar quatro pilhas do tipo AA em série com a tensão dos pontos A e B obtidas na fiação vermelhapreta para a alimentação conforme apresenta a figura 3 Fig 3 Como estudante de engenharia você foi consultado sobre o projeto e uso do motor Pedese A 05 Apresente o valor aproximado da velocidade do motor em RPM neste produto utilizando os dados obtidos no gráfico do estudante considerando a alimentação direta nos terminais do motor 4 B 05 Se você pedir para um membro do grupo do projeto conferir o valor obtido da velocidade qual deverá ser o período a ser observado para cada pulso de saída do encoder A Se a alimentação Va será de 6V 4x pilhas em série a velocidade pelo gráfico é 1600 RPM A Se obtemos 1600 RPM 60 2666 RPS 2666 Hz ou pulsos por segundo a cada revolução O período de cada revolução é T 1 f 1 2666 00375 s ou 375 ms Como cada revolução possui 60 dentes pulsos teremos o período de 1 pulso 375 60 625 µs 5 Q2 35 Você faz parte de uma equipe de robôs e numa reunião seu líder mostrou um circuito de acionamento que foi desenvolvido por estudantes para motor elétrico do tipo CC de imãs permanentes PMDC utilizando transistor do tipo BJT e uma fonte de tensão simétrica Este circuito eletrônico pode ser observado na figura a seguir Fonte portal Arduinocc Seu líder já sabendo que este circuito e a tecnologia empregada nele não servirá para o projeto discutiu com a equipe formas de acionar o PMDC motor em dois quadrantes para controlar o sentido de rotação de cada motor e desta forma controlar a rotação de cada roda do robô que é acoplada no motor Ele pediu para você as seguintes tarefas A 10 Identificar que tipo de transistor BJT foi utilizado e qual a topologia de acionamento de PMDC motor que os alunos que bolaram este circuito tentaram desenvolver B 10 Fazer o esboço de um novo circuito de acionamento com a mesma topologia identificada permitindo o acionamento em dois quadrantes mas agora utilizando transistores do tipo MOSFET e indicando no circuito a maneira de conectar para testes numa fonte de bancada do laboratório simulando baterias que irão no futuro robô O acionamento dos transistores no seu novo circuito será do tipo PWM C 15 Você apresentou nesta reunião uma sugestão de topologia mais eficiente para acionar cada PMDC motor do robô e eliminar metade das baterias do robô de forma a conectar apenas uma fonte de alimentação no sistema robótico Seu líder e a equipe gostaram da idéia e agora você precisa fazer o esboço desta nova topologia que permitirá acionar o motor em dois quadrantes e com apenas uma fontedetensão unipolar 6 Q2 Respostas A Transistor BJT do tipo Darlington e topologia do tipo PonteT com fontedealimentação simétrica B esboço de PonteT com MOSFET C esboço de PonteH com MOSFET Opcional incluir nas topologias diodos de freewheeling 7 Q3 05 Na figura a seguir pode ser observado a estrutura em corte de um motor de passo segundo o catálogo do fabricante Oriental Motors Com base nas informações gráficas do catálogo da Oriental Motor analise as seguintes afirmações I É um motor de passo do tipo imãs permanentes II É um motor de passo do tipo relutância variável III A combinação dos rotores neste motor cria uma magnetização de polos nortes e sul IV O torque de detenção é um torque característico no motor de passo tipo híbrido É correto apenas o que se afirma em A I B II C I e III D II e III E III e IV Resposta E Comentário III é verdadeira pois a magnetização do rotor 1 e do rotor 2 cria polos nortes e sul em cada um IV é verdadeira pois o motor de passo do tipo híbrido tem o torque do tipo torque de detenção devido aos imãs permanentes Fonte Oriental Motors 8 Q4 05 Na figura a seguir pode ser observada a variação da resposta do passo e seu desempenho no amortecimento em um motor de passo no que tange ao processo do início e término do movimento de cada passo Com base nas informações do gráfico apresentado pela empresa Oriental Motor analise as seguintes afirmações I Para realizar uma rotação completa