Mecatrônica Fácil 41

5/9/2018 Mecatr nica F cil 41 - slidepdf.com

http://slidepdf.com/reader/full/mecatronica-facil-41 1/37



iíndice

13

18

Editor e Diretor Responsável

Hélio Fittipaldi

Conselho EditorialLuiz Henrique C. Bernardes,Newton C. Braga

Auxiliar de RedaçãoErika M. Yamashita

ProduçãoDiego M. Gomes

Design GráficoCarlos C. Tartaglioni

PublicidadeCarla de Castro Assis,Ricardo Nunes Souza

PARA ANUNCIAR: (11)[email protected]

Colaboradores Jeff Eckert, Newton C. Braga

Capa Arquivo Editora Saber

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Publicações Técnicas, Dirigidas e Especializadas.

Editora Saber Ltda.

Diretores

Hélio Fittipaldi

Thereza M. Ciampi Fittipaldi

www.mecatronicafacil.com.br

MECATRÔNICA

FÁCIL

2Notícias

Robonews6

Sensor de InclinaçãoVeja como monitor a posição de veículos ou

peças mecânicas na vertical

9

Tranformadores, relés e solenóides

Especificações, teste e uso dos transformadores,relés e solenóides

13

Controle de Motores CCCom uma simples configuração, veja como

controlar motores de corrente contínua

18

Sinalizador de FMTransmissor emissor ideal para localização e

monitoração de objetos

26

Relé Eletrônico Multi-uso

Montagem e utilização de um módulo que

emprega relé comum e circuito eletrônico

21

Efeitos especiais com LedsFaça um montagem com leds que piscam

aleatoriamente

24

Pescaria EletromagnéticaConfira como implementar eletromagnetismo em

suas aulas através de uma montagem simples

29

Aplicações básicas para TRIACsNeste artigo mostramos aplicações básicas,

incluindo a relé de estado sólido

32



de 30,5 ou 61 m. Já a Classe Abertanão impõe tantas restrições, desdeque a soma das cilindradas não ultra-passe 14,9 cc. Nesta categoria, a dis-

tância máxima de decolagem é de 61m sendo que os estudantes de pós-graduação também podem competir.

Ao final da SAE AeroDesign,as melhores pontuações ganharão

direito a representar o Brasil na SAEAerodesign East Competition 2009nos Estados Unidos.

n notícias

Mecatrônica Fácil nº41

Compet i ção de engenhar iacon ta com 7 7 equ ipes i nscr i -

t as , en t re mex icanos , b ras i -l e i ros e ven ezue lanos

Aeronaves DisputamPremiação em São

José dos Campos

Em sua décima edição, o desafioSAE AeroDesign será realizado entreos dias 17 e 19 de outubro no CentroTécnico Aeroespacial, em São José

dos Campos (SP). No total, a compe-tição conta com 77 equipes inscritas- 67 brasileiras, oito venezuelanas e

duas mexicanas - que representam57 instituições de ensino superior.

Entre os participantes está a

equipe do Estado do Pará, conhecidacomo Uirapura. O projeto pesa 3,4kg e tem capacidade de transportar3,5 kg de carga. “Desenvolvemos um

avião básico para participar de todasas etapas da competição e, assim,ver o projeto ganhar êxito”, explica

a capitã da equipe, Ariely Pereira.Os integrantes da Uirapura iniciaramseus testes no mês de agosto e irãocompetir na classificação Regular.

O evento, organizado pela SAEBRASIL, conta com as categorias“Classe Regular” e “Classe Aberta”.

Na primeira, os aviões são monomo-tores com cilindrada padronizada em10 cc. O regulamento impõe restri-ções geométricas que estabelecem as

dimensões máximas das aeronaves,

que devem ser capazes de decolarem uma distância máxima delimitada,

Mais informações

SAE Brasil

www.saebrasil.org.br



notícias n


O Centro Universitário da FEI (Fun-dação Educacional Inaciana) lança ocurso de graduação Engenharia deAutomação e Controle. A inscrição,para o total de 72 vagas, pode serfeita pela a internet, com uma taxa deR$ 50, ou nas secretarias dos campusSão Bernardo do Campo e Liberdade,por R$ 60.

As aulas contarão com laboratóriosde mecânica, produção, computaçãoe eletrônica, dotados de equipamen-tos, como robôs industriais, para auxi-

liar no desenvolvimento de pesquisase projetos.

O professor do Departamento deSistemas e Controle do Instituto Tec-nológico de Aeronáutica - ITA, Jack-son Matsuura, conquistou o segundolugar no primeiro desafio da liga deRobótica Simulada Internacional Ro-boChamps, promovido pela Microsoft.A eliminatória aconteceu entre os dias21 de abril e 24 de junho, na área desimulação da ferramenta. Para os in-teressados, o RoboChamps é abertoa todos amantes da robótica e baseia-se no Microsoft Robotics DeveloperStudio (MSRDS).

Na primeira jornada lançada, osparticipantes tiveram que navegar

os robôs em um labirinto cheio dearmadilhas. De acordo com os orga-nizadores do evento, cerca de 6,5 milpessoas de 77 países chegaram afazer o download da plataforma paraparticipar, mas apenas o brasileiro eo americano Dave Sprague, primeirocolocado, foram capazes de navegarsatisfatoriamente o robô para forado labirinto. Dave Sprague recebeucomo prêmio um modelo CoreWareCorobot, no valor aproximado de U$3,2 mil, e Jackson Matsuura um Boe-Bot Kit, que custa cerca de U$ 210.

A próxima etapa do RoboChampsserá a eliminação por sumô. Para

participar, basta baixar o MicrosoftRobotics Developer Studio. Entre asoutras eliminatórias estão previstas aexploração do planeta Marte com umrover, programar um carro que naveg-ue automaticamante em uma cidadecomposta por semáforos e tráfego,além de realizar uma missão de sal-vamento em um ambiente urbanoapós um terremoto.

A final desta competição acon-tecerá em Los Angeles, entre os dias27 e 30 de outubro, durante a Micro-soft’s Professional Developers Con-ference (PDC).

Brasileiro é segundo colocadono desafo RoboChamps Próx i m a e t apa da c om pe t i ç ão de robó t i c a si m u l ada s erá a e l i m i naç ão po r s um ô

A FEI, que já detém cursos deEngenharia Mecânica, EngenhariaEletrônica, Ciência da Computação eEngenharia de Produção, aposta emmais uma necessidade do mercado detrabalho. “O aluno ficará mais tempocom projetos do que em sala de aulae isso contribuirá para um profissionalautônomo”, afirma o coordenador docurso de Engenharia de Automação eControle da FEI, Renato Giacomini.

O mercado de trabalho para osetor de Automação e Controle é

vasto e conta com o setor automobi-lístico, TI - Tecnologia da informação,

embalagens, indústria petroquímicae química. O engenheiro do ramo écapacitado a projetar e operar equipa-mentos para processos de indústrias.

Os profissionais desta área sãoresponsáveis pela programação demáquinas, adaptação de softwaresaos processos industriais, aplicaçãode sistemas mecatrônicos, automo-tivos e também desenvolvimento derobôs para aplicações domésticas eindustriais.

FEI lança curso de Engenha-ria de Automação e Controle

I ns cr i ç ões pa ra o p róx i m o ano podem s er f e i t as a t é 4 d e n o v em b r o



n notícias


O Serviço Nacional de Aprendi-zagem Industrial de Santa Catarina- SENAI - e a empresa Siemens pro-movem curso de “Sistemas de Auto-

mação de pequeno porte - Simatic S7– 200”. O curso acontece entre 9 de

setembro e 4 de dezembro e percorreas cidades de Joinville, Blumenau,Chapecó e Caçador.

Aos participantes é uma oportu-

nidade de atualizar conhecimentosem sistemas de automação indus-trial adotados pela indústria, além

de atualização tecnológica e curricu-lar. A carga horária é de 24 horas econta em seu conteúdo programáticocom os conceitos básicos de CLP,

Overview do CLP SIMATIC S7-200,Software de programação STEP 7

- Micro/WIN, como editar elementosde um programa, sistemas numéricose tipos de dados , subrotinas, funçãoData Log e muito mais.

O curso será aberto a todos inte-ressados, tendo como pré-requisitoconhecimentos básicos de eletrici-

A equipe Eniac Challengers, do

colégio Eniac de Guarulhos, compete

entre os dias 30 e 31 de outubro afase reginal da competição de robó-

tica VEX Robotics Competition: Ele-vation, em Novo Hamburgo, RS.

O grupo já é vice-campeão mun-dial e pretende estar entre os seis

representates do Brasil para a final,que acontecem nos Estados Unidos.O Eniac Challengers é formado por

17 estudantes do Ensino Médio. Osintegrantes da equipe desenvolveramo robô a partir do kit básico entreguena inscrição do campeonato e preten-

dem fazer uma montagem diferente

Siemens e Senai ministramCurso de Automação

dade e lógica de comando elétricosendo voltado aos usuários queatuam em projetos e services de equipamentos.

Parcer ia acontece em Jo inv i l le , B lum enau,Cha pecó e Caçador

Mais informações

SENAI SC

www.sc.senai.br

do robô Porco Espinho, com o qualdisputaram na final da Vex Robotics

World Championship, na Universi-dade Estadual da California, nosEstados Unidos.

O campeonato mundial de robótica

Elevation é promovido pela organiza-ção VEX e, no Brasil, pela empresaIndex, O objetivo é qualificar os estu-

dantes a trabalharem com o sistemade robótica VEX e promover o apren-dizado em áreas como ciências, tec-nologia, engenharia e matemática. Já

o desafio é fazer os robôs, prepara-dos pelos próprios alunos, encaixa-

rem bóias em hastes verticais em um

suporte metálico, chamado rack.As provas finais acontecem nos

dias 30 de abril a 02 de maio de2009, no Dallas Convention Centerno Texas. Esse evento contará comcerca de 100 equipes participantes

selecionadas ao longo das competições ‘VEX Robotics’ que acontecerãoem diversas cidades durante outubro

de 2008 a abril de 2009.

Alunos do En iac seguem para o Rio Grand e do Su l pa ra pa r t i c ipar da com pet i ção reg iona l

Estão abertas as etapas da

competição internacional deRobótica “Elevation”

Mais informações

VEX Robotics

www.vexrobotics.com



notícias n


National Instruments e

LEGO Education anunciamnova plataforma de robótica

A National Instruments e a LEGOEducation anunciam parceria na área

de robótica educacional com o desen-volvimento doLEGO Education WeDo .

A plataforma de robótica utiliza tecno-logia de software de projeto gráfico NILabVIEW, da National Instruments,

sendo um ambiente de desenvolvi-mento baseado em ícones que utilizao método “Arrastar e Soltar”.

Com o WeDo, os estudantes

aprendem habilidades básicas deprogramação e projetam aplicaçõesem robótica. “Combinando a interface

intuitiva e interativa do software WeDoda LEGO com a experiência física de

LEGO Education WeDo’ utiliza software de projeto gráco NI LabVIEW e estará disponível no início de 2009

construir modelos a partir dos blocos,podemos fazer uma ponte entre os

mundos físico e virtual para oferecera experiência prática mais recente,

unida à experiência de aprendizageme exercício mental” afirma o presi-dente da LEGO Education no Brasil,

Marcos Wesley.A plataforma encoraja os profes-

sores a utilizar programas de ensinobaseados em desafios que os estu-

dantes devem resolver. Os alunos depaíses em desenvolvimento tambémpoderão operar o software em com-

putadores pessoais de baixo custo,tais como “One Laptop per Child XO”,

Importante

executando o Linux®OS, e “Intel Clas-smate PC”, com o Windows XP. Além

disso, o WeDo funciona em qualquerPC que trabalhe com Windows XP

ou Windows Vista (32 bits) e AppleMacintosh 10.5.

