Guia Definitivo de Controladores de Motor: Função, Proteção e Uso

O que é um Controlador de Motor?

Um controlador de motor é um dispositivo elétrico que regula o torque, a velocidade do motor e a saída do equipamento. Controladores de motor geralmente possuem meios manuais ou automáticos para parar ou iniciar o motor.

Por que os controladores de motor são tão essenciais? Bem, sem esses dispositivos, o motor não tem a proteção necessária contra sobrecargas. Uma sobrecarga pode levar a falhas elétricas que poderiam danificar equipamentos eletrônicos.

A maioria dos motores requer pelo menos vários Amperes para operar bem. Infelizmente, microcontroladores podem fornecer apenas cerca de 0,1 Amperes, o que é muito pouco. Um controlador de motor pode ajudar você a atingir a amperagem necessária.

Tipos de Controladores de Motor

Existem quatro tipos principais de controladores de motor. Vamos analisar cada um deles de perto.

Controladores de Motor CA

Controladores de motor CA modificam a potência de entrada para os motores. Eles conseguem isso ajustando a frequência da energia que entra no motor. O objetivo é regular a velocidade e o torque. Outros nomes para controladores CA incluem inversores CA, drives de velocidade variável e drives de frequência ajustável.

Controlador de Motor CC

Assim como os controladores de motor CA, os controladores de motor CC também ajustam a potência de entrada. Controladores de motor CC alteram ou modificam a fonte de corrente para saída de corrente contínua ou frequência. Um controlador de motor CC controla eficientemente o torque e a velocidade do motor.

Controlador de Motor Servo

Um controlador de motor servo é um dispositivo eletrônico que modifica a potência de entrada ajustando ou regulando a fonte de corrente para a frequência, pulsos ou saída de corrente desejada. Como controladores CA e CC, controladores de motor servo são ideais para aplicações específicas. Um controlador de motor servo é adequado para aplicações de controle de movimento, especialmente nas indústrias de manufatura e construção. Esses controladores controlam posições, torques e velocidades do motor.

Controladores de Motor de Passo

Um controlador de motor de passo é um dispositivo eletrônico que controla a potência de entrada. O controlador faz isso ajustando a fonte de corrente para uma saída de corrente em degraus. Controladores de motor de passo são especialmente ideais em ambientes de manufatura e construção. Como outros controladores desta lista, controladores de motor de passo controlam a posição, torque e velocidade dos motores. Outro nome para controladores de motor de passo é indexadores de motor.

Como Funciona um Controlador de Motor?

A maioria dos designers e engenheiros iniciantes não entende como funcionam os controladores de motor. Curiosamente, é muito mais fácil do que você imagina. Vamos analisar o assunto em profundidade.

Controlador de Direção através de Ponte H

Este processo de controle de motor CC está entre os mais simples. O processo envolve dois pares de interruptores. Toda vez que você conecta um par de botões, o circuito é completado e gera potência.

Para fazer um motor de 4 seções, você pode misturar e combinar os interruptores ou alterar suas polaridades. Os usuários também podem alterar o tamanho das pontes H para adequá-las a sistemas menores.

Controlador de Velocidade através de Modulação por Largura de Pulso (PWM)

Circuitos PWM controlam a velocidade do motor aumentando ou limitando a tensão da fonte da PCB. Esses circuitos têm um efeito de suavização através da indução da bobina. É possível combinar circuitos PWM com pontes H quando você deseja alterar velocidade, direção ou frenagem.

Controlador de Armadura através de Resistência Variável

Outra forma de alterar a velocidade do motor CC envolve alterar a corrente que passa pela bobina ou pela armadura. A velocidade do eixo pode variar dependendo do fornecimento de corrente. Isso porque é proporcional ao campo magnético gerado pela corrente presente na armadura.

Considere adicionar resistores à armadura se desejar limitar a velocidade do motor. Para aumentar a velocidade, adicione uma resistência do estator.

Adicionar resistores à bobina da armadura significa que você está gerando mais calor e perdendo energia. Por isso, este método pode ser ineficiente.

Desligando o Motor

Para desligar o motor, basta cortar o fornecimento de tensão para a PCB. Você também pode abrir os interruptores no motor. Você pode abrir um interruptor conectado a dois.

Frenagem do Motor

Quando se trata de frenagem do motor, você pode adotar um de três métodos. O primeiro é a frenagem dinâmica. Este método envolve cortar o fornecimento de energia do motor.

O segundo tipo de frenagem é conhecido como frenagem por injeção. Este método se aplica apenas ao controle de motor CA. Após desconectar a energia e fornecer energia CC; em vez disso, você cria um campo magnético que desacelera ou para o motor alterando a direção de rotação do motor.

