DEVELOPMENT OF A DIDACTIC DRIVER FOR DC MOTOR CONTROL WITH SPEED REGULATION, DIRECTION REVERSAL, AND CURRENT MONITORING
REGISTRO DOI: 10.69849/revistaft/fa10202511292023
César Augusto Victor1
Aline Maria Sousa de Sena2
José Aglailson Silva de Olivindo3
RESUMO
Este projeto propõe o desenvolvimento de uma metodologia para o dimensionamento e a construção de um sistema de controle e potência destinado ao acionamento de um motor CC. O sistema de controle foi implementado com o microcontrolador Atmega328P, responsável pela execução do algoritmo de comando. A etapa de potência foi composta pelos drivers IR2110, transistores MOSFET e circuitos de proteção, configurados na forma de uma ponte H. O drive desenvolvido incorpora as principais funcionalidades de um sistema de controle de motor CC, como a regulagem de velocidade por modulação por largura de pulso, frenagem resistiva e inversão do sentido de rotação do motor. Além disso, foi integrado um sensor de corrente, utilizado para monitorar o consumo do motor e acionar a frenagem automática em casos de sobrecorrente ou surtos, funcionando como um mecanismo de proteção do sistema.
Palavras-chave: Motor CC. Ponte H. IR2110. ATmega328P. Sensor de corrente.
1 INTRODUÇÃO
As novas Diretrizes Curriculares Nacionais (DCNs) para os cursos de engenharia, publicadas em 2019 pelo Conselho Nacional de Educação, reforçam a obrigatoriedade de atividades laboratoriais durante a formação acadêmica, de modo a aproximar o estudante do ambiente profissional e desenvolver competências técnicas e multidisciplinares (BRASIL, 2019). Essa exigência estimula as instituições de ensino a modernizar suas metodologias e infraestrutura, integrando práticas experimentais ao processo de aprendizagem.
O uso de bancadas didáticas e módulos educacionais tem se mostrado uma alternativa eficaz para atender às exigências das DCNs, pois permite que os alunos experimentem situações reais de engenharia em ambiente acadêmico. Segundo Nunes et al. (2023), plataformas didáticas interativas contribuem para o desenvolvimento de habilidades práticas em diferentes áreas, como eletrônica e programação. De forma complementar, Nunes et al. (2023) destacam que módulos voltados ao acionamento local e remoto de motores proporcionam experiências que simulam condições industriais, favorecendo a aprendizagem aplicada e interdisciplinar.
Com base nesse contexto, o presente trabalho apresenta o desenvolvimento de um drive de acionamento para motor CC, com controle de velocidade, inversão de sentido de giro e monitoramento de corrente. O sistema proposto tem aplicação didática em atividades laboratoriais, contribuindo para o aprimoramento das práticas experimentais e para a formação de engenheiros mais capacitados a lidar com sistemas de automação e controle. A Figura 1 apresenta o diagrama em blocos do sistema, destacando a interação entre o microcontrolador, o driver IR2110 e a ponte H. O esquema também evidencia o caminho de realimentação realizado pelo sensor de corrente. Esse diagrama fornece uma visão geral da arquitetura do projeto e da função de cada módulo.
Figura 1.0 – Diagrama do Sistema
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Fundamentos de controle de motores CC
Segundo Fitzgerald et al. (2013), as máquinas de corrente contínua possuem grande versatilidade, pois diferentes formas de excitação permitem ajustar suas características de tensão, corrente, velocidade e torque conforme a aplicação. Assim, motores CC são amplamente utilizados em sistemas que exigem variação de velocidade, controle preciso de torque e resposta rápida, como em automação, robótica e instrumentação.
2.1.1 Construção interna do motor CC
O funcionamento interno de um motor de corrente contínua baseia-se na interação entre a corrente elétrica aplicada à armadura e o campo magnético estabelecido no estator. Conforme descrito por Fitzgerald et al. (2013), sua estrutura é formada essencialmente pelo estator, pelo rotor e pelo conjunto de escovas e comutadores.
Segundo Kosow (2008), o rotor de um motor de corrente contínua é composto pelo eixo, pelo núcleo laminado, pelos enrolamentos da armadura e pelo comutador. O eixo transmite a rotação ao conjunto, enquanto o núcleo, formado por lâminas de aço, reduz perdas magnéticas e abriga as ranhuras onde são colocadas as bobinas da armadura. Essas bobinas são ligadas aos segmentos de cobre do comutador, que realizam o chaveamento necessário para a comutação durante a rotação.
