ACIONAMENTO PWM Thiago Girardi

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UNIVERSIDADE ESTADUAL DO RIO GRANDE DO SUL – UERGS 
CURSO DE ENGENHARIA DE ENERGIA 
DISCIPLINA DE ACIONAMENTOS 
JUNHO DE 2017 
THIAGO GIRARDI 
 
PROJETO – CONTROLE DE MOTOR CC POR PWM 
 
Introdução 
O presente trabalho tem como objetivo demostrar o funcionamento do sistema PWM para 
controle velocidade de um motor DC, através da variação de temperatura do sistema e o ajustado, 
desta forma, será apresentado detalhes do planejamento, da montagem do hardware e da 
implementação do software, adotados para a solução do problema proposto. 
Descrição do Processo de Controle 
Um determinado equipamento faz uso do calor para processamento da matéria-prima 
dentro de sua câmara de processo, porém a temperatura externa desta câmara deve ser controla, 
a fim de não afetar as demais partes deste equipamento, e da mesma forma não se pode resfriar 
totalmente, pois isso implicaria em perdas de produtividade. 
O equipamento possui externamente um dissipador com um ventilador acoplado a câmara 
de processo, esta temperatura externa da câmara é medida por uma termoresistência, que 
fornece os valores de temperatura em ohms desta forma variando sua tensão de saída, para um 
controlador de velocidade, do tipo PWM, que fará o controle de temperatura através da velocidade 
do ventilador. Conforme esquemático apresentado, abaixo: 
 
A proposta contemplava o sistema de controle realizado por um circuito integrado, TL494 
que possui dois amplificadores, um oscilador, um controle de tempo (DTC), um flip-flop de controle 
de direção de pulso, regulador de precisão e controle de saída de circuitos. Este será responsável 
pela modulação do PWM. Que foi substituído pelo uso do ARDUINO, do modelo NANO, devido 
sua versatilidade de entradas e saídas, e sua facilidade de programação, desse modo poderá 
fazer melhorias e implementações num projeto futuro. Nas saídas de controle do PWM, serão 
conectados outros transistores que operam com uma corrente maior, com isso pode se controlar 
uma carga de maior potência. 
 Motor de Corrente Continua - CC 
O motor de corrente contínua (CC) é uma máquina elétrica que transforma energia elétrica 
em energia mecânica, seu principio de funcionamento é dado pela atração e repulsão de campos 
magnéticos. Os motores CC apresentam configurações onde possuem imãs permanentes ou 
eletroímãs como é o caso de motores de grande porte. O resultado da interação dos campos 
magnéticos é a produção de um conjugado eletromecânico produzindo movimento rotacional do 
eixo. 
 O controle de velocidade dos motores CC é de certa forma simples, principalmente quando 
comparado ao motor de corrente alternada, pois a velocidade é diretamente proporcional à tensão 
elétrica aplicada no enrolamento de armadura. Outras características importantes para o controle 
de velocidade da máquina CC é o fato de possuir valores constantes de tensão, torque e 
velocidade em regime permanente apresentando características lineares. 
Para o projeto foi utilizado um micro ventilador (fan/cooler) 
nas dimensões de 80x80x25 mm, com tensão de funcionamento de 
12 Vdc e corrente de 0,25 A, para realizar o sistema de resfriamento 
do processo. Para prevenir que o circuito seja danificado por uma 
corrente reversa, energia armazenada na armadura gerada quando a 
tensão do motor é cessada, é colocado diodo em paralelo com o 
motor. 
Microcontrolador 
Nesse projeto foi utilizado o Arduíno NANO, uma plataforma open-source de computação 
física baseada no microcontrolador ATMega-328, que engloba 
software e hardware. Tal plataforma tem sido destaque em muitos 
projetos tecnológicos, porém ainda é pouco utilizado por grande 
parte dos pesquisadores, devido, principalmente, a um preconceito 
pela facilidade. Uma das grandes vantagens do Arduino em relação a 
alternativas para controlar um sistema, são os Shields, placas que 
aperfeiçoam as capacidades da plataforma que podem ser plugadas no mesmo. Atualmente 
existe uma vasta opção de Shields como, ethernet, bluetooth, motor shield, LCD, sensor 
ultrassônico, dentre tantos outros. Abaixo é mostrado as especificações e a configuração dos 
pinos do dispositivo: 
 