Também existe a frenagem regenerativa que opera de maneira semelhante à frenagem dinâmica. Você corta a fonte de energia e depois a devolve à fonte através do motor em rotação. A frenagem regenerativa pode carregar a bateria. A bateria então fornecerá corrente ao motor.

Critérios de Seleção de Controlador de Motor

Que critério você deve usar ao selecionar controladores de motor? Discutimos dois nesta seção.

Especificação Elétrica

Quando se trata de especificação elétrica, alguns dos pontos que você deve prestar atenção incluem:

Tensão Máxima de Saída

A saída do dispositivo em questão deve sempre estar em conformidade com a saída de todo o sistema.

Potência Nominal

A maior potência que o motor pode utilizar.

Tensão de Alimentação CA/CC

A tensão de alimentação CA/CC visa alcançar operação impecável.

Corrente de Saída Contínua

Geralmente, o dispositivo conduz corrente sem ultrapassar limitações de calor.

Tipos de Barramento

Você provavelmente já ouviu falar sobre tipos de barramento, que consistem em tecnologia de anexo de ponta.

Entradas Monofásicas/Trifásicas

Geralmente, pode-se usar aplicações de baixa ou alta pressão.

Frequência do Controlador de Motor

Controladores de motor geralmente usam frequências variando de 50 Hz a 400 Hz.

Especificação Operacional

O desempenho dos controladores de motor depende do sistema de controle e configuração do design. Pode-se adicionar diferentes tipos de controles manuais, como botões, jumpers, potenciômetros, etc. Alternativamente, pode-se usar controles de computador como joystick, painel digital, e assim por diante.

Recursos

A escolha de um controlador de motor é flexível e depende das funções que você gostaria de incluí-lo. Diferentes controladores de motor têm recursos adicionais. Por exemplo, você pode optar pelo recurso de partida suave, que permite decidir o tempo que seu dispositivo leva para ligar.

Controladores de Motor CC Sem Escovas VS Controladores de Motor CC Com Escovas

Existem dois tipos principais de motores CC: com escovas e sem escovas. Controladores de motor CC com escovas estão entre os tipos mais antigos de controladores de motor. A retificação de motores com escovas é geralmente realizada internamente pela fonte de alimentação CC. O controlador apresenta um rotor, algumas escovas e um eixo. A polaridade e carga dessas escovas determinam a velocidade e direção do motor.

Controladores de motor CC sem escovas tornaram-se extremamente populares principalmente por sua eficiência. Esses controladores de motor têm a mesma aparência dos controladores com escovas, mas sem as escovas. Os motores também apresentam circuitos especializados que controlam direção e velocidade. Para melhorar a eficiência, motores sem escovas têm ímãs ao redor do rotor.

A Diferença Entre um Driver de Motor e um Controlador de Motor

Você precisa controlar qualquer eletrônica que contenha rodas ou outras partes motorizadas a partir do microcontrolador. Como apontamos anteriormente, chips padrão podem apenas emitir pequenas quantidades de corrente. Portanto, você não pode acionar motores diretamente de forma eficiente, independentemente do tamanho deles. É aí que entram os drivers de motor.

Drivers de motor usam chips maiores para lidar com níveis de corrente maiores e tensões mais altas do que os 5V/3,3V usuais do microcontrolador. Com um driver de motor, você pode controlar uma carga maior.

Então, como um driver de motor difere de um controlador de motor? Bem, drivers de motor simplesmente lidam com a capacidade de acionar os motores. Por outro lado, controladores de motor têm toda a circuitaria lógica embutida neles. Você pode controlar controladores de motor usando uma interface de nível superior, por exemplo, um sinal PWM, entrada analógica, USB, etc.

Controlador de Velocidade Variável

Drives de velocidade variável

Drives de velocidade ajustável

Microdrives

Drives CA

Inversores

Controlador de Velocidade Variável para Motor CA

Como sugerimos anteriormente, controladores de velocidade variável CA funcionam alternando a tensão e frequência de motores elétricos. Esses drives de frequência têm muitas aplicações, incluindo esteiras transportadoras, bombas de piscina, tornos, fresadoras, compressores de ar, ventiladores HVAC, etc. Controladores de velocidade CA são altamente eficientes energeticamente, ao contrário de sistemas de controle de frequência de motor CC. Não é de admirar que muitos designers agora optem por adaptar controladores de velocidade CC com opções CA.