Na figura 2 é visualizado que o sistema é formado por escovas e o comutador que exerce a função de conduzir corrente às bobinas da armadura e realizar a inversão periódica de sua polaridade durante o movimento. Essa comutação, como ressaltado por Fitzgerald et al. (2013), garante a continuidade do torque no mesmo sentido e possibilita a alteração do sentido de giro quando se modifica a polaridade de alimentação aplicada ao motor.
Figura 2 – Partes construtivas do motor.
2.1.2 Princípio de funcionamento
O motor de corrente contínua opera a partir da interação entre o campo magnético criado no estator e a corrente que circula pelas bobinas do rotor. Conforme explicado por Fitzgerald et al. (2013), quando uma tensão é aplicada à armadura, forma-se um fluxo magnético no estator que interage com o campo induzido no rotor, resultando em um torque capaz de colocar o eixo em rotação.
Durante a rotação, a armadura passa a induzir uma força contraeletromotriz proporcional ao fluxo magnético e à velocidade. Essa tensão induzida se opõe à tensão aplicada, reduzindo a corrente de armadura e contribuindo para a estabilização da velocidade. A comutação mecânica, realizada pelo conjunto de escovas e comutador, mantém o torque orientado no mesmo sentido a cada ciclo, assegurando uma rotação contínua e uniforme enquanto o motor permanece energizado (FITZGERALD et al., 2013). A Figura 3 ilustra esse princípio de funcionamento, evidenciando o fluxo de corrente e a geração do torque no motor CC.
Figura 3 – Princípio de funcionamento do motor CC.
2.1.3 Controle de velocidade
O controle de velocidade em motores CC pode ser realizado pela regulação da tensão de armadura ou pela variação do fluxo de campo. A força contraeletromotriz é dada por:
E = K * ɸ * Ꙍ
Como E varia com Ꙍ e ɸ, derivam-se as relações usuais que evidenciam a dependência da velocidade com a tensão na armadura, a queda resistiva em RaIa e o fluxo. Em síntese, a velocidade é diretamente proporcional à tensão de armadura e inversamente proporcional ao fluxo.
Na prática, até a velocidade nominal emprega-se variação de tensão na armadura. Acima da nominal, admite-se enfraquecimento de campo mantendo-se a tensão de armadura. Não se deve reduzir ɸ a zero, pois a velocidade tenderia ao infinito, colocando o sistema em condição insegura.
2.2 Driver IR2110
O IR2110 é um circuito integrado driver amplamente utilizado para o acionamento de transistores MOSFET ou IGBT em aplicações de controle e potência, como conversores CCCC, inversores e sistemas de acionamento de motores elétricos. O componente possui entradas de comando independentes (HIN e LIN) e saídas de controle (HO e LO), que permitem a comutação independente e precisa das chaves de cada braço da ponte.
Além disso, o IR2110 foi projetado para suportar tensões de operação de até aproximadamente 600 V e correntes de até 110 A, características que o tornam adequado para aplicações que exigem alta velocidade de chaveamento e robustez na condução.
A Figura 4 apresenta uma conexão típica do IR2110 em um circuito meia-ponte, composta pelo capacitor de bootstrap, diodo de carga e os MOSFETS Q1 e Q2, que formam o estágio de potência. Essa mesma topologia é replicada em duas unidades do IR2110 para compor o circuito completo de ponte H utilizado no projeto.
Figura 4 – Conexão típica do IR2110.
2.2.1 Circuito de bootstrap
O circuito de bootstrap é responsável por permitir o acionamento da chave superior do circuito de comutação controlado pelo IR2110. Ele utiliza um capacitor de bootstrap, um diodo e uma resistência em série, formando um circuito de carga e descarga que eleva a tensão aplicada ao gate do MOSFET superior, garantindo a sua saturação.
Na Figura 5, observa-se o momento em que o MOSFET inferior (Q2) está ligado e o superior (Q1) está desligado. Nessa condição, o ponto HS é conectado ao GND, permitindo que o capacitor de bootstrap seja carregado por meio do diodo. Durante esse processo, o capacitor armazena carga suficiente para ser utilizada na próxima comutação.