Mais informações

National Instruments

www.ni.com/wedo

Para os interessados o LEGO Education

WeDo estará disponível em Janeiro de

2009.



n notícias

Mecatrônica Fácil nº41 - Novembro 2008

RoboJeef Eckert

Robô RedondoO robô normal, pode andar aesmo até cair e então alguém olevantar. Mas, sendo redondo esem nenhum lugar externo para

pegar, o Groundbot (TM) da Rotun-dus (www.rotundus.se) estásempre de cabeça para cima. Ele

também pode se mover na neve ouna areia sem ter problemas e sendohermeticamente fechado, é a prova

do tempo. Ele pode sobreviver aquedas de até 3 m.

Originalmente projetado paraexplorar a superfície de Mercúrio,

o Groundbot foi modificado paratarefas terrestres como a patrulhade áreas extensas, monitoramento

de gases explosivos, e inspeçãoremota. Ele pode ser equipado com

quatro câmeras (até 360º de campode visão), diversos sensores, siste-

mas de visão noturna, microfones ealto-falantes. Provavelmente o princi-pal destaque é o mecanismo de movi-

mento, que se baseia na gravidade.Um pêndulo controlado é levado paraperto do chão quando o robô estáparado. Levantando-se o pêndulo,

ele pode se movimentar em qualquer

direção. Isso produz velocidades deaté 10 km/s e a habilidade de enfren-

tar inclinações de até 20º.Caso você esteja interessado em

detalhes, o Groundbot tem 0,6 m dediâmetro, pesa 25 kg e normalmente

roda de seis a oito horas sem recarga.Sua faixa de temperaturas de opera-ção é de -30º a +40º C.

Robô toca FlautaPara provar que nenhuma idéia é

idiota quando se trata de obter fundosdo governo, o Robô Flautista Antro-

pomorfo, criado por Atsuo Takani-shi na Universidade Waseda (www.

waseda.jp), está agora na sua quartaencarnação completando 18 anos

de existência. O Modelo WF-4RIV(Waseda Flautista No 4 – Refined

IV) tem 41 graus de liberdade e pos-sui a “performance melhorada commais notas naturais e transições maissuaves entre as notas”.

Especificamente, os mecanismos

de lábios e língua foram redesenha-dos para se assemelharem mais aosórgãos humanos correspondentes.

E é claro, ele tem racionalizaçõesacadêmicas. “Clarificando o controlemotor humano enquanto toca flauta

de um ponto de vista da engenharia..

Possibilitando a comunicação comhumanos num nível emocional depercepção... Propondo novas aplicações para robôs humanóides” e as

sim por diante. Mas imagine gastar 18anos de sua vida nesta coisa... Paraobter uma demonstração, acesse o

Youtube em: www.youtube.com/

watch?v=lYDW2A5-Cbw .Também foi informado que está

sendo iniciado o trabalho numa

versão que toca saxofone, mastalvez somente para 2026 Takanishvai aparecer com algo tão divertido

como por exemplo o Welte Orches-trion, originalmente apresentado em1862, pesando 1500 libras, operandocom rolos de música e alimentando

perto de 50 tubos, baixos, tambores etriângulo. Para ouvir um, visite: wwwasapackermansion.com/orches

trion.html.O Robô Flautista Waseda, No 4 vs

O robô móvel Groundbot para tare-

fas seguras. Cortesia Rotundus



Na outra extremidade do espectrode utilidades está o Robô AssistenteExtração de Campo de Batalha

(BEAR) desenvolvido pela VecnaTechnologies (www.vecna.com), uma empresa criada em 1998 e

operada pelos alunos do MIT, Harvard,Stanford, Yale, Princenton, Berkeley,CMU e outras instituições. Ainda no

estágio de protótipo, ele é descritocomo o casamento de três elementos:um corpo superior hidráulico potente,uma plataforma ágil de movimento

com diferentes conjuntos de pernase percepção dinâmica de equilíbrio(DBB).

DDB é como o robô equilibra-se

nas bolas de suas ancas. De fato, omodelo é capaz de se manter de pé,balançando suas ancas e joelhos. Foi

demonstrada ainda a sua habilidadepara pegar um modelo humano e car-

regá-lo durante 50 minutos sem parar.

De acordo com a Vecna, a finalidade

da cabeça de urso é confortar ossoldados que podem de desligar daaparência grotesca de uma máquina.

Salvo pelo Urso

Em julho, a Universidade Delft deTecnologia (www.tudelft.nl) apresen-tou a terceira versão do sua moscadragão (dragonfly) artificial, a DelFly

Micro, um veículo aéreo miniaturizado(MAV). Pesando apenas 3 g e comuma envergadura de 10 cm, ele voa

batendo asas como um inseto.O dispositivo controlado remota-

mente é indicado para ser usado em

vôos de observação em áreas peri-gosas ou difíceis de acessar, poden-do também ser equipado com umacâmera miniatura de apenas 0,5 g

que transmite imagens com qualidadede TV para uma estação terrestre.

Considerando que ele pode voar

por aproximadamente 3 m (a 5 m/s),

Dragonfy

V. 3

notícias n


Robô BEAR da Vecna

sendo empregado no

campo de batalha. Cor-

tesia da U.S. Army

obviamente ainda não está prontopara a produção comercial. Mas o Mi-cro é apenas um passo para o plane-

jado DelFly Nano de 5 cm e pesando1 g, que poderá se mover de forma

O DelFly Micro MAV. Cortesia da Delft U

independente utilizando software dereconhecimento de imagem, explo-rando como um beija-flor, ou mesmo

voando para trás.



n notícias


Com a gasolina barata sendocoisa do passado, as pessoas estãopensando cada vez mais em alternativas, entre elas os veículos elétricosApesar deles não poderem competiainda com os veículos de combustãointerna em termos de potência, conforto e autonomia, alguns estão setornando interessantes para o transporte local.

No nível de duas rodas está abicicleta californiana Jackal, dis

ponível diversos fornecedores, incluindo a www.thunderstruck-ec.com

Ela oferece uma performance muitomelhor do que você pode esperariaPropulsionada por um motor de 15HP Briggs & Straton E-Tek, ela temuma velocidade máxima de 72 km/he uma autonomia de 32 a 40 km numacarga.

Infelizmente, ela custa US$ 3400para o modelo standard e US$ 3700para a versão de alta performance. Se

você acha muito, deve comparar comos US$ 12500 do Xebra Truck da ZAP(para poluição zero). Este veículo detrês rodas alcança 65 km/h e percorre25 milhas com uma carga. Ele carrega duas pessoas e carga até 450kg, e tem ainda como acessório umpainel solar para carga da bateria.

Os Veículos Elétricosestão chegando

Mais veículos elétricos, de bicicletas a

caminhões estão entrando no mercado



dispositivos d


Nos p ro je t os de rob ó t i ca pode ser necessár io mo n i t o ra r a i nc l i -

naç ão de um robô ou m esm o a pos i ção de um b raç o m ec ân i co em

relação à vertical do local. Para esta fnalidade deve ser utilizadoum sensor de i nc l i nação . Ex i s tem d i ve rsas possib i l i dades para a

i m p l em en t ação des t e d i spos it i v o , m as a que ap res en t am os nest e

artigo talvez seja uma das mais simples, podendo ser aprovei - tada inclusive com fnalidades didáticas.

Sensor de

Inclinação

1

Para controlar efetivamente omovimento de um robô em terrenos

acidentados, um sensor de inclinaçãoé de vital importância. Este sensorpode monitorar a posição do veículo

ou de uma peça mecânica em relaçãoà vertical do local, conforme mostra afgura 1.

A partir do sinal obtido deste

sensor é possível realimentar um cir-cuito para modicar o torque de um

motor (caso o robô deva subir umaladeira) ou corrigir seu ponto de equi-

líbrio, através do deslocamento docentro de gravidade por uma massa,de modo que ele não venha a tombar,

veja a fgura 2.Neste caso, a partir do sinal do

sensor, a massa que inui na posição

do centro de gravidade é movimen-tada de modo a eliminar o perigo deum tombamento.

A solução que apresentamos para

o sensoriamento do centro de gravi-

dade faz uso de um potenciômetrocomum. Prendendo no seu eixo um

Sensor para o monitoramento da

inclinação de um robô ou de um braço

mecânico. Podemos dizer também que

se trata de um “sensor de nível”

2Deslocando-se o centro de

gravidade de forma apropriada

com uma massa, a partir das

indicações de um sensor, é

possível evitar que um robô

tombe

3Sensor de inclinação simples feito a

partir de um potenciômetro rotativo

comum

Newton C. Braga

pêndulo com uma massa apropriada,o potenciômetro tem a sua resistência

alterada com a posição do pênduloque tenderá a car na vertical, con-forme ilustra a fgura 3.

Com dois potenciômetros, colo-cados em posições que façam um

ângulo de 90 graus podemos detec-tar inclinações em dois eixos. Isso é

exibido na fgura 4, num robô que

poderá detectar uma inclinação no

sentido do movimento (subida ou des-cida) ou no sentido transversal (incli-



dispositivosd


nação lateral).Para implementar este sensor, uti-

lize um potenciômetro de 10 k ohmsa 1 M ohms, do tipo linear, e um pên-dulo formado por uma haste de pelomenos 20 cm com um peso de pelomenos 100 g na sua extremidade.A fgura 5 demonstra a construçãodeste pêndulo. O potenciômetropoderá ser preso a um suporte emL ou na própria estrutura interna dorobô, devendo o montador cuidar para

que exista espaço para a movimenta-ção do pêndulo.

O potenciômetro deve ser de tipo

com um deslizamento bem suave.Caso ele seja “duro”, poderá seraberto com cuidado e o cursor, queconsiste num anel condutor, poderáter sua pressão aliviada, conformemostra a fgura 6.

É claro que a redução da pressãonão pode afetar o contato do cursorcom a trilha de grate. Assim, o ponto

ideal deve ser obtido experimental-mente, e eventualmente pode-seaumentar o peso do pêndulo, se bemque isso seja crítico pois implicarátambém em um aumento do peso dorobô.

Lembramos que este sensor fun-ciona como uma alavanca e que, por-tanto, quanto maior for o comprimentodo pêndulo, maior será sua sensibili-dade. A faixa de resistência varrida,dependerá da amplitude maior domovimento do pêndulo, observe afgura 7.

Assim, no caso de um potenciôme-tro comum, em que a faixa de giros é

de 270 graus, uma faixa de sensoria-mento de 180 graus, conforme indicaa fgura 8, irá signicar uma variação

de resistência menor. Num potenciô-metro de 100 k ohms, por exemplo, afaixa será de 66 k ohms (2/3 de 100k).

Deve ser lembrado ainda o posi-cionamento do potenciômetro, demodo a termos uma resistência nocentro da faixa quando o sensor esti-ver na posição vertical, horizontal ouque seja tomada como referência.

4Dois potenciômetros em ângulo reto

podem detectar inclinações em duas

direções. Os sinais podem ser combi-

nados para se obter a inclinação em

qualquer direção de um plano

5A montagem prática de um sensor

utilizando potenciômetros lineares

comuns de 10 k ohms a 1 M ohms

6Aliviando a pressão do cursor do

potenciômetro para obter maior

sensibilidade do sensor

7Faixa de inclinações em função

da amplitude do giro do eixo do

potenciômetro utilizado

8Determinando a faixa de resistên-cias de saída em função da inclina-

ção para um determinado tipo de

potenciômetro

A Eletrônica do Sensor

Diante de um sensor resistivo

como o indicado, temos diversaspossibilidades para trabalhar o sinaobtido. Partimos então dos sinais naforma analógica. Para esta nalidade

o circuito mais simples é o que faz usode um indicador analógico (bobinamóvel), que pode ser um multimetrocomum, e que será ligado da formaapresentada na fgura 9.