 
Sistema de Controle por PWM 
A técnica de PWM é empregada em diversas áreas da eletrônica, tais como em fontes 
chaveadas, controle de velocidade de motores, controle de luminosidade, controle de servo 
motores, entre outras diversas aplicações. A sigla PWM significa "Pulse Width Modulation" ou 
Modulação de Largura de Pulso, ou seja, através da largura do pulso de uma onda quadrada é 
possível o controle de potência ou velocidade. 
Em relação ao seu funcionamento, 
considerando uma onda quadrada, para o 
funcionamento correto do PWM devemos variar a 
largura de pulso da onda, para este efeito, dois 
parâmetros são necessários o período e a largura do 
pulso, chamada de duty-cycle, definida em 
porcentagem. 
Utilizando o microcontrolador Arduíno é 
possível fornecer este tipo de sinal utilizando as 
portas adequadas e o comando em codigo 
“analogWrite(valor)”, em que valor varia de 0 a 255, 
sendo 255 o valor máximo, sendo esta uma porta 
Microcontroller ATmega328 
Architecture AVR 
Operating Voltage 5 V 
Flash Memory 
32 KB of which 2 KB 
used by bootloader 
SRAM 2 KB 
Clock Speed 16 MHz 
Analog I/O Pins 8 
EEPROM 1 KB 
DC Current per I/O Pins 40 mA (I/O Pins) 
Input Voltage 7-12 V 
Digital I/O Pins 22 
PWM Output 6 
Power Consumption 19 mA 
digital em que a tensão de saída é de 5Vdc. Na figura, pode-se ver um gráfico representando o 
funcionamento do PWM para valores variados da função “analogWrite”. 
Sensor de Temperatura – Termistores 
Os termistores são sensores que se baseiam no principio de variação da resistência 
ôhmica em função da temperatura, ou seja, elas aumentam a resistência com o aumento da 
temperatura. Os termistores são em sua grande maioria do tipo NTC e possuem respostas não-
lineares para as variações de temperatura. A temperatura de referência é geralmente tomada 
como 298K (25°C) e a constante  = - 4,0 para um NTC. Isso implica num coeficiente de 
temperatura de -0,0450 comparado com + 0,0038 para a platina. Uma técnica para reduzir a não 
linearidade de um termistor consiste em derivá-lo com um resistor comum. Para o projeto foi 
utilizado uma shield com termistor e resistor em paralelo para controle de temperatura. E para o 
set de temperatura foi utilizado um potenciômetro. 
 
Transistor NPN e Mosfet 
Um transistor é um componente eletrônico construído de três camadas, geralmente de 
silício, da forma mais simples é uma chave. No processo de fabricação do transistor, se uma das 
camadas é enriquecida com elétrons, passa a ser chamada N; se é empobrecida, isto é, perde 
elétrons, vira camada P. Há dois tipos de transistores que podem ser construídos com camadas P 
e N, estes são denominados transistores NPN ou PNP. Todo transistor possui três terminais, 
aquele que está ligado à camada do meio chama-se base. A base que está ligada às camadas 
das pontas, chama-se emissor e coletor. 
O Transístor NPN é formado por duas junções NP, na sequência NP-PN. Formado por três 
cristais de silício, sendo dois N e um P(NPN). A junção Emissor/Base é diretamente polarizada, a 
junção base/coletor é inversamente polarizada. Ao polarizar diretamente a junção base/emissor do 
transistor um fluxo de elétrons é direcionado da região N para região P. 
No projeto foi utilizado um transistor NPN, 
modelo PN2222 para controle de potência de 
luminosidade do led, porém possui uma corrente de 
coletor de 600 mA, a tensão de coletor entre emissor 
é de 30 Vdc, a tensão de coletor entre base é de 60 Vdc, e a tensão de emissor entre base éde 5 
Vdc. 
O transistor MOSFET (acrônimo de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, ou 
transistor de efeito de campo de semicondutor de óxido metálico) é composto de um canal de 
material semicondutor de tipo N ou de tipo P e é chamado respectivamente de NMOS ou PMOS. 
Possuindo alta velocidade de comutação e boa eficiência em baixa voltagem, desta forma é o 
switch mais usado para baixa voltagem, menores de 200 V. 
Neste projeto se utilizou um Mosfet do modelo 
IRF540N, com canal do tipo N, que opera em até 100 V e 
33 A, sendo este dispositivo de potência. A tensão de dreno 
para fonte é de 100 V, a tensão de dreno para o gate é de 
100 V, e a tensão de gate para fonte é de ±20 V. 
Programação e Hardware 
O software utilizado para compilar os programas, Processing, é disponibilizado no próprio 
site do Arduíno, sendo esse gratuito e multiplataforma. O ambiente gráfico do mesmo é de fácil 
compreensão e autoexplicativo. O Arduíno comunica com o computador através de uma porta 
USB, assim pode ser feito o upload do programa para o 
hardware. A linguagem utilizada é bastante simples sendo 
uma implementação do Wired e muito parecida com 
C/C++. A IDE do Arduíno inclui automaticamente todas as 
bibliotecas básicas que utilizamos em C/C++, além de mais 
uma gama de bibliotecas para controle de motores de 
corrente contínua, servo-motores, displays de LCD, 
recepção de sinais de sensores, entre tantos outros. 
Abaixo segue a estratégia de controle utilizada no projeto, a programação do Arduino: 
/* 
PWM 
controla a venlocidade conforme potenciometro e sensor de temperatura 
*/ 
 int motorPin = 3; // pino do motor 
 int ledPin = 9; // pino do led 
 int analogPin = 0; // pino para leitura do potenciômetro 
 int analogtempPin = 1; // pino para leitura da temperatura 
 int val = 0; //variável para armazenar o valor lido 
 int temp = 0; // variável para armazenar o valor lido 
 int ledcompPin = 7; //pino led comparador de temperatura 
 