Figura 5 – Carregamento do capacitor de bootstrap.
Na sequência, conforme mostrado na Figura 6, o MOSFET superior (Q1) é acionado, e o inferior (Q2) é desligado. O nó HS eleva-se à tensão do barramento positivo, e o capacitor de bootstrap, agora carregado, fornece a tensão adicional ao gate de (Q1) por meio do terminal HB do IR2110. Esse processo assegura que a diferença de potencial entre HO e HS seja suficiente para manter o transistor completamente conduzindo, garantindo comutação eficiente e segura.
Figura 6 – Descarga do capacitor de bootstrap durante o acionamento da chave (Q1)
De maneira simplificada, o capacitor atua como uma pequena fonte de tensão flutuante sincronizada com a comutação. Quando o transistor inferior conduz, ele se recarrega, quando o superior é ligado, ele descarrega no gate. O dimensionamento do capacitor de bootstrap deve ser cuidadosamente realizado para garantir estabilidade e evitar falhas de comutação. O valor mínimo pode ser estimado por:
Onde:
Onde:
Qg = Gate charge (Datasheet)
Vq1g = VDD – VbootDiode
IHBS = HB para VSS (Datasheet)
IHB = Corrente HB (Datasheet)
Dmax = Duty máximo
∆Vhb = VDD – VDH – VHBL
VDD = Tensão do gate
Esses parâmetros asseguram que o capacitor mantenha a tensão necessária no gate do MOSFET durante toda a operação, prevenindo falhas de condução parcial ou atraso de chaveamento.
2.2.2 Desativação do IR2110 pelo pino SD
O pino SD (Shutdown) do IR2110 é utilizado para desabilitar simultaneamente as saídas de comando HO e LO, garantindo segurança durante condições de falha ou parada controlada. Conforme ilustrado na Figura 7, quando o sinal do pino SD está em nível lógico baixo, o driver opera normalmente, propagando os sinais das entradas HIN e LIN para as saídas HO e LO. Já quando o pino SD é colocado em nível lógico alto, ambas as saídas são imediatamente bloqueadas, interrompendo o acionamento dos transistores de potência.
Figura 7 – Diagrama de tempo dos sinais HIN, LIN, SD, HO e LO.
Fonte: INFINEON TECHNOLOGIES, 2019.
No projeto desenvolvido, esse pino foi empregado como mecanismo de proteção e parada de emergência. O microcontrolador ATmega328P monitora a corrente do motor por meio do sensor ACS712 e ao detectar uma sobrecorrente, o sistema coloca em HIGH o sinal de SD, interrompendo instantaneamente o acionamento das chaves e ativando o circuito de frenagem resistiva, evitando danos ao motor e ao driver.
2.3 Ponte H
A ponte H é uma topologia clássica de acionamento utilizada em motores de corrente contínua. Seu objetivo principal é permitir que o motor receba tensão direta ou invertida em seus terminais, possibilitando o controle completo do movimento: giro horário, giro antihorário, frenagem e parada. Por isso, ela é amplamente empregada em robótica, automação industrial, drivers de motores e sistemas embarcados que exigem reversão de rotação.
No projeto desenvolvido, a ponte H utiliza quatro transistores MOSFET, que atuam como interruptores eletrônicos de alta velocidade. A cada combinação de chaves acionadas, diferentes tensões são aplicadas aos terminais do motor, permitindo controlar não apenas o sentido de rotação, mas também o torque e os modos de frenagem.
Na Figura 8, item (a), nenhuma chave é acionada, deixando os terminais do motor desconectados da alimentação e sem diferença de potencial entre eles, o que mantém o motor completamente parado e desenergizado. No item (b), as chaves SW1 e SW4 são acionadas, conectando um terminal ao +V e o outro ao GND, estabelecendo uma polaridade direta nos terminais, nessa condição, a corrente flui de SW1 e SW4 para o motor, fazendo o motor girar no sentido horário. Já no item (c), as chaves SW2 e SW3 são acionadas, invertendo a polaridade aplicada ao motor e fazendo a corrente circular no sentido SW3 para SW2, o que resulta em rotação no sentido anti-horário.