A corrente indicada no instrumentoestará em correspondência diretacom a posição do sensor. Este instru

mento poderá ter uma escala diretamente graduada em termos de grausde inclinação, ou pode ser elaboradauma tabela de conversão corrente xinclinação.

Outra possibilidade interessante éa vista na fgura 10 em que se colocao sensor numa conguração em

ponte de Wheatstone, caso em quepodemos zerar a posição de equilíbrio (inclinação nula). Nesta situaçãoa escala do instrumento (com zero nocentro) poderá ser feita em termos de

graus positivos e graus negativos.A utilização dos sinais dos sen

sores deste tipo, entretanto, pode justamente levar em conta o acionamento de sistemas de segurança(contra queda), booster do moto(aumentando sua força numa subidaou ainda deslocando um centro demassa. Para fazer isso podemoscontar com circuitos relativamentesimples. O mais simples deles é omostrado na fgura 11, no qual temoso acionamento de um relé quando ainclinação atinge um certo ponto.



dispositivos d

Mecatrônica Fácil nº41 11

Usamos neste circuito um com-

parador de tensão, que pode ser umLM339 ou um amplifcador operacio-nal simples como o 741, onde o pontode comutação é ajustado por um

potenciômetro. A saída tanto podeser uma tensão como também pode

ativar diretamente um relé. Veja quepodemos modifcar o circuito paraque o relé seja acionado na transiçãonegativa do sistema, conforme ilustra

a fgura 12.Uma opção muito interessante

para um controle mais crítico é a quefaz uso de um comparador de janela,

desenhado de forma completa nafgura 13.

Neste circuito, determina-se uma

janela de posições em que o circuito

permanece inativo, ou seja, nadaacontece. No entanto, se o sensor seinclinar num sentido ou em outro (incli-

nação positiva ou negativa) ajustam-se em dois potenciômetros os pontosem que o circuito dispara, acionando

um relé.Contudo, os sinais analógicos não

podem ser transmitidos facilmentepara uma central de controle a não ser

por fos. Para a transição dos sinaispara uma central remota ou aindapara que a informação obtida seja

processada por um microcontrolador,DSP ou microprocessador, os sinaisobtidos devem ser convertidos para aforma digital. A maneira mais simples

é a que utiliza as entradas analógicasque muitos microcontroladores pos-suem ou ainda por um conversor A/D,conforme exibe a fgura 14.

Mas, se o leitor deseja uma solu-ção mais simples, poderá usar umconversor resistência/freqüênciabaseado num oscilador controladopor tensão, veja na fgura 15.

9Circuito simples que converte os ângulos de inclinação em

uma intensidade de corrente indicada pelo instrumento

13Circuito sofisticado que detecta duas posições pré-ajustadas, determinando

assim uma faixa de inclinações em que o sistema se mantém inativo

10Circuito em ponte de Wheatstone,

que permite indicações tanto de graus

positivos como negativos de inclinação

com um único instrumento

11Circuito de acionamento de dispositivo externo que detecta a

posição ajustada e aciona um relé quando ela é atingida

12Circuito de acionamento com a transição nega-

tiva do sinal na posição sensoriada



dispositivosd


14Utilizando a entrada analógica de um

microcontrolador para detectar a

posição do sensor

Neste circuito, a freqüência desaída do oscilador está diretamenteligada à inclinação do sensor. Como emprego de um freqüencímetro noreceptor pode-se ter uma indicaçãoremota da posição de um sensor de

inclinação. Evidentemente, a pré-cali-bração para se obter uma tabela deveser feita.

Em uma aplicação mais sofsti-cada pode-se utilizar um microcon-trolador já programado para converteruma entrada de freqüência direta-mente em inclinação e, mais que isso,pode-se multiplexar o sinal para que o

15O sinal deste oscilador pode modular um transmissor e assim ser transmitido para

uma estação remota de sensoriamento ou controle

sensoriamento de diversos sensoresseja feito ao mesmo tempo. Os sinaisprocessados também podem ser uti-

lizados para a realização de ações

que corrijam a inclinação, aumentema potência de um motor, acionem umsistema de feios e muito mais.

Conclusão

Observe que o uso de soluções

simples pode incrementar bastante

um projeto de mecatrônica. Tudo depende da maneira como essa soluçãoé implementada e dos circuitos queprocessam os seus sinais. O que

vimos neste artigo foram algumassoluções para os que gostam de fazesuas montagens mecatrônicas e nem

sempre podem contar com sensoressofsticados ou confgurações mais

complexas.



dispositivos d


Conheça ostransformadores,

relés e solenóides

Newton C. Braga

Os transformadores

Os transformadores são compo-

nentes formados por dois ou maisenrolamentos que possuem umnúcleo em comum de modo que a cor-rente que circula por um deles possa

induzir uma corrente no outro. Nessaindução a corrente tem suas caracte-rísticas alteradas.

Assim, se tivermos um transforma-dor com um enrolamento denominadoprimário, com 1000 espiras de fio, eaplicarmos 100 Volts, se o secundá-

rio tiver 100 espiras, obteremos 10V e, se tiver 10 000 espiras, obtere-mos 1 000 V. A figura 1 mostra o que

ocorre.Os transformadores são utilizados

para alterar as correntes e tensões

em um circuito. Observe entretantoque eles não podem criar energia.

Dessa maneira, o que ganhamosem volts (V), perdemos em ampères

(A), pois o produto é a potência (W)que não pode ser alterada.

Um transformador nunca pode

ser usado para aumentar ao mesmotempo a corrente e a tensão!

Os transformadores só podemoperar com sinais alternados, que

tanto podem ser de baixa freqüência(como a tensão da rede de energia),

como de altas freqüências (como por

N est e a r t i go abo rda rem os o m odo de f unc ionam en t o ,

especicações, teste e uso dos transformadores,re lés e so lenó ides .

Nos p ro j e tos de mecat rôn i ca esses comp onent es

ocupam lugar de des taque, o que leva a necessidade

de c onhecê - l os de f o rm a m a i s p ro f un da .

exemplo em fontes especiais chave-adas que operam entre 50 kHz e 500kHz) ou ainda sinais de RF acima

de 100 kHz em circuitos de diversostipos. Veja na figura 2 o princípio defuncionamento do transformador.

As bobinas que formam um trans-formador podem ser enroladas em

diversos tipos de núcleos, depen-dendo da aplicação. Os núcleos de

lâminas de ferro servem apenas para

3Símbolos adotados para representar um transformador

transformadores de baixas freqüên-cias. Já os tipos de ferrite e pó de

ferro servem para altas freqüências, eem alguns casos pode-se possuir atétransformadores sem núcleo (núcleo

de ar).

Símbolos e tipos

Os traços entre as bobinas indicam

o tipo de núcleo utilizado. Na figura 3ilustramos os símbolos adotados para

representar os transformador

1A relação entre espiras determina a

alteração da tensão

2Transformador comum



dispositivosd


Especifcações

As especificações dos transforma-dores dependem da sua aplicação, ouseja, do tipo de sinal com que traba-

lham.Podemos fazer a seguinte divi-

são:

Transformadores usados emfontes: Transformadores de ali-mentação. Recebem a energiada rede e a alteram para alimen-

tar os circuitos eletrônicos. Asprincipais características são:

Tensão do primário - é a

tensão que deve ser aplicadana entrada ou enrolamentoprimário para ter o funciona-mento normal do transforma-

dor.Tensão do secundário - é atensão que obtemos no enro-

lamento secundário quandoaplica-se no primário a tensãode primário.

Corrente máxima de secun-dário - é a corrente máximaque podemos obter no secun-dário do transformador. Mul-

tiplicando-se a corrente desecundário pela tensão desecundário obtemos a potên-

cia do transformador.

Tipo de núcleo que pode serde ferro laminado ou toroidal.

Transformadores de RF: Sãoaplicados em circuitos de altasfreqüências. As principais espe-

cificações são:Número de voltas dos enrola-mentos e tipo de fio utilizadoDiâmetro da forma

Tipo de núcleo a ser utilizadoe suas dimensões

Onde são usados

Os transformadores (de força oualimentação) são encontrados na

entrada de equipamentos eletrônicosque funcionam com a energia da redelocal e que precisam de tensão mais

baixa para funcionar. Como exemplo,citamos os eliminadores de pilhas,fontes, e muitos eletroeletrônicos deuso comum.

Os transformadores de baixa fre-

qüência também podem ser encon-trados dentro dos circuitos como

a)

•

•

•

•

b)

•

•

•

amplificadores para modificar ascaracterísticas de sinais, além deoutras funções. Já os de alta freqüên-

cia podem ser encontrados dentro deequipamentos como computadores,eletrodomésticos, monitores de vídeopara transformar tensões e sinais.

Como testar

O teste mais simples de um trans-

formador consiste em verificar se suasbobinas apresentam continuidade.

Elas devem mostrar uma resistênciabaixa, que pode variar entre poucosohms a no máximo algumas centenasde ohms.

Se tiverem resistências muito altaspode significar que estão interrompi-das. Este teste não revela se elas

possuem espiras em curto. Na figura

4 mostramos como fazer o teste decontinuidade das bobinas.

O outro teste consiste em saberse os dois enrolamentos de um trans-

formador estão isolados. Entre elesdeve haver uma resistência muito altaacima de 100 000 ohms, exceto para

os tipos denominados: “autotransformadores” que possuem ligaçãocomum entre primário e secundárioNa figura 5 mostramos como isso

deve ser feito.

Os relés

Os relés são chaves eletromagnéticas. Eles são formados por uma

bobina e um conjunto de contatosque pode ser acionados pela açãodo campo magnético criado por estabobina.

Aplicando-se uma tensão nabobina ela atrairá a armadura, que éuma peça ferrosa presa aos conta

tos de modo que eles se movimentam, comutando assim a corrente deum circuito externo. Veja na figura

6 a estrutura simplificada de um relécomum.

4Testando a continuidade do enrolamento

de um transformador

5Testando o isolamento entre

enrolamentos

6Estrutura de um relé comum



dispositivos d


Os relés são usados para controlar

circuitos a partir de correntes fracasou de forma isolada. Podemos apli-car uma baixa tensão a uma bobina

de relé para controlar um circuito dealta corrente que seja ligados aosseus contatos. A principal vantagemdo seu uso está no fato de que o cir-

cuito controlado fica completamenteisolado do circuito que o controla.

Eles podem ser encontrados em

uma infinidade de tipos e tamanhos,

conforme as características de suasbobinas, quantidade de contatos eintensidade da corrente que podem

controlar.Nos tipos comuns, para se obter

grande sensibilidade, as bobinas sãoformadas por milhares de espiras de

fios muito finos.

Símbolos e Aspectos

Na figura 7 mostramos os símbo-los adotados para representar diver-sos tipos de relés, assim como osaspectos mais comuns destes com-

ponentes.Observe na ilustração que os con-

tatos podem possuir as mesmas fun-ções das chaves. Podemos ter reléscom contatos simples, reversíveis ereversíveis duplos.

Existem relés que apresentam até

4 ou 6 conjuntos de contatos, depen-dendo da aplicação.

Um ponto importante a ser obser-

vado quanto ao uso dos relés é que nostipos de contatos reversíveis temosas funções NA (Normalmente Aberto)e NF (Normalmente Fechado).

Quando ligamos alguma coisa

entre os contatos NA e C (comum) odispositivo controlado é alimentado

quando a bobina do relé é energi-zada.

