Os motores de CC são amplamente usados tanto em aplicações industriais quanto em casa, em projetos pessoais. Uma das principais considerações ao optar por usar um motor de CC é se deve anexar algum tipo de feedback ao motor.
O que é feedback?
Feedback refere-se a qualquer informação que um controlador pode usar para monitorar um processo. Em motores de CC, o feedback geralmente é coletado na forma de posição, número de rotações e direção de rotação. Essas informações podem então ser passadas ao controlador para medir a velocidade angular e a posição do eixo do motor; isso é comumente conhecido como uma forma de “controle em malha fechada”.
Em casos de uso mais sofisticados, o feedback do motor e de outras fontes pode ser controlado para alcançar não apenas velocidade e posição precisas, mas também a resposta dinâmica, a sincronização e a estabilidade desejadas.
Benefícios do uso de feedback
Quando implementado corretamente, o feedback pode permitir que a máquina opere com mais eficiência e maior repetibilidade. O feedback pode permitir que seu mecanismo ajuste automaticamente a saída para manter a estabilidade, reduzir variações e minimizar erros sem necessidade de intervenção humana.
Um exemplo simples de um bom sistema de controle por feedback é o termostato. O controlador mede a temperatura do ambiente e ajusta a saída dos elementos de aquecimento para manter uma temperatura definida.
Uma das principais vantagens do feedback em motores de CC é o controle PID. PID refere-se a um mecanismo de controle em malha amplamente usado na indústria para compensar automaticamente erros na velocidade ou na posição da máquina.
O feedback também pode ser usado para implementar mecanismos à prova de falhas e diagnosticar sua aplicação. Por exemplo, se seus atuadores lineares devem se mover em sincronia, mas um está atrasando, há algo errado. O sistema pode então interromper o movimento de ambos os atuadores para evitar danos ou inclinação.
Tipos de sensores de feedback para motores de CC
Os tipos mais comuns de feedback para motores de CC são potenciômetros, sensores de efeito Hall e encoders. No que diz respeito à precisão e à exatidão, os 3 tipos podem ser comparáveis e são muito eficazes com a tecnologia moderna. As diferenças surgem ao considerar requisitos de desempenho específicos, como durabilidade, fatores ambientais, interferência eletromagnética e desempenho em temperatura.
Potenciômetro
A maior vantagem desse tipo de feedback é a sua simplicidade. O potenciômetro, na prática, transforma um motor de CC comum em um servomotor, permitindo movimento preciso e/ou controle de velocidade. Os potenciômetros fornecem informação direta da posição angular do eixo do motor. Como resultado, quando o sistema perde energia, o potenciômetro pode reter suas informações de posição sem a necessidade de “voltar à origem”. Além disso, como os potenciômetros, em essência, são apenas divisores de tensão com um resistor de grande valor, eles lidam bem com interferência eletromagnética (EMI).
Também existem desvantagens no uso de potenciômetros. Os sensores de potenciômetro exigem contato para realizar as medições, o que significa que eles são menos duráveis e têm vida útil limitada em comparação com outras formas de feedback. Os potenciômetros são uma forma relativamente lenta de medição, tanto pela necessidade de contato quanto porque podem exigir um conversor analógico-digital antes que o controle de feedback propriamente dito seja estabelecido. Por fim, potenciômetros em motores criam uma limitação no número de rotações que um eixo pode realizar. As aplicações com feedback por potenciômetro devem garantir que haja uma maneira de evitar a ultrapassagem dos limites de rotação.
Efeito Hall
Sensores de efeito Hall são fundamentais para feedback de motores porque são confiáveis, precisos e têm longa vida útil. Ao contrário do potenciômetro, os sensores de efeito Hall não precisam fazer qualquer contato, por isso são úteis em ambientes agressivos, altamente resistentes ao desgaste e confiáveis em ambientes com alto impacto. Sensores de efeito Hall fornecem pulsos elétricos quando o ímã está alinhado com a eletrônica de detecção. Por esse motivo, eles são adequados para aplicações de alta velocidade e permitem pré-programar certos ângulos do eixo do motor.
Uma das desvantagens dos sensores de efeito Hall é que eles só podem fornecer informação de posição relativa. Isso significa que, sempre que o sistema perde energia, os sensores de efeito Hall precisam ser movidos para uma localização conhecida e reiniciados. Além disso, os fios dos sensores de efeito Hall que transportam informação podem ser vulneráveis a interferências eletromagnéticas e ruído. Por essa razão, às vezes os sinais podem ser perdidos ou sinais falsos podem ser gerados, o que significa que a informação de posição pode “derivar” ao longo do tempo.
Encoder
Existem encoders ópticos e magnéticos. Encoders magnéticos provavelmente são o melhor sensor geral para gerar sinais de feedback. São sem contato, assim como os sensores de efeito Hall, o que significa que têm vida útil muito alta. São muito rápidos e tipicamente têm resolução muito alta. Encoders magnéticos também não são afetados por poeira ou outras partículas e podem ser usados em uma variedade de ambientes.
Encoders geralmente são caros e exigem eletrônica dedicada, que pode ser difícil de configurar e controlar. Adicionar complexidade desnecessária ao projeto nem sempre é uma boa ideia, pois também aumentaria o número de modos de falha potenciais.
Há uma variedade de formas de feedback disponíveis para os projetistas e, com os avanços da tecnologia moderna, elas podem ser tornadas aproximadamente equivalentes em termos de exatidão. Ao escolher o tipo de feedback, é preciso considerar as necessidades de desempenho da aplicação e entender os benefícios das tecnologias com as quais se está trabalhando.