Intermediário - Projeto 05

Controle de velocidade de um motor DC - acionamento com transistor

Objetivo

Neste tutorial vamos mostrar como criar um circuito para acionar e controlar a velocidade de um pequeno motor CC (motor de corrente contínua) com Arduino. O acionamento do motor será através do uso de um transistor e o controle da velocidade será através de um potenciômetro, onde utilizaremos a técnica PWM (Pulse Width Modulation).

Motores CC (DC motor): De forma geral, os motores CC, de corrente contínua, são dispositivos que convertem energia elétrica em energia mecânica, gerando uma rotação no seu eixo. Este tutorial deve ser utilizado apenas para motores que consomem menos que 1A quando alimentados por uma tensão de 5 a 9V. No nosso projeto, vamos utilizar um motor de corrente contínua de 130mA para uma tensão de 5V com potência e rendimento máximo.

ATENÇÃO:

a) Nunca ligue o motor CC diretamente no Arduino, pois poderá danificar irreversivelmente o seu microcontrolador. Os pinos digitais do Arduino oferecem no máximo 40mA e um motor CC, mesmo que pequeno, consome muito mais que isto. Portanto, para controlar um motor CC é necessário a utilização de correntes mais altas que as do Arduino e por isso você deverá utilizar transistores para garantir correntes satisfatórias para operar o motor em vazio ou em plena carga. Desta forma, o transistor irá proteger o pino digital do Arduino, impedindo que opere com correntes superiores a corrente máxima permitida e ao mesmo tempo podendo controlar o motor de forma eficiente.

b) Por questões de segurança, é altamente recomendável que se utilize uma fonte externa para alimentar o motor. Placas de Arduino, além de caras, são susceptíveis quando conectadas a dispositivos de correntes elevadas, como os motores de corrente contínua. Além disso, o motor utilizado poderá exigir tensões e correntes acima do que o Arduino pode fornecer. Lembre-se que o Arduino possui um regulador de tensão para 5V ou 3,3V.

b1. A fonte de alimentação externa deverá ter tensão e corrente suficientes para acionar e controlar o motor CC utilizado.  Para evitar a queima do motor, não utilize fonte externa com tensões muito superiores à tensão de operação do motor. As características do motor devem ser obtidas no datasheet do componente.

b2. No nosso projeto, dividimos o circuito em 2 partes. A primeira parte é alimentada diretamente pelo Arduino (5V) que inclui o potenciômetro e o botão para ligar o motor. A segunda parte controla a alimentação do motor e o transistor de proteção, onde utilizamos uma fonte ajustável de 5V com corrente máxima de 700mA.

b3. É importante lembrar que a placa do Arduino deverá ser alimentada diretamente pela USB de um computador, baterias (9 ou 12V) ou por uma fonte chaveada de 9V ou 12V (plug P4), por exemplo.

c) Também é recomendável a utilização de um diodo de proteção da porta digital do Arduino. Diodos foram projetados para permitir que a corrente flua apenas em uma direção, do polo positivo para o polo negativo, bloqueando qualquer corrente parasita que tente ir na direção oposta e que possa prejudicar os componentes do circuito. Esta corrente é resultado da "tensão reversa" ou "força eletromotriz inversa" criada pela inércia do rotor quando a alimentação do motor é removida. Nesta condição, o motor passa a gerar corrente elétrica através da transformação da energia mecânica da inércia do rotor em energia elétrica. Esta corrente fluirá no sentido contrário, podendo causar efeitos indesejáveis no Arduino e na fonte externa, caso o circuito não seja bloqueado por um diodo.

c1. Segundo alguns técnicos em eletrônica, a adição do diodo para a proteção é opcional, tendo em vista que o transistor que utilizaremos no projeto (TIP120, TIP121 ou TIP122) já possui um diodo interno. Veja o esquema abaixo:

c2. No entanto, outros tantos técnicos reforçam o uso do diodo como proteção, e vão além, recomendam a utilização também de um capacitor cerâmico para estabilizar a tensão e evitar ruídos no circuito. Estas variações só podem ser detectadas em equipamentos de medição, como um osciloscópio por exemplo. No nosso projeto vamos adicionar um diodo de proteção, o diodo 1N4004, e vamos testar na prática o projeto com e sem proteção com o diodo.

Dica: Opte sempre por proteger o máximo os circuitos utilizados. Mas se você não tiver um diodo em mãos, você poderá testar o projeto tranquilamente sem este componente (não haverá danos físicos aos componentes eletrônicos).

d) Preste bem atenção na montagem do circuito antes de ligar na energia elétrica. Qualquer erro poderá causar danos irreversíveis nos componentes e na placa do Arduino.

Aplicação

Para fins didáticos e projetos de automação, robótica e máquinas eletrônicas em geral.

Componentes necessários

Referência

Componente

Quantidade

Imagem

Observação

Protoboard Protoboard 830 pontos 1 Resultado de imagem para protoboard 830v

 

Jumpers Kit cabos ligação macho / macho 1    
Micro Motor DC

Micro Motor de corrente contínua (CC) 6000rpm / 5V

1

 

– Tensão nominal: 3,0 a 5,0V

- Corrente sem carga: 90mA

- Corrente em plena carga: 130mA

- Rotação sem carga: 6.000 rpm

- Rotação máximo rendimento: 5.800 rpm

- Potência Máxima: 0,35W

(datasheet)

Transistor TIP122 Transistor NPN TIP122 1

 – Tensão máxima base-coletor: 100V
– Corrente coletor: 5A
– Temperatura de operação: -65 à 150 °C

(datasheet)

Obs.: Similares ao TIP122: TIP120 e TIP121

Dido IN4004 Diodo IN40404 1  
Corrente: 1A
Proteção tensão reversa:  400V
Encapsulamento:     DO41

(datasheet)

Obs.: Similar ao IN4004: IN4007

Push Button Push button 6X6X5mm 1  
 Potenciômetro Potenciômetro 10K   1 Resultado de imagem para potenciômetro  

Você poderá experimentar valores diferentes do potenciômetro, entre 1K a 100K.

A tensão resultante do potenciômetro aumenta quando giramos o eixo do componente no sentido do polo negativo para o polo positivo

Led 5mm Led 5mm 3  

3 LEDs alto brilho ou difuso

No projeto utilizamos 1 led verde, 1 led amarelo e 1 led vermelho

Você poderá utilizar também LEDs de 3 mm e as cores que desejar.

Resistor Resistor 10KΩ