Por outro lado, quando ligamosalguma coisa (carga) entre NF e C, a

carga externa é desligada quando orelé é energizado. Confira na figura 8 o uso do relé de acordo com os con-

tatos que são ligados.Na figura 9 temos outro tipo

importante do relé que é o reed-relé.

Este componente é formado por uminterruptor de lâminas (reed switch)em torno do qual é enrolada umabobina. Quando a bobina é energi-

zada o campo magnético criado atuasobre o interruptor fazendo-o fecharseus contatos.

Especifcações

Ao trabalhar com relés devemos

atentar a três principais especifica-ções:

Bobina: A bobina pode ser espe-cificada pela tensão e corrente deoperação ou ainda pela tensãoe pela resistência. Conhecendoduas dessas grandezas a terceira

poderá ser calculada facilmentepela lei de ohm. Por exemplo, umrelé de 12 V x 50 mA tem uma

resistência de bobina de 240ohms.

a)

7Símbolos usados para representar relés

8Utilização dos contatos NA e NF de um relé

9Um reed-relé

R = 12/ 0,05 = 240 ohms



dispositivosd


Especificações dos contatos:

Precisamos saber qual é a cor-rente máxima que os contatospodem controlar. Uma corrente

excessiva pode causar seu des-gaste prematuro ou ainda suaqueima.

Configurações dos contatos:Conforme observamos, os conta-tos dos relés podem ser simples

mas também podem ser reversí-veis duplos, triplos etc. Esta espe-cificação é importante para o usodo relé, principalmente quando

todos os elementos dos contatossão utilizados.

Onde são encontrados

Os relés são encontrados em uma

infinidade de aplicações ligadas àrede de energia e sistemas de con-trole. Em geral são usados por circui-tos que controlam cargas de potência

a partir de sinais.Por exemplo, timers acionam relés

que ligam e desligam os aparelhoscontrolados. Controles remotos de

robôs e outros dispositivos fazem usode relés que são acionados pelos cir-cuitos eletrônicos para ativar e desa-

tivar os motores. Pequenos relés

podem ainda ser encontrados dentrode equipamentos para controlar cir-cuitos que devem ser mantidos isola-

dos uns dos outros.

Como Testar

Para saber se um relé está emboas condições é preciso fazer doistestes:

Teste da bobina: Para testaras bobinas basta verificar sua

continuidade, o que pode serconseguido por um multímetrona escala apropriada de resis-

tências. Relés comuns têm resis-tências que variam entre algunsohms a mais de 5 000 ohms con-forme a tensão, sensibilidade e

tipo. O teste de continuidade nãorevela se a bobina tem espirasem curto. Veja na figura 10 como

fazer este teste.

Teste dos contatos: Bastamedir as resistências dos conta-

b)

c)

a)

b)

tos quando o relé está ativado e

quando não está levar em contaa função (NA e NF). Um relé embom estado deve possuir resis-

tência nula entre os contatosquando estão fechados e infinitaquando estão abertos.

Os solenóides

Os solenóides são formados por

uma bobina dentro da qual podedeslizar um núcleo de material fer-roso. Quando uma corrente percorrea bobina o campo magnético criado

puxa o núcleo para dentro com força.Esta força pode ser usada para

acionar os mais diversos dispositivos,

como por exemplo abrir e fechar umaválvula, mudar um robô de direção ,acionar uma alavanca, abrir a fecha-

dura de um portão ou ainda acionaruma armadilha.

Os solenóides podem ser encon-trados em diversos formatos e tama-

nhos dependendo da força que devemexercer, tensão de alimentação efunção na qual serão utilizados.

Existem solenóides que podem

possuir sistemas de retorno commolas ou ainda recursos que permitem obter movimentos rotatórios

como os mostrados na figura 11.

Símbolo e aspectos

Confira na figura 12 o símboloadotado para representar o solenóidee os aspectos mais comuns para esse

componente.Os pequenos solenóides encon

trados nos equipamentos eletrônicossão formados por milhares de espiras

de fios esmaltados muito finos.Um sistema de molas permite

que o núcleo volte a posição origina

quando a bobina deixa de ser energizada.

Especifcações

A principal especificação de umsolenóide é a tensão que deve se

aplicada nos seus terminais para queele seja acionado. Em função dessatensão temos a corrente drenada, a

12Símbolos e aspectos dos solenóides

comuns

10Testando a bobina de um relé

11Estrutura de um solenóide rotativo



dispositivos d


qual depende da resistência apresen-

tada e força que deve exercer.Os solenóides encontrados nos

equipamentos eletrônicos podem ser

tanto acionados pela tensão AC darede de energia como tensões DCna faixa de 3 a 48 V . As correntespodem variar entre alguns miliampè-

res até diversos ampères. Uma outraespecificação importante em algumasaplicações é a força que ele exerce

quando energizado.

Onde são encontrados

O leitor vai encontrar uma infini-dade de solenóides não só em equi-pamentos eletrônicos mas em muitos

equipamentos elétricos como máqui-nas de lavar e portões elétricos.

Nos equipamentos eletrônicos

pequenos solenóides são utilizadospara movimentar partes móveis deequipamentos como VCRs, DVDs,toca-fitas etc. Os solenóides encon-

trados nos equipamentos eletrônicossão pequenos e delicados sendo ali-mentados por circuitos eletrônicoscom transistores e circuitos integra-

dos.

Como testar

O teste elétrico básico de um sole-nóide consiste em verificar a conti-nuidade de sua bobina utilizando o

multímetro. Este teste, entretanto,como em qualquer bobina, não revelase ela possui espiras em curto.

O melhor teste é o de acionamentoenergizando o componente para veri-ficar se é acionado.

A resistência típica das bobinas

dos solenóides varia entre algunsohms e alguns milhares de ohms,dependendo da sua tensão e força.

f



dispositivosd


Motores de corrente contínua são utilizados numa inf - n idade d e ap l i cações m ecat r ôn i cas ta i s como robô s ,

b r aços m ecân icos , au t om at i sm os , s i stem as de aber tu ra e f echam ento d e por t as e t c . Ao l ado da var iedade de

t i po s de m oto r es com qu e é poss íve l con t a r para es tas ap l i cações , i gua lm ent e amp la é a gam a de ci rcu i t os que

podem s er em pregados pa ra seu c on t ro l e .

Neste artigo abordamos algumas confgurações simplesque podem s er u t i l i zadas no c on t r o l e de m o t o res de co r - r en t e c on t ínua d e ba i x a t ens ão .

Controle de

Motores CC

Newton C. Braga

O controle de motores de correntecontínua não é tão simples, pois ascaracterísticas elétricas destes dis-positivos não são lineares, apresen-

tando alguns pontos que podem fazercom que os circuitos utilizados não

funcionem apropriadamente.Por exemplo, além de fortemente

indutivos e apresentando sistemasde comutação que geram pulsos detransientes de alta tensão, a corrente

drenada por um motor varia com acarga, ou seja, com a força que elesestão exercendo em um determinado

momento, conforme mostra o gráficoda figura 1.

Desta forma, quando usamos dis-

positivos semicondutores no controle

de motores de corrente contínua, nãodevemos apenas observar se eles

são capazes de suportar as correntesexigidas pelo motor, mas também astensões inversas geradas na comu-tação, agregando eventualmente um

elemento de proteção. A proteçãomais comum é a que faz uso de um

diodo ligado em paralelo, emborapossamos empregar um capacitor devalor apropriado,veja a figura 2.

A finalidade do circuito comutador(ou de controle) é normalmente ligar e

desligar o motor a partir de sinais depequena intensidade, provenientestanto de um microcontrolador, micro-

processador, configuração lógica,comutador ou sensor, conforme ilus-tra a figura 3.

Quanto maior for a corrente dre-

nada pelo motor e menor a inten-sidade do sinal de controle, maior

deverá ser o ganho do circuito usadono controle. A amplificação do circuitonormalmente é expressa pelo ganho

de corrente. Assim, um circuito quetenha ganho 1 000 poderá controlaum motor de 1 A com uma corrente

de 1 mA. O ganho exigido, evidentemente, irá depender da aplicação.

1A corrente drenada por um motor é

proporcional à força que ele faz

2Sistemas de proteção para o

dispositivo comutador

3Ligando e desligando um

motor a partir de sinais de

pequena intensidade



dispositivos d


Devemos também levar em contaque um motor de 1 A, no momento dapartida, para que seja tirado da imobi-lidade exigirá uma corrente maior, por

exemplo, até 3 A. Por este motivo, aoescolher um circuito de controle deve-

mos dar uma margem de segurança.Para controlar um motor de 1 A, uti-lizamos um circuito que, com seuganho, possa fornecer pelo menos 2A ao motor.

Circuito Simples com 1 Tran-

sistor NPNNa figura 4 temos um circuito sim-

ples que pode controlar um motor até500 mA se utilizar o BD135, e até 1

A se for usado o TIP31. Transistores

de maior corrente podem ser empre-gados. Como o ganho típico destes

transistores é da ordem de 100 vezes,a corrente mínima de controle é daordem de 10 mA.

Neste circuito, quando aplicamos

uma tensão positiva à entrada, omotor liga. Isso significa que ele operacom o nível lógico alto de entrada.

Na mesma figura mostramos como épossível fazer seu acionamento comum sensor do tipo reed. Nesta confi-

guração, o transistor deve ser dotadode um radiador de calor.

Circuito Simples com 1 Tran-sistor PNP

Para acionar o motor com o nívelbaixo, ou seja, com um sinal negativo,

podemos utilizar um transistor PNP,conforme sugere a figura 5.

Para o transistor BD a corrente

máxima do motor é de 500 mA ,e parao TIP é de 1 A. A sensibilidade é daordem de 10 mA, o que permite a uti-lização de sensores como reed-swi-

tches e em alguns casos até mesmoLDRs.

Circuito Darlington NPNPodemos obter muito maior sen-

sibilidade com a utilização de tran-sistores Darlington, cujos ganhos são

tipicamente de 1000 vezes, como o

tipo NPN indicado na figura 6.Com este circuito conseguimos

controlar um motor de 1 A com umacorrente de apenas 1 mA na entrada.O acionamento ocorre no nível alto eo transistor deve ser dotado de um

radiador de calor. Sensores de baixacorrente como LDRs ou mesmo NTCspodem ser usados neste circuito.

Veja, entretanto, que, como se tratade um amplificador linear a sua curvade resposta possibilita sua utilização

como um controle analógico de velo-cidade.

Na figura 7 mostramos a curvaaproximada de controle se empregar-

mos na entrada um potenciômetro de47 k ohms.

Circuito Darlington PNPPodemos ter o acionamento no

nível baixo, ou com tensões negati-

vas, utilizando um transistor Darling-ton NPN, observe a figura 8.

As características são as mesmasdo circuito anterior, devendo o tran-

sistor ser dotado de um radiador decalor. Transistores Darlington de maiorcorrente também podem ser empre-gados sempre levando-se em conta

o ganho, para se obter a correntemínima necessária ao acionamento.Uma possibilidade interessante é a

de se usar dois transistores discre-

tos ligados como Darlington, veja afigura 9.

4Circuito simples de controle utilizando

um transistor NPN

5Circuito com transistor PNP. O acio-

namento ocorre no nível lógico baixo

6Circuito de alto ganho com transistor

Darlington NPN

7O circuito também pode ser empregado

como um controle linear de velocidade

8Circuito Darlington de alto ganho

com transistor PNP

9Transistores comuns NPN e PNP

podem ser ligados na configuração

Darlington



dispositivosd


Nesta etapa, o ganho obtido será

o produto dos ganhos dos transisto-res associados. Por exemplo, se oganho de um for 20 e do outro for 50,

o ganho total do circuito será de 1000vezes. Para o BC548 com ganho 200e o BD135 com ganho 100, temos umganho de 20 000 vezes. Uma corrente

de 100 μA pode acionar um motor de2 A.

