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.
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.
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.
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.
Fonte: GHIRARDELLO.
2008. pg. 03
A figura 05 representa uma saída com
ciclo ativo de 99% donde apresenta uma potencia entregue a carga quase total em
relação a fonte de alimentação.
Fonte: GHIRARDELLO.
2008. pg. 03
Fabricio Marqui Sanches. Eng. Mecatrônico
Fabricio Marqui Sanches. Eng. Mecatrônico
