Aunque un poco alejado del tema central de esta sección, creemos que el siguiente circuito les puede interesar. El control de velocidad de motores pequeños de corriente continua se puede hacer de manera mucho más inteligente y efectiva con la ayuda de recursos electrónicos. Se trata de una proyecto de control excelente para pequenos motores, tales como juguetes, perforadoras, etc.
No se puede usar un simple potenciômetro como control de velocidad en motores de corriente continua, ya que en la mayoría de los casos, la corriente circulante es demasiado elevada lo que provocaría problemas de disipación. El potenciômetro se calienta y acaba por quemarse.
Un potenciômetro en serie con el motor, como muestra la figura 1, no es por lo tanto, la solución ideal para un motor común.
Una alternativa, ya con más probabilidades de éxito, consiste en el uso de un transistor como elemento de control de la corriente principal, caso en que el potenciômetro simplemente actúa sobre la corriente de base, mucho menos intensa.
Con un transistor de buena ganancia podemos tener en el potenciômetro una corriente hasta 100 veces menor que la exigida por el motor y los problemas de disipación se ven minimizados (figura 2).
Sin embargo, si bien los problemas de disipación se acaban, aparecen otros problemas. Con la variación lineal de la corriente continua en el motor, no obtenemos un buen control de velocidad porque el torque (cupla de arranque) también varia. En velocidades bajas, cuando la corriente es menos intensa, el motor pierde también la fuerza" y se vuelve difícil hacerlo girar exactamente como queremos.
En un autito o trencito de juguete, por ejemplo, no conseguimos hacerlo arrancar suavemente. Dara un "salto" en la salida, lo que no es muy agradable de ver, cuando se desea un poco de realismo.
¿Cómo obtener un control ideal? La solución que damos en este artículo es excelente, pues consiste en un control por pulsos. En lenguaje que el lector pueda entender, consiste en un control que en lugar de variar la tensión en el motor cuando queremos variar su velocidad, alteramos el tiempo en que la misma es aplicada, pero eso lo hace más con una velocidad muy grande, o sea, tan rápido que no se puede percibir.
El resultado es que el motor altera su velocidad, pero no pierde fuerza. Puede girar muy despacio y de todos modos tener fuerza.
El lector interesado podrá montarlo con facilidad y usarlo en su trencito, autito, perforadora de cualquier tipo, de motor de 6 a 12V, siempre que la corriente no supere 1A.
Como funciona
Para que el lector entienda cómo funciona .el control partimos de un diagrama de bloques que aparece en la figura 3.
Haremos el análisis de este diagrama al revés (de atrás para adelante), pues así será más fácil entender su funcionarniento.
Comenzamos por el motor. Como vimos, su velocidad depende no sólo de la tensión aplicada sino también de la duración del tiempo en que la misma aparece.
Así, variando la tensión en la forma de pulsos, tenemos la posibilidad de controlar la velocidad sin perder la fuerza.
Si la tensión fuera aplicada en "impulsos" de corta duración, como muestra la figura 4, pero con intervalos mayores, en el total, la energía que llega al motor será pequeña.
Cada impulso de corta duración lleva apenas un poco de energía. Sin embargo, cada impulso tiene la tensión total de alimentación, o sea, 6 o 12V.
El resultado será una velocidad pequeña, pues la energía total será pequeña pero el torque será grande, ya que la tensión será la máxima.
Si el intervalo entre los pulsos fuera disminuido, la energía total aplicada al motor será mayor y en consecuencia su velocidad también será mayor, como muestra la figura 5.
Para tener todas las velocidades posibles, lo que precisamos es generar pulsos de todos los "anchos" posibles en una determinada banda, lo que se consigue con un oscilador, y después amplificar estos pulsos para que pueda alimentar un motor.
La amplificación de los pulsos se hace por una etapa de dos transistores en acoplamiento directo, como muestra la figura 6.
El primer transistor es de pequeña potencia, proporcionando una corriente de hasta unos 50 mA al segundo transistor que, por ser de alta potencia, puede amplificarla hasta 1A aproximadamente.
Es justamente de este segundo transistor que depende la capacidad máxima de control del aparato. Para corrientes hasta unos 600 mA recomendamos el TIP41, pero para corrientes mayores se puede usar un 2N3055, siempre con montaje en disipador de calor (vea que los transistores recomendados soportan corrientes mayores, pero aquí los mismos funcionan con buen margen de seguridad).
La producción de los pulsos viene de un multivibrador astable cuyo diagrama aparece en la figura 7.