Circuito ComplementarUm circuito simples, porém muito

sensível é o que faz uso de transisto-res complementares, ligados da forma

indica na figura 10.Neste circuito os ganhos dos tran-

sistores praticamente se multiplicam

e obtém-se uma sensibilidade muitogrande com o acionamento a partir decorrentes muito fracas. Neste caso,

o circuito é acionado com um sinalpositivo e sua sensibilidade possibilitaseu acionamento a partir de sensorescomo LDRs ou NTCs. O transistor de

potência deverá ser dotado de umradiador de calor.

Podemos inverter o acionamentocom o circuito da figura 11. Nele, o

sinal de acionamento é negativo, istoé, com a base do transistor de entradacolocada no nível baixo.

Circuito com MOSFET dePotênciaOs transistores de efeito de campo

de potência (MOSFETs de Potência)consistem numa excelente alternativapara o controle de motores CC dada

sua baixa resistência de condução eimpedância de entrada extremamenteelevada. No entanto, eles precisam deuma tensão maior para acionamento,

o que os torna mais apropriados paraaplicações em que a tensão de ali-mentação seja superior de 6 V.

O circuito exibido na figura 12, porexemplo, aciona com a entrada nonível alto e a corrente exigida é prati-

camente nula, pois estes dispositivossão típicos amplificadores de tensão.

A grande vantagem na utilizaçãodeste tipo de circuito está na sua

capacidade de controlar correntesde vários ampères com facilidade,dependendo apenas do transistor

empregado. No entanto, os transisto-res, dependendo da corrente, também

devem ser montados em dissipadoresde calor.

Circuito com SCRUm circuito com trava pode ser

elaborado com base em um diodocontrolado de silício ou SCR. Nestecircuito temos o disparo com um

pulso positivo de curta duração. Suaamplitude deve ser da ordem de 1 V ea corrente para o TIC106 é de apenas200 μA.

Quando o SCR dispara, ele conduza corrente, alimentando o motor. Noentanto, o SCR permanece disparado,

mesmo depois do desaparecimento

do pulso. Isso significa que, para des-ligar o circuito, devemos interrompera alimentação por um momento, ou

curto-circuitar o SCR de modo quea tensão entre anodo e catodo caiaa zero. Na figura 13 temos este cir-

cuito.Para o circuito indicado a corrente

máxima do motor é de 3 A. Como háuma queda de tensão da ordem de 2

V no SCR em condução, para máximapotência, a alimentação deverá estar

2 V acima da tensão nominal domotor.

ConclusãoOs circuito que vimos neste artigo

é apenas uma pequena amostra doque se pode fazer para controlar ummotor de corrente contínua numa

aplicação mecatrônica. Com estasconfigurações, motores podem seacionados diretamente a partir desensores, circuitos lógicos e micro

controladores. Cada um dos circuitosapresentados deve ser otimizadocom a escolha experimental dos valo

res dos componentes, de acordo com

as características do motor e do sinaa ser usado no controle.

10Circuito de alto ganho com transis-

tores complementares

11Circuito complementar com aciona-

mento no nível lógico baixo

12Circuito com MOSFET de potência

13Circuito com SCR

Mais informações

Para mais informações sobre este tipo

de circuitos e controles de motores de

todos os tipos, sugerimos a leitura do

livro ‘Eletrônica para Mecatrônica’, de

Newton C. Braga.



montagem


m

21

M o n t a g em d e u m m ó d u l o q u e em p r e g a r e lé co m u m

e ci rcu i t o e le t r ôn i co , que aum enta a sensib i l i dade de t a l f o rm a s endo c apaz de ope ra r c om c or ren t es

a té 1 00 0 vezes m a is f racas que a nom ina l . Pode s er u t i l i zado c omo um re l é e le t rôn i c o em p ro j e t os e m ont agens que u sem sensores sens íve i s . O ci rcu i t o

f unc i ona t an t o c om r e l és de 6 quan t o de 12 V .

Relé Eletrônico

Multi-uso

Newton C. Braga

Os relés comuns possuem sen-sibilidades que variam entre 10 e100 mA, dependendo da tensão de

acionamento. Essa corrente, relati-vamente elevada para sua operação,faz com que eles não possam ser uti-lizados diretamente em sensores e

outros dispositivos de disparo menossensíveis. Normalmente, o que se fazé utilizar nesses casos uma etapade amplificação, cuja configuração é

mostrada na figura 1.Esta configuração tem um

ganho de corrente da ordem de 100

(depende do transistor) e serve para amaioria dos projetos que temos publi-

cado nessa revista, onde as saídas decircuitos integrados não são suficien-

temente potentes para excitar direta-mente um relé. No entanto, em muitosprojetos experimentais precisa-se

usar relés, e quando isso ocorre, fica-mos na dependência de um circuitoexcitador de bom ganho.

Por que não dispor já dessecircuito montado na forma de ummódulo, pronto para uso, com ali-mentação própria, ou eventualmente

preparada para ser tirada do circuitoque vai funcionar? Na verdade, este

mesmo módulo pode ser usado paraacionar diversos tipos de dispositivosem alarmes, automatismos, sistemas

de segurança e controle dos maisdiversos tipos.

Características:

Tensão de alimentação: 6 ou12 V (conforme relé)Relé usado: 6 ou 12 V até 100mA

Consumo acionado: 10 a 100mA (conforme relé)Consumo em repouso: 1 mA

(tip)Sensibilidade de entrada: 10

a 50 μAGanho: 1 000 (min)

Como Funciona

Dois transistores complementares(NPN e PNP) são usados como ampli-ficadores numa configuração em aco-

plamento direto. A carga do segundotransistor (Q

2) é o relé, e a entrada é

feita na base do primeiro transistor(Q

1). Temos duas maneiras de fazer

o acionamento do circuito, as quaisdependem das ligações e dos ter-

•

•

•

•

•

•

1Configuração de uma etapa de

potência para relé

2Usando o módulo com um LDR


http://slidepdf.com/reader/full/mecatronica-facil-41 23/37Mecatrônica Fácil nº41

montagemm

22

minais utilizados na entrada. Vamossupor, inicialmente, que usaremos umsensor resistivo, um LDR, por exem-plo. Se ligarmos este sensor (LDR)entre os terminais A e B e interligaros terminais C e D, conforme ilustra afigura 2, teremos o acionamento dorelé quando a resistência do sensordiminuir.

A sensibilidade poderá ser ajus-tada em P1. Para um LDR isso signi-fica que teremos o acionamento dorelé quando o LDR receber luz, ouquando a quantidade de luz incidenteaumentar, ultrapassando o limiarajustado.

Se ligarmos o sensor entre C e De interligar com um fio os pontos A eB, observe a figura 3, teremos o acio-

namento do relé quando a resistênciado sensor aumentar.Para um LDR isso significa que

o relé fechará seus contatos quandoa luz que incidir na superfície sensí-vel diminuir ou ainda for cortada. Aação do circuito é rápida, mas pode-mos evitar que ocorra uma respostamuito rápida a variações bruscas dosinal de entrada, utilizando para issoum capacitor (C1). Quanto maior for ovalor desse capacitor, mais lento setornará o circuito na sua ação.

Para um LDR, por exemplo, seusarmos um capacitor de 10 a 47μF como C1, teremos um compor-tamento que fará com que o circuitonão responda a um flash (relâmpago)ou ainda à passagem rápida de umobjeto na sua frente de modo a inter-romper o feixe de luz. Se utilizarmos orelé como um interruptor crepuscularessa ação lenta é interessante paraevitar o seu disparo pela passagemde pássaros na sua frente, ou ainda

com os relâmpagos de uma tempes-tade.

Sensores como NTCs, sensoresde pressão e outros resistivos tambémpodem ser usados, mas dependendode seu valor pode ser necessário fazera troca de P1. Para um NTC de 10 kohms, por exemplo, o potenciômetrodeve ser reduzido para 10 k ohms.

Montagem

Na figura 4 temos o diagramacompleto do módulo de acionamentopara um relé.

Sugerimos a utilização de umapequena placa de circuito impresso

universal com a disposição de componentes mostrada na figura 5.

É recomendado um relé da sérieMCH em invólucro DIL para a versãoem placa, da Metaltex (www.metal

tex.com), mas outros tipos de reléspodem ser colocados com as devidasalterações no modo de conexão paraque possam se adaptar à placa ouainda pode ser feita uma placa espe-cial para eles.

Para fonte de alimentação existemdiversas opções como pilhas, umafonte própria com um CI regulador detensão 7806 ou 7812 ou ainda usar o

3Relé de passagem com LDR

4Diagrama completo do relé Multi-uso

5

Placa de circuito impresso para o reléMulti-uso



montagem


m

23

próprio aparelho com o qual o módulo

vai funcionar, como fonte de energia.O diodo e os transistores admitemequivalentes e os capacitores eletro-líticos devem ter uma tensão mínima

de trabalho de 12 V. Seus valores nãosão críticos.

Prova e Uso

A prova de funcionamento é sim-ples e imediata: basta ligar o módulo e

tocar simultaneamente com os dedosnos terminais A e B. O relé deve fecharseus contatos, independentemente

da posição de P1. Isso poderá ser per-

cebido pelo estalo audível do relé. Seinterligarmos agora C e D com um fioe tocarmos entre A e B, deveremos

ajustar P1

até obter um determinadoponto em que, com o toque, o relé

dispara.Comprovado o funcionamento

é só usar o módulo, lembrando quesensores resistivos devem ser ligados

entre A e B para acionamento com adiminuição da resistência e entre C eD para acionamento com o aumentoda resistência.

6

Operação com sinais externos

Para aplicação de sinais externos,

faça-o entre B e D, interligando C e D,veja a figura 6.

Ajuste a sensibilidade ao sinalexterno em P

1. Nessa configuração,

a impedância de entrada do circuito éda ordem de 1 M ohms.

Lista de materiais

Semicondutores:

Q1

– BC548 ou equivalente – transis-

tor NPN de uso geral

Q2

– BC558 ou equivalente – transis-

tor PNP de uso geral

D1

– 1N4148 – diodo de uso geral

Resistores:R1

– 47 k Ω x 1/8 W – amarelo,

violeta, laranja

P1

– 1 M Ω – potenciômetro

Capacitores:

C1

– ver texto – 1 a 100 μF – eletro-

lítico

C2

– 100 μF x 12 V – eletrolítico

Diversos:

K 1

– MCH2RC1(6V) ou MCH2RC2

(12) – relé – ver texto

S1

– Interruptor simples

B1

– Pilhas, bateria ou fonte – 6 ou 12

V – ver texto

Placa de circuito impresso universal ou

ponte de terminais, caixa para monta-

gem (opcional), terminais de parafusos

ou bornes, fios, solda, etc.

f



montagemm

24

Conra o efeito de LEDs que pisca aleatoriamente. Ele pode ser

utilizado na sinalização de robôs, objetos, brinquedos, árvores

de natal e painéis de propaganda.

Alimentado por pilhas ou por uma fonte a versão básica possui

4 LEDs e baixo consumo.

Efeitos Especiaiscom LEDs

Newton C. Braga

LEDs coloridos piscantes podem

ser usados em uma infinidade de apli-

cações, destacando-se as decorati-vas. Quanto maior for a quantidadede LEDs, melhor será o efeito. Para

conseguir o efeito de maneira alea-tória existem muitos circuitos. Algunsaté embutidos em tipos especiais de

LEDs, mas o que escolhemos paradescrever aqui é o tipo mais simples,que utiliza componentes comuns.