no modo FullStep são necessários 200 passos II Para realizar uma rotação completa no modo HalfStep são necessários 200 passos III Cada passo em 1 possui uma resposta com sobressinal nas mudanças no passo IV O motor de passo em 2 e 3 permite operação do tipo micropasso É correto apenas o que se afirma em A I B II C I e IV D II e IV E III e IV Resposta E Comentário III é verdadeira pois a cada passo aparece sobressinal ou sobrepasso na estabilização da posição desejada IV é verdadeira pois o motor de passo permite operar micropasso 15 em 2 e 150 em 3 Fonte Oriental Motors 9 Q5 05 Na figura a seguir podemos observar sequências passo no acionamento de um motor de passo de quatro fases Com base nas informações do gráfico apresentado analise as seguintes afirmações I Há equivalência de ângulos de passos entre as sequências 1 2 e 3 respectivamente II A sequência 1 é do tipo passo completo com acionamento de bobina única III A sequência 2 é do tipo passo completo com acionamento duplo de bobinas IV A sequência 3 é do tipo meio passo melhorando a resolução angular É correto apenas o que se afirma em A Todas as alternativas I II III e IV B I e II C I e III D II III e IV E Nenhuma das alternativas I II III e IV Resposta D Comentário I é falsa Cada sequência 1 2 e 3 apresenta um tipo de passo e a 3 é de meio passo II é verdadeira pois a sequência é de passo completo com 1 bobina acionada por vez wavedrive III é verdadeira pois a sequência é de passo completo com 2 bobinas acionadas por vez IV é verdadeira pois a sequência é de meio passo alternando 1 e 2 bobinas acionadas por vez 10 Q6 10 Você faz parte de uma equipe da entidade médica de sua faculdade que está projetando uma bomba de insulina para uso em diabéticos Fig 1a No novo produto será utilizado um motor de passo ligado ao êmbolo da seringa de insulina em substituição ao modelo do benchmark Fig 1b Fig 1a Fig 1b Um colega da equipe analisou as formasdeonda no acionamento do motor através de um módulo de driver com o CI DRV8825 que recebe pulsos de STEP Fig 3a e mostrou a você que a captura da corrente no acionamento das fases do motor é similar a um diagrama senoidal com degraus Fig 3b Fig 3a Fig 3b Pedese A 05 Qual o tipo de de acionamento de passos é utilizado neste motordepasso B 05 Sabendo que este motor possui ângulo de passo natural de 18o quando apenas 1 bobina é acionada por vez wave drive qual deverá ser o ângulo de deslocamento neste acionamento para cada passo STEP neste módulo de driver Respostas A acionamento do tipo micropasso A micropasso 18 do passo completo 18o 8 0225o 11 Q7 10 Um grupo está desenvolvendo um sistema mecatrônico de controle de movimento que possui motor de passo no acionamento do seu deslocamento linear Este acionamento precisa utilizar um perfil de execução da velocidade no eixo do motor conforme apresenta a figura Fig 1 a seguir Fig 1 O sistema de acionamento deverá partir o motor de uma velocidade V0 até alcançar durante o trajeto uma velocidade maior V1 Da mesma forma o acionamento deverá utilizar o mesmo tipo de perfil no controle da parada do movimento linear do sistema agora de V1 até V0 Você recebeu a tarefa de analisar um programa antigo do acionamento do motor de passo que já foi desenvolvido sem perfil de execução da velocidade código mostrado na Fig 2 a seguir para alterar a sua programação A variável de tempo utilizada nesta programação foi informada a você para que seja mantida como a velocidade V1 no novo perfil include mbedh DigitalIn mybuttonUSERBUTTON DigitalOut FaseAD3 IN1 DigitalOut FaseBD4 IN2 DigitalOut FaseCD5 IN3 DigitalOut FaseDD6 IN3 int main FaseA 0 Desliga Bobina FaseA FaseB 0 Desliga Bobina FaseB FaseC 0 Desliga Bobina FaseC FaseD 0 Desliga Bobina FaseD float tempo 0005 while1 FaseA 1 Bobina FaseA Ligada waittempo espera tempo FaseA 0 Bobina FaseA Desligada FaseB 1 Bobina FaseB Ligada waittempo espera tempo FaseB 0 Bobina FaseB Desligada FaseC 1 Bobina FaseC Ligada waittempo espera tempo FaseC 0 Bobina