Cada transistor de este multivibrador conduce 1a corriente alternadamente de modo que se producen pulsos. El tiempo de conducción de cada transistor puede modificarse por la alteración de la resistencia de polarización de su base y es éste justamente el recurso que usamos. Con un potenciômetro podemos aumentar o disminuir la duración de los pulsos de modo de alterar la velocidad del motor.
Con los componentes usados, se pueden controlar motores de 6 a 12V, y los transistores de salida permiten corrientes de hasta 1A, o incluso un poco más con pequeñas alteraciones de algunos componentes.
Montaje
Para el montaje el lector puede usar una placa de circuito impreso o un puente de terminales.
Para la soldadura de los componentes use un soldador de pequeña potencia y de punta fina, y como herramientas adicionales las de siempre: alicate de corte lateral, alicate de punta y destornillador.
El circuito completo del control de motores está en el figura 8.
La versión en puente de terminales aparece en la figura 9. Observe el disipador de calor del transistor TIP41. Si se usara el 2N3055 se lo montará fuera del puente, fijado directamente en el disipador, el cual a su vez, irá atornillado en la caja.
Para la versión en placa de circuito impreso, el lector debe orientarse por la figura 10.
Para obtener un montaje perfecto, tenemos que seguir las siguientes recomendaciones:
a) Suelde en primer lugar los transistores Q1, Q2 y Q3, observando su posición que está dada en función de.la parte achatada de su cubierta. Sea rápido al soldar estos transistores, pues los mismos son sensibles al calor.
b) Después, suelde el transistor TIP41 que se usará si su versión va a ser empleada con motores hasta 600 mA de corriente máxima.
Coloque el disipador de calor que es una chapita de metal doblada en forma de "U" y atornillada en el transistor. Si usa un 2N3055, para el caso que la corriente fuera mayor de 600mA, el montaje es el que muestra la figura 11.
c) Suelde los resistores, observando sus valores dados por las franjas de colores. El resistor R6 puede reducirse en su valor a 22ohm si la corriente de elemento a controlar fuera del orden de lA y el mismo no alcanza el torque máximo.
d) Pasemos ahora a la colocación de los capacitores cerámicos C1 a C3. Cuidado con no dejar los alambres terminales de uno apoyado en los alambres terminales de otros en la versión en puente. Coloque ”espaguetis" si hubiera peligro de contacto. Sea rápido al soldarlos.
e) Para soldar el capacitor C4 el lector debe prestar atención a su polaridad, que debe coincidir con los dibujos.
i) Si su montaje fuera en puente de terminales, haga las dos interconexiones marcadas como (1) y (2) usando trozos de alambre encapado común.
g) El siguiente componente a conectar es el potenciômetro P1 de control. Corte su eje al largo apropiado y fíjelo en la caja. Después, vea la distancia a que queda del puente o de la placa, que será fijada en esta caja, y corte los dos trozos de alambre de conexión. Haga su soldadura y no olvide la conexión más corta entre el terminal central y uno de los extremos. Cuidado que esta conexión no salga invertida, pues en ese caso, el control pasará a actuar "al revés".
h) La conexión a hacer ahora serán los terminales de salida donde se conectará el motor.“ Aproveche para conectar el diodo D1, observando su posición. Si el mismo fuera invertido, el transistor de salida Q4 se puede incluso quemar.
i) Complete el montaje colocando los cables de conexión del control a la fuente. Use cables de colores diferentes (rojo para el positivo y negro para el negativo) para facilitar 1a conexión. Estos cables deben ser cortos y no pueden ser finos para que no haya perdida de potencia.
Prueba y uso
La manera de hacer la conexión del control al motor y a la fuente aparece en la figura 12.
La fuente debe ser capaz de proporcionar la corriente y la tensión que el motor precisa en su máximo de velocidad y carga. Esta fuente puede ser tanto una batería como un conversor de corriente alterna en continua.
Al hacer la conexión del circuito, conforme la posición de P1 el motor ya debe funcionar. Si no ocurre nada incluso moviendo P1, vea en primer lugar si Dl no está invertido. Si el transistor se caliente es seria] que este componente está invertido. Desconecte inmediatamente el aparato y verifique. Vea también si otras conexiones no están mal.
Después, con el motor ya en funcionamiento, gire P1 para ver si actúa en todo su recorrido. Según el tipo de motor puede haber un pequeño "salto" de velocidad en alguna posición del potenciômetro. Este problema se puede corregir con el cambio del valor de R2.
Este componente puede tener valores en la banda de 3k3 a 8k2. Si hubiera necesidad puede hacer este cambio.
Si el aparato no alcanza el mínimo de velocidad en cero, aumente el valor de R3 6 bien cambie el potenciômetro P1 por uno mayor (100k por ejemplo).