Usando apenas um circuito inte-grado de baixo custo. Este sistemaem versão básica alimenta 4 LEDs,no entanto, com o acréscimo de 4

transistores de uso geral, pode-seaumentar para até 20 LEDs, ou atémesmo utilizar pequenas lâmpadas.

Apenas no caso de maior quan-tidade de LEDs, em lugar das pilhasdeve-se utilizar fonte ou aproveitar aalimentação de uma bateria de maior

capacidade. Os quatro osciladoresindependentes desse circuito fazemcom que os LEDs pisquem de maneira

aleatória, determinada apenas peloscomponentes usados. Com diferen-

tes cores pode-se obter efeitos aindamelhores.

Características:• Tensão de alimentação: 5 a 12V

• Corrente consumida: 15 mA (tip)para cada LED• Número de LEDs: 4 a 20• Circuitos integrados: 1

Como Funciona

A base do projeto é um circuitointegrado 4093 que consta de 4 portas

NAND disparadoras de duas entra-das, podendo ser utilizadas como

osciladores de maneira simples.Com apenas dois componentes

por porta, um capacitor e um resistor, podemos elaborar um osciladoretangular com ciclo ativo de 50%Isso significa que em cada ciclo, o

LED permanece 50% do tempo acesoe 50% apagado.

A baixa corrente desse oscilado

excita apenas um LED, mas podemosexpandir essa capacidade com um

transistor em cada saída, conformemostra a figura 1.

1Usando um transistor para excitar maior

número de LEDs ou cargas de maior potência



montagem


m

25

Desta forma, podemos ligar de 2

a 5 LEDs em cada transistor, aumen-tando assim a possibilidade de usopara o efeito. Em cada oscilador, tantoo resistor como o capacitor determi-

nam a freqüência das piscadas dosLEDs correspondentes. O resistorpode possuir valores na faixa de 100

k ohms a 2,2 M ohms, enquanto que ocapacitor pode ter valores na faixa de1 μF a 100 μF.

Se o leitor preferir alterar os valo-

res originais do projeto, de modo aobter outras freqüências de operação,poderá fazê-lo desde que dentro das

faixas de valores indicadas.Maiores valores, tanto para os

resistores como para os capacitores,implicam em menor freqüência para

as piscadas. O circuito integradopoderá ser alimentado com tensões

de 5 a 12 V .E os resistores, junto aosLEDs, devem ser de 330 ohms paraalimentação de 5 V, 470 ohms para 6V e 1 k ohms para 12 V.

Montagem

Na figura 2 temos o diagrama

completo da versão com 4 LEDs.Veja na figura 3 a disposição dos

componentes em uma placa de cir-

cuito impresso. Os leitores também

poderão fazer a montagem em umaplaca universal com o padrão dematriz de contatos ou de outro tipo.

Para o circuito integrado o leitorpoderá utilizar um soquete DIL de14 pinos, que tanto facilitará a mon-

tagem como a troca do componente,em caso de necessidade.

Os LEDs podem ser vermelhos oude outras cores comuns. Os resisto-

res são de 1/8 W e os capacitores ele-trolíticos devem possuir tensões detrabalho maiores do que a tensão uti-

lizadas na alimentação. Por exemplo,para 6 V de alimentação use capaci-tores para 12 V ou mais.

Para a alimentação podem ser

usadas pilhas de qualquer tamanho nocaso de 4 LEDs. E no caso de maiorquantidade é interessante usar uma

fonte de alimentação apropriada.

Prova e Uso

Para provar o aparelho basta ligar

sua alimentação. Os LEDs devemcomeçar a piscar imediatamente. Se

algum LED não acender verifique suapolaridade, invertendo se necessário.

Os LEDs podem ser ligados ao circuitoatravés de fios até 2 metros de com-primento, desde que seja observada

a polaridade desses componentes.

Lista de materiaisSemicondutores

CI-1 – 4093 – circuito integrado CMOS

LED1 a LED4 – LEDs comuns dequalquer cor

Resistores

R1 a R4 – 470 ohms x 1/8 W – amarelo,

violeta, marrom

R5 – 100 k ohms x 1/8 W – marrom,

preto, amarelo

R6 – 120 k ohms x 1/8 W – marrom,

vermelho, amarelo

R7 – 220 k ohms x 1/8 W – vermelho,

vermelho, amarelo

R8 – 330 k ohms x 1/8 W – laranja,

laranja, amarelo

Capacitores

C1 a C4 – 1 μF ou 2,2 μF – ver texto

– capacitores eletrolíticos

Diversos:

Placa de circuito impresso, soquete para

o circuito integrado, suporte de pilhas ou

fonte de alimentação, fios, solda, etc.

2Diagrama completo do aparelho. Podem ser montadas diversasunidades para um efeito ainda mais amplo, com 8 ou mais LEDs

3Disposição dos componentes numa placa de

circuito impresso

O leitor poderá montar diversosdesses circuitos ligando-os a uma

fonte de alimentação única, podendoobter efeitos mais interessantes.

f



montagemm

26

O transmissor sinalizador é bas-tante compacto e pode ser facilmente

escondido em objetos de pequenoe médio porte, como em pequenosrobôs, sondas, malas e pacotes.

Alimentado por pilhas, ele possui

boa autonomia. Como se trata decircuito de curto alcance (100 a 200metros), é um dispositivo ideal para

localização ou monitoração de obje-tos em prédios e casas.

Com o transmissor escondido,

pode-se localizar um objeto roubado

dentro de uma fábrica, antes que sejalevado do local.

Também podemos utilizar o cir-

cuito como um alarme remoto subs-tituindo o interruptor geral S

1por um

sensor que dispara, emitindo um sinal

de alerta para um receptor de FM.Os componentes usados na mon-

tagem são comuns e não temos ele-mentos críticos que possam dificultar

sua realização. Tudo que o leitorprecisa saber é fazer placas de cir-

cuito impresso segundo o padrão quedamos neste artigo.

Sinalizador

de FMPequeno t r ans m i s so r em i s so r d e b ips cu jos s ina i s podem ser cap ta -

dos po r qu a l que r r ec ep t o r de FM em u m a f r eqüênc ia l iv re .

T ra t a - se de um apa re l ho de g rande u t i l i d ad e n o m o n i t o r a m e n t o

de pequ enos rob ôs , ve ícu los e sondas . Out r a f un ção é a v ig i l ân - c ia e esp ionagem de ob j e tos , j á

que é capaz de l ocal i zá- los a t r avés de um s ina l em i t i do .

Características:• Tensão de alimentação: 6 ou 9

Volts• Alcance: 100 a 200 metros• Freqüência de emissão: 88 a 108MHz

Como Funciona

Para gerar os bips em intervalosregulares utilizamos dois osciladorescom base em duas portas NAND do

circuito integrado disparador 4093.

A primeira porta gera o tom de áudiocuja freqüência é determinada basi-camente por R

1e C

1. O leitor poderá

alterar estes componentes numaampla faixa de valores de modo aescolher o tom que seja mais agradá-

vel.Valores menores de C

1produzem

sons mais agudos. A segunda portagera os intervalos entre os bips que

são determinados pelo resistor R2

epelo capacitor C

2. Valores maiores de

C2 fazem com que tenha-se bips maislongos.

Os sinais dos dois osciladores sãocombinados nas outras duas portas

do circuito integrado que funcionamcomo amplificadoras. Obtemos nasaída pulsos ou bips que servem paramodular a etapa transmissora.

A etapa transmissora consistebasicamente em um transistor quegera um sinal cuja freqüência depende

de L1

e CV. Ajustamos CV para que ocircuito opere em uma freqüência livreda faixa de FM. Nada impede, entre

tanto, que alterando a bobina possa

se operar na faixa de VHF. Evidentemente, o leitor deve possui um receptor capaz de sintonizar esses sinais.

A vantagem do uso da faixa deVHF está na dificuldade para o intrusolocalizar um sinal, e também na faci

lidade de encontrar uma freqüêncialivre para operação. A realimentaçãoque mantém o circuito em oscilação éobtida pelo capacitor de 4,7 pF. Esse

capacitor deve ser obrigatoriamentecerâmico de boa qualidade. Para a

faixa de V HF reduza esse compo-nente para 2,2 pF ou mesmo 1 pF.

Newton C. Braga



montagem


m

27

Os sinais gerados pela etapa trans-

missora são irradiados pela antena eo comprimento desta antena dependedo alcance do transmissor. Podemosusar pedaços de fio de 10 cm a 40

cm ou então uma antena telescó-pica. Não será conveniente usar umaantena maior para não instabilizar o

circuito.

Montagem

Na figura 1 apresentamos o dia-grama completo do transmissor sina-lizador.

A disposição dos componentesem uma placa de circuito impresso émostrada na figura 2.

Os resistores são todos de 1/8W

e os capacitores devem ser cerâmi-cos, salvo indicações que permitam

também o uso de tipos de poliéster.A bobina é formada por 4 espiras

de fio 22 ou mesmo mais grosso comdiâmetro de 1 cm sem núcleo. Para

transmitir na faixa de VHF, entre 108e 140 MHz use uma bobina de 2 ou 3espiras do mesmo fio em forma de 1cm. Reduza o capacitor entre o emis-

sor e o coletor do transistor para 2,2pF ou 1 pF.

Para a alimentação pode-se usar

pilhas médias ou grandes em suporte

apropriado. As pilhas grandes propor-cionam uma autonomia maior. Nãoserá conveniente usar bateria de 9V,

pois o consumo do aparelho faria comque se esgotasse rapidamente. Otransistor BF494 pode ser substituído

por equivalentes como o 2N2222 eaté de maior potência como o BD135,caso em que o circuito pode ser ali-mentado com tensão de até 12 V.

Neste caso, o alcance pode superar a1 km, utilizando-se uma antena apro-priada e receptor bem sensível.

Ajuste e Uso

Para ajustar o aparelho basta ligar

nas proximidades um receptor de FMsintonizado em uma freqüência livre.Recomendamos sempre a utilização

de receptores com sintonia analó-gica, visto que é mais fácil localizare manter o sinal. Depois, cuidado-samente, ajustamos CV para que o

sinal mais forte do transmissor seja

captado. Deve-se ter cuidado nestaoperação para não confundir sinais

espúrios ou harmônicas, que sãomais fracos, com o sinal fundamental

que é mais forte.O sinal espúrio some logo quando

nos afastamos com o receptor. Seo leitor não gostar da tonalidade

dos bips produzidos pode alterar oscomponentes associados conformeexplicamos. Também é importante

procurar freqüências que não soframmuitas interferências. Observamosque locais em que existam lâmpadasfluorescentes ou muitas estações de

FM podem causar alguma dificuldade

de operação para o circuito, limitandoseu alcance.

Uma vez comprovado o funciona-mento o aparelho pode ser fechado

em uma caixa de plástico ou madeirapara o uso. Outra possibilidade, sãoaplicações de vigilância, que con-siste em instalar o aparelho no objeto

vigiado, por exemplo, no fundo deuma caixa, embalagem ou mala.

A antena, deve ficar de preferên-

cia na vertical, longe de qualquerparte metálica que possa causar ins-tabilidades de funcionamento. Não serecomenda instalar o aparelho dentro

de objetos de metal.

Para localizar o objeto siga o sinalbaseado no aumento de sua inten-

1Diagrama completo do transmissor

sinalizador de FM

2Disposição dos componentes numa

pequena placa de circuito impresso



montagemm

28

3Utilização de uma antena direcional parafacilitar a localização do transmissor

sidade. Uma possibilidade para ter

maior precisão na localização, con-siste na utilização de uma antenadirecional, como mostra a figura 3.