FaseC Desligada FaseD 1 Bobina FaseD Ligada waittempo espera tempo FaseD 0 Bobina FaseD Desligada 12 A 05 O catálogo do fabricante apresenta um gráfico de desempenho de Torque x Velocidade Fig 3 em pulsos por segundo pps par o motor com ângulo de passo de 18o Com o tempo já definido no programa sendo uma variável de fração em segundos calcule a taxa em pps quando o motor estiver no patamar de V1 Fig 3 B 05 Considerando este tempo já definido no programa como uma variável de fração em segundos e o acionamento do motor com ângulo de passo de 18o qual será sua velocidade V1 em RPM Solução A Com o tempo de 5 ms teremos 200 pps B Para o ângulo de passo de 18o uma rotação completa precisará de 200 passos ou pulsos no total de uma revolução Com 200 pulsos para acionamento de uma rotação completa teremos 200 x 5 ms 1 s Como temos uma taxa de 1 RPS a velocidade do motor será de 60 RPM 13 Q8 05 Um circuito integrado CI TCA785 da empresa Siemens possui internamente diversos recursos e módulos conforme apresenta o diagrama de blocos da figura 1 Figura 1 Dentre estes recursos há o módulo detector de passagem por zero DPZ e o módulo com a lógica de formação de pulsos de disparo para o gate de um tiristor externo ao CI Com a inclusão de outros componentes externos como um resistor RR no pino 9 e capacitor CR no pino 10 podese formar uma base de tempo de um sinal VCR que atua junto ao registrador de sincronismo que entra na lógica de formação de pulsos através da comparação com o sinal externo no pino 11 da tensão VCONTROLE Na figura 2 são apresentadas as formasdeonda do funcionamento nas entradas e saídas do CI num circuito ligado à rede elétrica de CA Figura 2 Com base nas informações apresentadas analise as deduções das seguintes afirmações I Q1 e Q2 controlam o disparo nos respectivos gates do SCR1 e SCR2 externos ao CI II A utilização de um potenciômetro para ajuste em VCONTROLE permitirá variar o ângulo de disparo no gate do SCR III O uso do CI TCA785 num circuito de controle de motor do tipo universal permitirá variar a sua velocidade de operação numa rede elétrica CA 14 É correto apenas o que se afirma em A Todas as afirmações I II III B Nenhuma das afirmações I II III C Apenas a afirmação I D Apenas a afirmação II E Apenas a afirmação III Resposta A Comentário A afirmação I é correta pois Q1 e Q2 são sinais de controle ao tiristor externo No caso de utilizar dois SCRs SCR1 do gráfico C e SCR2 do gráfico D cada sinal será utilizado nos semiciclos positivo e negativo do gráfico A A afirmação II é correta pois utilizar um potenciômetro no pino 11 permite deduzir que irá alterar a tensão VCONTROLE que atua em VCR no gráfico B A afirmação III é correta pois com base nas afirmações I e II verdadeiras o CI TCA785 poderá ser utilizado para controlar a velocidade de um motor do tipo universal 15 Q9 15 Um circuito eletrônico similar ao discutido na questão do TCA785 foi montado numa bancada de laboratório para permitir o controle de uma carga ligada na rede elétrica CA de 60Hz conforme apresentado na figura 1 Fig 1 A figura 2 apresenta a forma de onda que foi observada no reticulado do osciloscópio para o sinal VCR no pino 10 do CI Este sinal do tipo dentedeserra possui uma amplitude aproximada de 10V considerando o ajuste de 1Vdiv no canal de medição do osciloscópio Resposta Fig 2 16 Ao ajustar o sinal de controle do ângulo de disparo no tiristor o estudante de engenharia verificou que havia uma tensão no cursor do potenciômetro de ajuste de aproximadamente 5V no pino 11 do CI do sinal VCONTROLE A 05 Faça na própria Fig 2 o esboço do sinal VCONTROLE para as condições descritas utilizando a mesma base do reticulado B 10 Faça no reticulado a seguir o esboço da forma de onda aproximada encontrada na carga Load para as condições descritas utilizando a mesma base de tempo do reticulado da Fig 2 Resposta Forma de onda na cor é a forma de onda no TRIAC Forma de onda na cor roxa é a forma de onda na Carga Load desconsiderar o ruído