O post explica um controlador de motor DC que apresenta uma compensação de torque constante para permitir que o motor funcione a uma velocidade consistente, independentemente da carga nele.
Desvantagem dos controladores de velocidade comuns
Uma desvantagem da maioria dos controladores de velocidade simples é que eles apenas fornecem ao motor uma tensão constante predeterminada. Como resultado, a velocidade não permanece constante e varia com a carga do motor, devido à ausência de compensação de torque.
Por exemplo, em um modelo de trem, com controladores simples, a velocidade do trem diminui gradualmente para os gradientes de subida e acelera durante a descida.
Portanto, para os trens de modelo, o ajuste do controle do potenciômetro para manter uma velocidade selecionada do motor também se desvia dependendo da carga que o motor pode estar puxando.
O circuito controlador de velocidade do motor de torque constante explicado neste artigo elimina esse problema rastreando a velocidade do motor e mantendo-a constante para uma configuração de controle predeterminada, independentemente da carga no motor.
O circuito pode ser aplicado na maioria dos modelos que utilizam um motor DC de ímã permanente.
Calculando o fator EMF traseiro
A tensão nos terminais do motor é composta por alguns fatores, a força eletromotriz produzida pelo motor e a queda de tensão na resistência da armadura.
A contra-fem gerada pelo enrolamento do motor é normalmente proporcional à velocidade do motor, o que significa que a velocidade do motor pode ser monitorada medindo-se este conteúdo de contra-emf. Mas, o principal problema é isolar e detectar a fem traseira da tensão de resistência da armadura.
Supondo que um resistor separado seja conectado em série com o motor, considerando que uma única corrente comum passa por esse resistor e também pela resistência da armadura, a queda de tensão nos dois resistores em série pode ser equivalente à queda na resistência da armadura.
Na verdade, pode-se supor que quando esses dois valores de resistência são idênticos, as duas magnitudes de tensão em cada um dos resistores também serão semelhantes. Com esses dados, pode ser possível deduzir a queda de tensão de R3 da tensão do motor e obter o valor de volta emf necessário para o processamento.
Processando Back EMF para Torque Constante
O circuito proposto monitora continuamente a força eletromotriz e regula a corrente do motor para garantir que, para um ajuste de controle de potenciômetro atribuído, a força eletromotriz, juntamente com a velocidade do motor, seja mantida em um torque constante.
Para facilitar a descrição do circuito, considera-se que P2 é ajustado e mantido em sua posição central, e o resistor R3 é selecionado como equivalente ao valor da resistência da armadura do motor.
Calculando a tensão do motor
A tensão do motor pode ser calculada somando a fem traseira Va com a queda de tensão na resistência interna do motor Vr.
Considerando que R3 diminui uma tensão Vr, a tensão de saída Vo será igual a Va + 2 V.
A tensão na entrada inversora (-) do IC1 será Va + Vr, e na entrada não inversora (+) será Vi + (Va + 2Vr – Vi) / 2
Como as duas magnitudes de tensão acima devem ser iguais, organizamos a equação acima como:
Va + Vr = Vi + (Va + 2Vr – Vi) / 2
Simplificando esta equação fornece Va = Vi.
A equação acima indica que a fem traseira do motor é mantida consistentemente no mesmo nível que a tensão de controle. Isso permite que o motor trabalhe com velocidade e torque constantes para qualquer configuração especificada do ajuste de velocidade P1.
P2 é incluído para compensar o nível de diferença que pode existir entre a resistência R3 e a resistência da armadura. Ele executa isso ajustando a magnitude do feedback positivo no amplificador operacional de entrada não inversora.
O amplificador operacional LM3140 basicamente compara a tensão desenvolvida através da armadura do motor com o equivalente de volta emf através do motor e regula o potencial de base do T1 2N3055.
T1 sendo configurado como seguidor de emissor regula a velocidade do motor de acordo com seu potencial base. Ele aumenta a tensão no motor quando uma força eletromotriz mais alta é detectada pelo amplificador operacional, resultando em um aumento na velocidade do motor e vice-versa.
T1 deve ser montado sobre um dissipador de calor adequado para um funcionamento adequado.
Como configurar o circuito
A configuração do circuito controlador de velocidade do motor de torque constante é feita ajustando P2 com o motor com carga variável até que o motor atinja um torque constante, independentemente das condições de carga.
Quando o circuito é aplicado para modelos de trens, deve-se tomar cuidado para não girar muito P2 em direção a P1, o que pode resultar na desaceleração do modelo, e, inversamente, P2 não deve ser girado demais na direção oposta, o que pode resultar na velocidade do trem realmente ficando mais rápido ao subir um gradiente para cima.
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