Diferentes Tensões do Controlador de Velocidade do Motor

Controladores de velocidade de motor estão disponíveis em diferentes opções de tensão, incluindo 12V, 24V e 90V. Embora os três tenham muitas semelhanças, também existem diferenças aparentes. No geral, todos os três recursos de design são quase da mesma forma. A principal diferença é que um controlador de motor 12V geralmente consome o dobro da corrente que um motor 24V consome. Um controlador de motor 90V, por sua vez, consome a menor quantidade de corrente de sua fonte de tensão. Para qualquer carga mecânica dada, há uma fonte de alimentação semelhante para os três. Ao escolher entre os três, o representante da empresa deve ser capaz de fornecer detalhes mais específicos, para que seja mais fácil para você tomar a decisão certa.

Em muitos casos, o preço dos controladores de velocidade de motor não difere significativamente, apesar de suas diferenças de tensão. É especialmente o caso quando você está comprando o controlador de motor para a mesma aplicação.

Os motores diferem na fiação, porém. Os fios para um controlador de motor 24V são tipicamente menores que os de um controlador de motor 12V. Apesar do tamanho, fios menores podem fornecer energia eficientemente.

Partidas de Motor

Partidas de motor estão atualmente entre as principais invenções para controle de motor. Partidas são dispositivos elétricos que controlam a energia elétrica necessária para iniciar um motor. As ferramentas também ajudam a parar, inverter e proteger motores elétricos.

Geralmente, uma partida consiste em dois componentes principais:

• Contator - O contator controla a corrente que entra no motor. Este componente pode tanto estabelecer quanto interromper a energia no circuito elétrico.
• Relé de Sobrecarga - Quando o motor consome muita corrente elétrica e superaquece, ele pode queimar. A função de um relé de sobrecarga é garantir que isso não aconteça.

Tipos de Partidas de Motor?

Geralmente, existem dois tipos de partidas de motor. Estes são:

• Partidas Manuais - Como o nome sugere, partidas manuais são dispositivos que requerem operação manual. As partidas são consideravelmente fáceis de operar e geralmente não precisam de intervenção especializada. O próprio dispositivo tem um botão que você usa ao ligar e desligar equipamentos. Alguns dos recursos que tornam as partidas manuais desejáveis em relação a outros tipos incluem: operação segura e econômica; compactas para permitir uma ampla variedade de aplicações; oferecem detecção de sobrecarga para o motor, mantendo-o seguro contra danos; custo inicial baixo; vêm com uma infinidade de opções de gabinetes.
• Partidas Magnéticas de Motor - Partidas magnéticas de motor requerem controle eletromagnético. Geralmente, a partida do motor requer uma tensão mais baixa e segura para iniciar em comparação com a tensão do motor. Partidas magnéticas de motor têm contatores elétricos e relés de sobrecarga para mantê-las protegidas contra corrente excessiva e superaquecimento.

Mais Sobre Controladores de Motor

Como você viu no que cobrimos nas seções anteriores, o assunto de controladores de motor é vasto. Aqui estão mais algumas coisas que podem interessar você.

Controlador de Motor Arduino

Controladores de motor Arduino permitem acionar motores CC de passo, motores de passo, solenoides e relés. Os controladores de motor são drivers de ponte H duplos que acionam motores indutivos. Com uma placa Arduino, você pode acionar dois motores CC e controlar a direção e velocidade de cada um. Este controlador de motor também permite medir a absorção de corrente de motores individuais, entre outras coisas.

Controlador de Motor Sabertooth

Controladores de motor Sabertooth estão entre os drivers de motor duplo mais versáteis e eficientes disponíveis. Esses controladores de motor funcionam bem com equipamentos de alta potência, por exemplo, robôs pesando até 300 lbs. Com controladores de motor Sabertooth, pode-se alcançar correntes de pico de até 50A por canal em poucos segundos. Esses controladores de motor apresentam proteção térmica e contra sobrecorrente, significando que você não precisa se preocupar com travamentos acidentais que poderiam matar o driver.

Controlador de Motor Spark

O controlador de motor Spark é um dos controladores de frequência de motor CC com escovas mais acessíveis do mercado. Este controlador apresenta uma corrente contínua de 60A e tem resfriamento passivo. Outros recursos impressionantes incluem chaves de fim de curso bidirecionais que permitem controle inteligente e indicadores de status LED. Esses recursos e outros tornam esses controladores de motor alguns dos mais populares do mercado.

Controlador de Motor Vex

Uma das características distintivas dos controladores de motor Vex é o uso de sinais PWM padrão para acionar o motor de 3 fios. Ao usar esses controladores de motor, é melhor certificar-se de usar apenas um cabo de extensão de 3 fios entre o microcontrolador e o controlador de motor. Controladores U podem precisar de extensões mais longas; no entanto, você pode usar cabos de extensão de 2 fios entre o controlador e o motor.

Controlador de Motor Talon

Controladores de motor Talon apresentam controle PID integrado, bem como protocolos de comunicação impressionantes. O que torna esses controladores tão desejáveis é o quão compactos e leves eles são.

