Automação e Controle de Processos

Modulação por Largura de Pulso (PWM)

De uma forma simplificada o PWM trata-se de uma técnica para controle de potencia em cargas elétricas, fazendo variar a potência entregue as mesmas entre um valor mínimo (0%) e máximo (100%), em relação à fonte de alimentação.

Esta técnica é bastante difundida na atualidade em inúmeras aplicações que se faça necessário o controle de potencia em cargas elétricas, podendo ser citadas as fontes chaveadas, solenóides, aquecedores, lâmpadas incandescentes, motores de corrente contínua ou alternada. Em motores elétricos se faz possível o controle de sua velocidade, mantendo o torque ainda que em baixas velocidades o que garante partidas suaves mesmo quando há uma carga maior sobre os motores. (GHIRARDELLO. 2008. pg. 02)

Seu principio de funcionamento baseia-se na idéia de um circuito formado por um interruptor de ação muito rápida e uma carga a ser controlada. Quando o interruptor está aberto não há corrente na carga e a potência aplicada é nula, no instante em que o interruptor é fechado a carga recebe a tensão total da fonte e a potência aplicada é máxima. (GHIRARDELLO. 2008. pg. 02)

A figura 01 representa o princípio de funcionamento do PWM onde se tem um interruptor controlado que quando acionado faz com que o motor receba 6 Volts da fonte de alimentação e funcione com 100% de potência, e quando não acionado o motor não recebe energia e simplesmente não funciona.

Figura 01-Circuito elétrico controlado por interruptor

A parte fundamental desta técnica é justamente o controle utilizado para ligar e desligar o “interruptor”. Se supondo conseguir controlar o acionamento do interruptor um grande número de vezes por segundo de tal forma que metade do tempo ele fica ligado e metade desligado o resultado seria uma onda quadrada com amplitude igual a da fonte.

A figura 02 ilustra a curva de resposta para o circuito da figura 01 donde se tem o tempo “t1” corresponde ao tempo que o interruptor fica pressionado e “t2” o tempo que ele fica livre. Como neste caso t1 é igual a t2, isto significa que durante a metade do tempo (t) o motor recebe tensão (6 Volts) e corrente da fonte e na outra metade deixa de receber tensão (0 Volts) e corrente. A tensão média resultante aplicada ao motor é neste caso de 3 Volts, ou seja, 50% da tensão da bateria.

Figura 02-Ciclo ativo de 50%

Fonte: GHIRARDELLO. 2008. pg. 02

O interruptor fechado neste caso pode definir uma largura de pulso pelo tempo em que ele fica nesta condição, e um intervalo entre pulsos pelo tempo em que ele fica aberto. Os dois tempos juntos definem o período e, portanto, uma freqüência de controle.

A relação entre o tempo que se tem entre o pulso e a duração do ciclo completo de operação do interruptor nos define ainda o ciclo ativo.

A figura 03 ilustra a resposta de um circuito PWM, no qual fica visível que o ciclo ativo (t1) trata-se do tempo em que se tem o pulso em relação ao ciclo completo de operação (t) sendo este o período.

Figura 03-Definição do ciclo ativo

Fonte: GHIRARDELLO. 2008. pg. 02

Sendo assim a variação da largura do pulso ligado (ciclos ativos diferentes), resulta no controle de potência média aplicada a uma carga. Assim, quando a largura do pulso varia de zero até o máximo, a potência também varia na mesma proporção. (GHIRARDELLO. 2008. pg. 03)

Supondo este controle empregado na variação da rotação de motores, para se diminuir sua rotação basta reduzir a largura dos pulsos, mantendo o motor menos tempo ligado. Caso contrário se aumenta a largura do pulso mantendo o motor mais tempo ligado resultando em um aumento de sua rotação.

A figura 04 representa uma saída com ciclo ativo de 1%, donde apresenta uma pequena potencia entregue a carga.