Uma antena desse tipo, além

de permitir que a direção exata sejadeterminada, também dota o receptorde maior sensibilidade, possibilitando

a localização do transmissor sinaliza-dor a uma distância maior.

Lista de materiais

Semicondutores

CI1

- 4093B - circuito integrado

CMOS

Q1

- BF494 ou equivalente - tran-

sistor de RF – ver texto

Resistores (1/8W, 5%)

R1

- 39k ohms - laranja, branco

laranja

R2

- 2,2 M ohms - vermelho, ver-

melho, verdeR

3- 10 k ohms - marrom, preto,

laranja

R4

- 6,8 k ohms - azul, cinza, laranja

R5

- 47 ohms - amarelo, violeta,

preto

Capacitores

C1

- 47 nF - cerâmico

C2

- 2,2 uF/16V - eletrolítico

C3

- 10 nF - cerâmico

C4

- 2,2 nF - cerâmico

C5

- 4,7 pF - cerâmico

C6 - 100 nF - cerâmicoCV - trimmer - ver texto

Diversos:

L1

- Bobina - ver texto

S1

- Interruptor simples

B1

- 6 V - 4 pilhas pequenas ou

médias

A - antena - ver texto

Placa de circuito impresso, soquete

para o circuito integrado, suporte

para pilhas, caixa para montagem

f



escola e


Nas escolas de nível fundamental, a busca por experimentos tecnológicos exige cuidados especiais. Além da facilidade de montagem, os princípios ensinados devem ser importantes, e mais do que isso: devem despertar o interesse dos alunos por algum aspecto diferenciado. No nosso caso,optamos pelo aspecto lúdico, com a programação de uma competição.Veja neste artigo como implementar uma aula de eletromagnetismo com uma interessante com-

petição entre os alunos.

Newton C. Braga

A simples montagem de um ele-troímã alimentado por pilhas é ado-

tada em muitas escolas como opçãode aula prática envolvendo tecnolo-gia. No entanto, a grande falha desta

abordagem está no pouco interesseque o projeto desperta nos alunos.

Flávio Bernardini

Assim, no Colégio Mater Amabilis deGuarulhos – SP, onde são leciona-

das Mecatrônica e Tecnologia para oníveis fundamental e médio, criamosuma variante desse experimento que

levou os pequenos a uma atividademuito mais atraente.

A idéia básica consiste na mon-tagem de uma “vara de pescar” com

um eletroímã na ponta para pescarpeixes magnéticos, ou seja, peque-nos peixes de papel ou papelão com

clipes (ou pregos) que possibilitemsua atração. Simples de montar, uma

PescariaEletromagnética



e escola


vez que são alimentados por umaúnica pilha, pode-se associar o seufuncionamento ao eletromagnetismo

com exemplos de aplicações práticasimportantes, e de muito baixo custo,visto que o material é muito fácil de

obter e de manusear.

O Princípio

A aula teórica que precede asaulas práticas aborda o princípio defuncionamento do eletroímã. O nível

está de acordo com a série. Assim,no texto a seguir, descrevemos oassunto de forma a poder ser adotadopara alunos da quinta à nona série

do Fundamental. (O projeto pode serimplementado em uma ou duas aulas,e a competição numa aula seguinte).

Quando uma corrente elétricapassa por um fio, em sua volta apareceuma perturbação que denominamoscampo magnético. Essa perturbação

cria forças que atuam sobre os obje-tos de metal, exatamente como nocaso dos ímãs. Conforme mostra afigura 1, o campo magnético envolveos fios e é muito fraco para podermosusá-lo para atrair coisas de metal.

Entretanto, podemos reforçar esse

campo (ou perturbação) se enrolar-mos o fio de modo a formarmos uma

bobina, veja a figura 2.O campo concentra-se no interior

da bobina e se nela colocarmos umobjeto de metal apropriado, ele semagnetizará comportando-se exata-

mente como um ímã.Esse princípio é usado em muitos

dispositivos eletromagnéticos que

usamos no dia-a-dia. As fechadu-ras elétricas de prédios e casas, porexemplo, possuem um dispositivodesse tipo. Quando estabelecemos a

corrente, o forte campo que aparecena bobina atrai um pedaço de ferro

e seu movimento abre a porta, con-forme ilustra a figura 3.

Eletroímãs muito poderosos

são utilizados para levantar sucatae chapas de ferro nas indústrias,observe na figura 4.

O eletroímã que montaremos é dospequenos, pois atrai apenas peque-nos objetos como clipes, preguinhos,alfinetes, etc, mas serve para mostrar

como funciona. A corrente elétricaque o alimenta será obtida de umapilha pequena.

Montagem

Na figura 5 temos o aspecto da

montagem da “varinha de pescar ele-tromagnética” e do peixinho de papelou papelão. Devem ser montados

pelo menos uns 20 peixinhos para arealização da competição.

Em um prego de 2 a 3 cm de com-primento enrolamos de 40 a 100 voltas

de fio esmaltado fino. Esse fio poderáser comprado por peso em casasespecializadas, o que seria interes-

sante para o caso de um escola ondemuitos alunos irão fazer a montagem.200 gramas de fio 30 a 32 servempara mais de 50 alunos. Usamos

aproximadamente 5 a 6 metros de fiopara cada eletroímã, conforme mostra

a figura 6.Uma outra possibilidade de se

obter esse fio seria desmontandoum transformador velho e retirandoo fio. Veja que o fio não deverá estar

queimado (escuro), e sim com a cormarrom clara, que indicando que seuisolamento de esmalte ainda está per-

feito.Lembre que um pedaço de pelo

menos 80 cm desse fio deve ser dei-xado para ligação à pilha. A conexão

a pilha deve ser feita pelo professor,uma vez que exige a soldagem. De

1Campo magnético criado por

uma corrente que percorre um

condutor retilíneo

2Campo magnético de um solenóide.

A intensidade é maior no seu interior

3Fechadura; quando a chave é ligada, a

corrente cria um campo na bobina que

atrai o êmbolo liberando a fechadura

4Aplicação prática do eletroímã – um

guindaste que levanta chapas de metal

5A vara pode ser feita com um palito

de churrasco ou qualquer outro

tipo de vareta. O peixinho é feito de

cartolina ou papelão leve

6Detalhes da construção do eletroímã.

Use de 5 a 6 m de fio e raspe as

pontas para soldar



escola e


acordo com a figura 7, colocamosuma pequena pelota de solda emuma das extremidades do fio e naoutra soldamos a pilha.

Para fazer essa soldagem, aponta do fio esmaltado deve ser ras-pada pois, do contrário, a solda não

”pega”.A pilha será presa a uma varinha

de madeira (que pode ser um palitodo tipo usado para fazer churrasco),

utilizando-se fita adesiva. Quando apelotinha de solda da ponta livre dofio é encostada no pólo positivo da

pilha, a corrente circula e o eletroímãatrai objetos de metal nas suas proxi-midades.

Lembre-se de que o consumode energia do eletroímã é elevado.Assim, você só deverá ligá-lo nomomento em que for usá-lo pois, do

contrário, a pilha se esgotará rapida-mente. Faça os testes!

A Competição

A idéia é verificar quem “pesca”mais peixinhos de um recipiente em

que exista uma certa quantidade delese os leva até um outro recipiente numtempo determinado pelo professor.

Outra possibilidade consiste emsimplesmente colocar-se alunos emgrupos junto a um recipiente com

diversos peixinhos e, num intervalode tempo pré-determinado, verificarquem pesca mais.

Pode-se também colocar peixi-

nhos de cartolina de diversas cores,atribuindo-se pontos conforme ascores e, dar como vencedor aqueleque pescar peixinhos com o maior

número de pontos somados.

Lista de materiais

- 5 a 6 metros de fio esmaltado fino

(30 ou 32 AWG)

- 1 pilha pequena

- Solda

- Vara de madeira de 30 a 50 cm

- Fita adesiva

- Cartolina para os peixinhos

- Clipes ou preguinhos para os

peixinhos

7Modo de fazer a conexão à pilha e

de preparar a ponta do fio com uma

bolinha de solda para melhor contato

Mais informações

No portal da Mecatrônica Atual ( www.

mecatronicaatual.com.br ), os leito-

res podem ter acesso a mais fotos da

competição entre os alunos do Colégio

Mater Amabilis de Guarulhos.

f


http://slidepdf.com/reader/full/mecatronica-facil-41 33/37Mecatrônica Fácil nº16 - Maio 2004

e eletrônica


Aplicações básicaspara TRIACs

Newton C. Braga Os TRI ACs , com sua capacidade de con t ro la r co r ren -

t es a l t e rn adas de a l t a i n ten s idade , são cada vez m a is us ados no c on t ro l e de equ i pam en t os que t enham

m o t o res ou c argas a l im en t adas pe la rede de ene rg i a .Eles podem , em m u i t os casos, subs t i t u i r o s re lés

com van t agens , mas é p rec i so saber com o fazer i sso .

Nes te a r t i go m os t ram os algum as ap l i cações bás i - cas dos TRI ACs, inc lu i nd o a de re lé de es tad o só l ido,m u i t o empr egada nas ap l i cações i ndu s t r i a i s .

Os TRIACs são dispositivos semi-

condutores da família dos Tiristores,sendo capazes de conduzir a correntenos dois sentidos.

Com um TRIAC é possível con-trolar correntes alternadas intensas apartir de sinais externos relativamentefracos que podem ser gerados por

sensores, circuitos de todos os tipos

ou chaves de baixa capacidade decorrente.

No entanto, como todo o semi-condutor de ação rápida existemalgumas características que devem

ser consideradas quando se usa umTRIAC numa aplicação e que podemimplicar em diferenças quando com-paramos este tipo de dispositivo a um

relé comum de contatos mecânicosou mesmo a uma chave comutadoramanual.

Neste artigo vamos discutir algu-mas das aplicações do TRIAC e

também analisar estas características

de comutação que o tornam um dis-positivo que necessita de cuidadosespeciais nas aplicações.

O TRIAC

O TRIAC é um dispositivo semi-

condutor de quatro camadas da famí-

lia dos tiristores, tendo a estruturabásica mostrada na figura 1.

Se bem que possamos compará-lo a dois SCRs ligados em paralelo econtrafase com um gate comum, na

prática seu comportamento não equivale a esta configuração.

Polaridade de MT2 Comporta (gate)Quadrante de operação

(modo)

+ + I+

+ - I-

- + III+

- - III-

1Estrutura e símbolo do TRIAC



eletrônica e


Um TRIAC apresenta a curva

característica mostrada na figura 2.Para disparar o TRIAC existem 4

possibilidade ou 4 modos que depen-dem do quadrante em que ele vai fun-

cionar, conforme mostra a tabela:As sensibilidades nos diferentes

modos de operação variam, sendo

os modos I+ e III- aqueles em que seobtém mais sensibilidade.

Nos casos típicos, a correntetípica necessária ao disparo nestes

quadrantes pode ser de 4 a 5 vezesmenor do que aquela exigida para odisparo nos outros quadrantes.

Por este motivo, na maioria dasaplicações práticas, os TRIACs sãousados com circuitos de disparonestes quadrantes.

Vantagens e Desvantagens

Quando usados como relés,os empregados apresentam tantodesvantagens como vantagens

em relação aos relés de contatosmecânicos.

As vantagens:

Não há repique: quando oscontatos de um relé abrem oufecham, eles levam uma fração

de segundo para completar esta

operação, e durante este inter-valo fortes variações da correntepodem ser geradas. Em cargas

fortemente indutivas, estes repi-ques podem causar a geraçãode pulsos de alta tensão, e em

muitos circuitos também sãogeradas interferências eletromag-néticas (EMI), conforme exem-plifica a figura 3. Num TRIAC o

estabelecimento da corrente ousua interrupção ocorrem de formaconstante.