Controlador de Motor Tesla

Controladores de motor Tesla estão entre as entradas mais recentes no mercado. Cada um desses controladores abriga um motor de propulsão por indução CA que gira até 16.000 RPM para unidades grandes e 18.000 RPM para opções menores de baixa potência.

Controladores de motor Tesla também apresentam o controlador/Inversor, bem como diferencial. Cada unidade tem uma placa de substituição do controlador EV stealth para comunicação eficiente de barramento CAN.

Controlador de Motor Raspberry Pi

Controladores de motor Raspberry têm CI de potência de ponte H dupla que controla cargas indutivas de até 5A por ponte única. Os dispositivos suportam uma faixa de tensão impressionantemente ampla (6V – 8V).

Controlador de Motor Curtis

O controlador de motor Curtis oferece controle de velocidade suave e eficiente para várias aplicações de veículos rodoviários. Esses controladores também são notavelmente silenciosos e econômicos. Controladores de motor Curtis modernos usam tecnologia MOSFET, daí os muitos benefícios anteriormente indisponíveis em modelos mais antigos.

Controlador de Motor SCR

Controladores de potência SCR existem há mais de meio século. Inicialmente, esses controladores de potência podiam lidar apenas com várias centenas de watts. Hoje, controladores de motor SCR podem suportar megawatts de potência. Atualmente, controladores de motor SCR têm aplicações em uma ampla variedade de indústrias significativas.

Controladores SCR apresentam um circuito de controle e tiristores. Esses controladores podem comutar corrente em milissegundos, inúmeras vezes. Geralmente, controladores SCR são mais acessíveis e mais confiáveis que transformadores variáveis e contatores.

Controlador de Velocidade de Motor CA Monofásico / Controlador de Motor Duplo / Controlador de Motor Trifásico

Com o avanço da tecnologia, controladores de motor continuam a se tornar mais sofisticados. Controladores de motor modernos têm desempenho mais alto, mais confortável e mais econômico do que modelos anteriores. Esses controladores também estão disponíveis em uma variedade de soluções. Hoje, você pode encontrar controladores monofásicos, duplos e trifásicos.

Controladores de motor CA monofásicos ainda são a solução líder quando se trata de aplicações de movimento de ar e compressores. Isso porque estão amplamente disponíveis e são econômicos. A maioria dos sistemas de baixo desempenho faz uso desses controladores.

Controladores de motor duplo e trifásico chegaram ao cenário e obtiveram progresso considerável, embora comparativamente mais complexos e caros que seus equivalentes monofásicos. Recentemente, no entanto, engenheiros têm trabalhado para tornar todos os controladores de motor de fase tão eficientes quanto possível.

Aplicações de Controladores de Motor

Você pode pensar em quase todas as áreas tendo um controlador de motor. Abaixo estão algumas das principais aplicações desses dispositivos.

Controladores Multi-Eixo

Esses dispositivos determinam, controlam e monitoram requisitos de movimento.

Controladores de Movimento Robótico

Controladores de movimento robótico apresentam hardware e software altamente úteis em sistemas mecânicos.

Amplificadores Servo

Controladores de motor ajudam a gerar sinais analógicos que podem então criar mais potência ou corrente elétrica.

Drives Inversores

Drives inversores são essenciais ao converter entrada de energia CA em energia CC.

Microcontrolador

Um microcontrolador ajuda a regular o fluxo de dados digitais.

Retificadores Controlados de Silício (SCRs)

Um SCR funciona com um motor CC para ajustar finamente CA para CC.

Processadores de Sinal Digital

Um microprocessador pode manipular dados em tempo real. Isso inclui audiovisuais, pressão, calor e localização. O dispositivo então executa esses dados usando vários controles.

Modulação por Largura de Pulso

Modulação por largura de pulso também é conhecida como controle escalar. Controladores de motor podem converter tensão e frequência CA em CC, cuja operação está em uma curva senoidal.

Conclusão

Controladores de motor continuarão a ser parte integrante de todos os tipos de indústrias, dado o papel massivo em vários equipamentos e máquinas elétricas. Com todas as informações incluídas neste guia abrangente, deve ser mais fácil decidir qual controlador de motor é mais adequado para suas aplicações. O ponto a ter em mente é que diferentes controladores têm diferentes recursos, requisitos de potência e aplicações.

Claro, é sempre benéfico buscar ajuda profissional sempre que você se sentir travado. Um passo significativo para garantir que o controlador de motor que você escolher seja de alta qualidade é trabalhar com um fabricante respeitável de controladores de motor. Se você quiser obter mais informações sobre o controlador, pode nos contatar, e podemos discutir mais conhecimentos juntos.