 void setup() 
 { 
 pinMode(analogPin, INPUT); // configura pino como entrada 
 pinMode(analogtempPin, INPUT); // configura pino como entrada 
 pinMode(ledPin, OUTPUT); // configura pino como saída 
 pinMode(motorPin, OUTPUT); // configura pino como saída 
 pinMode(ledcompPin, OUTPUT); // configura pino como saída 
 } 
 void loop() 
 { 
 val = analogRead(analogPin); // le o valor analógico do potenciometro 
 temp = analogRead(analogtempPin); // le o valor do sensor de temperatura 
 if (val >= temp) // compara o valor do potenciometro com o sensor de temperatura 
 { 
 if (((val - temp) * 4) > 250) 
 { 
 analogWrite(motorPin, 255 ); // aciona o motor com o valor analógico lid 
 analogWrite(ledPin, 255 ); // aciona o led com o valor analógico lido 
 digitalWrite(ledcompPin, HIGH); 
 } 
 else 
 { 
 analogWrite(motorPin, (val - temp) * 4 ); // aciona o motor com o valor analógico lid 
 analogWrite(ledPin, (val - temp) * 4 ); // aciona o led com o valor analógico lido 
 digitalWrite(ledcompPin, HIGH); 
 } 
 } 
 else 
 { 
 analogWrite(motorPin, 0); // aciona o motor com o valor analógico 
 analogWrite(ledPin, 0); // aciona o led com o valor analógico lido 
 digitalWrite(ledcompPin, LOW); 
 } 
 delay (500); 
 } 
 
O projeto prevê o Hardware mostrado abaixo: 
 
As figuras, abaixo, mostram a montagem sinal do projeto e testes realizados, variando a 
temperatura do sensor e obtenção do PWM, proporcional o aumento de temperatura. 
Projeto final montado em protoboard com utilização do Arduino para controle. 
 
O valor de temperatura medido pelo sensor abaixo do set, desta forma o ventilador 
permanece desligado, e o sistema monitorando os valores temperatura. 
 
O valor de temperatura do sensor acima do valor de set, assim o ventilador entra em 
funcionamento, tendo um duty-cycle proporcional à temperatura. 
 
Os valores de PWM medidos, sendo os duty-cycle do primeiro de 10%, do segundo de 
25% e do terceiro de 90%. 
 
Resultados 
O sistema proposto para controle de temperatura do sistema descrito anteriormente, 
respondeu bem ao controle aplicado, pois se obteve uma resposta rápida. Porém, devido à inercia 
inicial do motor, com um duty-cycle muito baixo, o ventilador não entra em funcionamento, o que 
não ocorre quando está em alta velocidade e vai reduzindo a zero. Portanto, chegou-se a 
conclusão de que estes problemas podem ser resolvidos com um ajuste no programa, ou seja, 
quando o sistema for entrar na rotina de PWM, quando a temperatura do sensor é maior do que a 
do set, deve se colocar uma linha de programa para um valor de duty-cycle de 50% por um tempo 
extremamente pequeno, a fim de romper a inercia de motor parado. 
Conclusão 
O projeto descrito foi de grande valia para os envolvidos no mesmo, pois proporcionou 
uma gama de conhecimentos. Aplicação dos conceitos como controladores, novas ferramentas, 
sistemas autônomos para controle de máquinas e componentes eletrônicos, realizados de acordo 
com o que atual mercado tecnológico e científico. Ficou claro durante o desenvolvimento do 
protótipo que o Arduíno é uma tecnologia que pode e irá trazer muitos frutos aqueles interessados 
em desenvolver tecnologias inovadoras. Um equipamento completo, open-source e o mais 
importante, uma ferramenta muito simples e poderosa. 
Referências Bibliográficas 
ANTUNES, F. L. M. Motores de Corrente Contínua. 2009 
pt.wikipedia.org 
www.alldatasheet.com 
www.arduino.cc 
www.demic.fee.unicamp.br/mosfet 
www.electronics-tutorials.ws 
www.newtoncbraga.com.br 
www.tutorialspoint.com/arduino