Não há formação de arco: nosrelés de contatos mecânicos quecontrolem cargas fortementeindutivas a abertura do circuito

pode fazer com que tensõesmuito altas sejam geradas provo-cando o aparecimento de faiscas

ou arcos. Estas faiscas ou arcosreduzem a vida útil dos contatoscausando posteriormente falhasde funcionamento. Nos circuitos

com Triac isso não acontece.

Não existem partes móveis: osrelés possuem parte móveis que

a)

b)

c)

estão sujeitas a falhas de funcio-

namento, o que não sucede nocaso dos TRIACs.Maior velocidade: os contatosmecânicos precisam de um tempo

muito maior para abrir ou fechar ocircuito do que os TRIAC. A velo-cidade de operação destes Triacs

é muito maior.Maior rendimento: os relésexigem mais potência aplicadaà bobina do que o TRIAC à com-

porta para comutar uma carga dedeterminada potência. Isso ocorreporque nos relés é preciso haver

uma força mecânica mínima apli-cada aos contatos para mantê-losfirmes, fechados, a qual deter-mina a corrente de disparo. No

TRIAC a potência necessária aodisparo é menor.

Desvantagens:

Maior sensibilidade a sobre-carga: os TRIACs são mais sen-

síveis a uma sobrecarga do queos relés. Eles podem queimar-secom muito mais facilidade.

Sensível a curto-circuito: os

TRIACs são danificados commuito mais facilidade do que osrelés se ocorrer um curto-circuito

no circuito da carga que está

sendo controlada.Disparo por transientes: osTRIACs são muito mais sensí-

veis a transientes no circuito dedisparo que pode levar a um falsodisparo. Os relés, por exigirem

mais potência e por serem forte-mente indutivos são menos sen-síveis a estes transientes.

Queda de tensão maior: nos

relés a queda de tensão nos con-tatos é praticamente nula e por-tanto quase nenhuma potência

é dissipada. Nos TRIACs existeuma queda de tensão da ordemde 2 V no disparo que faz comque tanto potência seja dissipada

na forma de calor que tambémuma certa perda seja introduzidano circuito.

Falha de comutação: os TRIACspodem falhar ao ligar ou desligarsob determinadas condições oque é mais difícil de acontecer

com os relés.

Necessidade de dissipador decalor: pela queda de tensão que

d)

e)

a)

b)

c)

d)

e)

f)

Os TRIACs são dispositivos semicon-

dutores de potência que controlam

a corrente nos dois sentidos. Num

triac temos 3 terminais denomina-

dos MT1, MT2 e G (terminal prin-

cipal 1, terminal principal 2 e gate),

conforme mostra a figura A.

O terminal MT2 normalmente é liga-

do à carga, o MT1 à terra e o sinalde controle a comporta. Tipos com

correntes de alguns amperes a mais

de 100 amperes são comuns. Uma

das séries mais usadas em aplicações

gerais é a TIC, que começa com o

TIC206 para 2 amperes e vai até o

TIC263 para 25 ampères.

2Curva caracteristica de um TRIAC

3Repique devido a carga indutiva

ocorre na condução, os TRIACsprecisam ser montados em dis-sipadores de calor cujas dimen-

sões dependem da potência dacarga controlada.



e eletrônica


Isolamento: não há isolamento

elétrico entre o circuito de disparoe o circuito controlado. Para queeste isolamento seja obtido, épreciso usar circuitos adicionais

tais como transformadores dedisparo, opto-acopladores, etc.

Aplicações

Na aplicação, típica o TRIAC tema carga ligada em série com o termi-

nal MT2

enquanto que o sinal de dis-paro é aplicado entre a comporta e oterminal MT

1que está aterrado, veja

na figura 4.O sinal para o disparo pode ser

retirado antes ou depois da carga,conforme mostra a figura 5.

Com este procedimento temos aoperação nos quadrantes I+ ou III+ em

que se obtém maior sensibilidade. Interruptor de Potência

Uma primeira aplicação práticapara um TRIAC como os da série TICé apresentada na figura 6.

Neste circuito a corrente de dis-

paro é limitada pelo interruptor (S1)

ficando em algumas dezenas demiliampères.

Podemos colocar em lugar do

interruptor um reed-switch, um reed-relay ou outro sensor mecânico debaixa corrente.

O TRIAC deve ser dotado deradiador de calor compatível com apotência da carga que deve ser con-

trolada. Interruptor de meia onda

Na figura 7 temos uma aplicaçãointeressante em que o pulso de dis-

g)

a)

b)

paro é aplicado em somente metade

dos semiciclos da tensão alternadada rede de energia.

Com isso, temos a aplicação demetade da potência na carga a se

controlada. Podemos usar esta configuração para ter duas potência numchuveiro, num elemento de aqueci

mento ou numa lâmpada incandescente.

Outra aplicação é como controlede duas velocidades para um moto

universal.

Chave remota isolada

Uma aplicação muito interessantepara TRIACs e com utilidade naindústria é o interruptor remoto seguro

usando um TRIAC, que é mostradona figura 8.

Neste circuito, ajusta-se o trimpopara que a tensão aplicada a comporta do TRIAC fique no limiar do disparo quando o interruptor remoto está

aberto.Quando o interruptor é fechado ele

põe em curto o enrolamento de baixatensão do transformador levando-o

a se refletir no enrolamento primáriocomo uma queda de impedância. Issofaz com que a tensão na comporta

do TRIAC suba e ele dispare alimen

tando a carga.Vantagens importantes podem se

citadas para este circuito:

A corrente no interruptor de con-trole é muito baixa assim como atensão.

O circuito do interruptor é totalmente isolado do circuito de cargapelo transformador.O interruptor pode ser colocado

em lugar remoto conectado pofios comuns de baixa corrente.

c)

•

•

•

4Aplicação típica de um TRIAC

5Com o sinal de disparo antes ou após

a carga

6

Aplicação prática com TRIAC série TIC

7 Pulso de disparo em metade dossemiciclos de tensão CA

8 Chave remota isolada



eletrônica e


Usando Optoacoplador

Os acopladores ópticos oferecemuma opção importante para os pro-

jetos que envolvem o uso de triacs

como relés de estado sólido.Com o emprego destes acoplado-

res adicionamos o isolamento entre o

circuito de controle e o circuito con-trolado que é uma das desvantagensdo uso do TRIAC sozinho, em rela-ção aos relés comuns, conforme já

vimos.Para este tipo de aplicação exis-

tem acopladores ópticos que utlizam

como elementos sensíveis opto-diacs, ou seja, diacs sensíveis à luz,como no caso do MOC3010 (110 V) eMOC3020 (220 V).

Conforme revela a figura 9, estesdispositivos, têm características de

disparo que os tornam ideais paralevar os TRIACs à condução rapida-mente, aumentando assim sua efici-ência.

Para as aplicações práticas, exis-tem duas famílias de optodiacs daMotorola que são extremamenteimportantes para os projetistas.

A primeira é a do MOC3010 paraa rede de 110 V a qual pode controlardiretamente TRIACs da série TIC de

até 32 ampères ou mesmo mais, con-

forme mostra a figura 10 .Para a rede de 220 V, controlando

os mesmos TRIACs mas com tensões

maiores, temos a série MOC3020 queé exibida na figura 11.

O disparo é obtido quando uma

corrente de 8 mA no MOC3010 (ou 15mA no MOC3020) circula pelo diodoemissor de infravermelho (LED) doacoplador.

Nas mesmas famílias lá acoplado-res mais sensíveis como o MOC3012

d) para 110 V que precisa de apenas 3

mA no LED e o MOC3023 que precisade 5 mA nos circuitos de 220 V.

Estas características permitemque estes acopladores sejam dispara-

dos diretamente pela saída de circui-tos lógicos digitais das famílias TTL eCMOS sem a necessidade de etapas

de amplificação de corrente.

EMI

A comutação rápida dos TRIACspassando da condução para a nãocondução em tempos extremamente

curtos faz com que interferênciaeletromagnética (EMI) seja geradapodendo afetar equipamentos de tele-comunicações, rádios, televisores, etc

nas proximidades.Normalmente, os sinais gerados

pelos circuitos com TRIACs possuemum espectro de interferência que temas características mostradas na figura

12, com a intensidade irradiada dimi-

nuindo muito acima dos 30 MHz.Para amortecer os pulsos de

altas frequências que são geradospelos TRIACs existem diversas téc-

nicas que podem ser adotadas parase evitar problemas com este tipo decomponente.

Sufxos

Para os triacs da série TIC os sufixos

na forma de letras indicam a tensão

de pico de trabalho conforme indica a

seguinte tabela:

SufixoTensão de

Trabalho

Y 30 V

F 50 V

A 100 V

B 200 V

C 300 V

D 400 V

E 500 V

M 600 V

9Opto-diac para uso nodisparo de TRIAC

10 Opto-disc MOC 3010 para a rede de 220V

11

Opto-disc MOC 3020 para a rede de 220V

12Intensidade irradiada X freqüencia



e eletrônica


Na figura 13 temos um primeiro

circuito de filtro bastante comumem eletrodomésticos que evita que

a interferência gerada se propaguepela linha de alimentação chegandoa outros equipamentos ligados àmesma rede ou mesmo evitando que

esta linha funcione como antena irra-

diando os sinais.As bobinas normalmente são for-

madas por algumas espiras de fio deespessura compatível com a correntedo equipamento num núcleo de ferriteque pode ser (ou não) toroidal.

Os núcleos toroidais, em especial,são muito mais eficientes neste tipode aplicação.

Os capacitores usados são depoliéster, com tensão de trabalho depelo menos 200 V na rede de 110 V epelo menos 400 V na rede de 220 V.

A ligação à terra para oferecer umpercurso aos sinais de alta freqüênciaé muito importante para aumentar a

eficiência do filtro.Veja que sem o terra, os capacito-

res poem em curto os sinais enquantoque com o terra o sinal é desviado

para a terra, conforme ilustra a figura

14.Um outro tipo de filtro é visto na

figura 15 que é formado por uma redeRLC em série-paralelo com o TRIAC.

Este circuito amortece os pulsosgerados na comutação do Triac evi-

tando que eles gerem sinais irradia-

dos ou que se propaguem pela redede alimentação até outros equipa-

mentos.A bobina é formada por 70 espiras

de fio esmaltado num bastão de fer-rite. O fio usado deve estar de acordo

com a intensidade de corrente no cir-cuito.

Este tipo de filtro é recomendado

para cargas inferiores a 1 kW.

Conclusão

O uso de TRIACs oferece soluçõesimportantes para projetos de eletro-

domésticos e aplicações industriais.

Porém, devemos estar atentos paraas deformações que a presença de

um dispositivo deste tipo pode causarna forma de onda da energia forne-

13Circuito de filtros usado em eletro-

domésticos

cida a outros equipamentos de uma

instalação e que podem trazer problemas como os que abordamos quando

tratamos disso no artigo “True RMS”.Isso significa que todos os proje

tistas que pretendam usar TRIACsno controle de potências elevadas

devem estar atentos aos picos e transientes que eles podem gerar e tomaas devidas precauções para que não

venham a influenciar no funcionamento de outros equipamentos.

O próprio emprego do TRIACtambém implica em se obervar até

que ponto a maneira como ele controla uma carga é eficiente.

Com as indicações que demos

neste artigo o leitor já tem uma idéiado que deve observar e, se for necessário, procurar literatura adicional.

14Ligação do filtro antes da carga com

TRIAC

15Filtro RLC em série-paralelo com o

TRIAC

TRIAC - SCR

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