Motores DC: Controlando a Velocidade com PWM

É possível controlar a velocidade de um motor DC comum variando (dentro de certos limites) a tensão aplicada a ele. O circuito para isto, entretanto, é relativamente complexo. Por este motivo usa-se uma aproximação: o PWM.

O PWM consiste em gerar uma sequência de pulsos com frequência fixa, onde controlamos a largura dos pulsos (tempo de sinal alto). Embora o sinal tenha somente dois níveis (alto e baixo) a média irá variar com a largura dos pulsos. Nos extremos, se a largura for zero, o sinal está sempre no nível baixo e se a largura for igual ao período da onda o sinal está sempre no nível alto.

Para o meu exemplo estou usando um Arduino Nano para gerar o PWM. A biblioteca do Arduino possui uma função para gerar um sinal PWM, que tem o sugestivo nome de analogWrite. Enfatizando, não estamos gerando um sinal analógico mas sim um sinal digital cujo nível médio podemos alterar. O analgoWrite permite estipular a largura do pulso através de um número de 0 a 255. A saída do Arduino não pode acionar diretamente o motor, usei um transistor MOSFET para acionar o motor (como vimos aqui).

O programa do Arduino é bastante simples, varia a largura de 15 a 255, de 15 em 15, a cada 10 segundos:

void setup (void)
{
  pinMode (6, OUTPUT);
  Serial.begin (9600);
}

void loop (void)
{
  int i;
  
  for (i = 15; i < 256; i+=16)
  {
    analogWrite (6, i);
    Serial.println (i);
    delay (10000);
  }
}

O motor que eu usei foi um micromotor com redução, o que deixa mais visível as alterações de velocidade. Para medir a velocidade usei um outro circuito que vimos aqui. Prendi ao eixo do motor uma tosca rodela de papelão grosso com dois imãs embutidos. A passagem dos imãs é detectada por um sensor efeito Hall acoplado a um microcontrolador PIC que calcula a velocidade em RPM e a apresenta em um display de 7 segmentos.

O funcionamento de tudo isto pode ser verificado no vídeo abaixo. O LED pisca toda vez que um imã é detectado e o motorzinho faz um barulho irritante.

Observar que o motor não consegue virar com as larguras menores. Um outro ponto é que na prática estamos ligando e desligando o motor continuamente. Nos instantes que ele está desligado o eixo está solto, se movendo apenas por inércia. O resultado é que o torque médio cai muito nas velocidades mais baixa.