Figura 8 – Configurações da Ponte H
É fundamental que nunca se permita a condução simultânea de duas chaves do mesmo braço, por exemplo, SW1 e SW2 ou SW3 e SW4, pois isso provocaria um curto-circuito direto no barramento, podendo danificar os MOSFETS e o driver. Para evitar essa condição perigosa, o firmware implementa um sistema de intertravamento temporal, e o pino SD do driver IR2110 é utilizado como mecanismo adicional de proteção, realizando o desligamento imediato do circuito em caso de falhas.
2.4 Display OLED SSD1306
O SSD1306 128×64, como mostrado na Figura 9, é um display OLED matricial que utiliza comunicação I2C. Ele é ligado ao microcontrolador ATmega328P por meio dos pinos A4 (SDA) e A5 (SCL). Em comparação aos LCDs paralelos, o uso do protocolo I2C reduz a quantidade de pinos necessários na PCI, tornando o layout mais simples e compacto. O display é responsável por apresentar informações como velocidade, corrente, sentido de giro e mensagens de falha ou proteção.
Figura 9 – Módulo display OLED SSD1306
2.5 Microcontrolador ATmega328P
O ATmega328P como mostrado na figura 10 é um microcontrolador AVR de 8 bits que conta com 32kB de memória Flash, 2kB de SRAM e 1kB de EEPROM, além de periféricos integrados como conversor A/D, temporizadores e seis canais PWM. Também possui interfaces seriais que auxiliam na comunicação com outros dispositivos. No projeto, sua pinagem é utilizada para fornecer sinais PWM aos drivers IR2110, ler entradas digitais provenientes de botões com pull-up interno e adquirir sinais analógicos do sensor de corrente.
Figura 10 – ATmega328P
Fonte: MICROCHIP TECHNOLOGY.
2.5.1 Técnica PWM
Motores de corrente contínua podem ser controlados por sinais elétricos gerados por processadores ou circuitos digitais, que ajustam a tensão aplicada aos seus terminais. A técnica de Modulação por Largura de Pulso (PWM – Pulse Width Modulation) é amplamente utilizada para variação de velocidade, pois permite modificar a quantidade de potência entregue ao motor por meio do controle da duração dos pulsos aplicados. Como descreve Silva (2019), o chaveamento rápido entre os estados de condução e desligamento, realizado normalmente por um transistor, determina a potência média disponibilizada à carga.
A razão cíclica (duty cycle) representa a relação entre o tempo em que o sinal permanece em nível alto e o período total do PWM, sendo fundamental para definir a tensão média aplicada ao motor:
Onde:
D = Razão cíclica
Ton = Largura do pulso
T = Período
A partir desse ciclo ativo, obtém-se a tensão média efetivamente aplicada ao motor:
Onde:
Vm = Tensão Média
VCC = Tensão aplicada
D = Razão cíclica
3 PROCEDIMENTOS EXPERIMENTAIS
Nesta etapa serão apresentados todos os procedimentos utilizados no dimensionamento, simulação e posterior construção da placa de controle do drive de acionamento. A placa de potência não foi produzida por decisão do professor da disciplina; portanto, serão detalhados apenas os procedimentos referentes ao circuito de controle, enquanto o circuito de potência será mostrado somente por meio de simulações e do modelo 3D.
Todos os arquivos utilizados no desenvolvimento, incluindo códigos-fonte, esquemáticos, simulações e modelos foram organizados e disponibilizados por César Augusto em um repositório público no Zenodo, sob o título Acionamento de um motor CC com IR2110, devidamente citado na seção de Referências, a fim de garantir a reprodutibilidade do projeto.
3.1 Fluxo de projeto, simulação e prototipagem
3.1.1 Circuito de controle, dimensionamento, simulação e PCI
Inicialmente, desenvolveu-se o programa responsável pelas funções de controle do sistema, incluindo ajuste de velocidade, alteração do sentido de giro, frenagem do motor e exibição de informações no display SSD1306. O código foi desenvolvido paralelamente à simulação no Proteus, sendo implementado gradualmente, etapa por etapa, até que todas as funções do sistema estivessem finalizadas. Para a mudança de sentido de rotação, adotou-se um botão dedicado, junto a um sistema de intertravamento que impede a ativação simultânea dos dois sentidos, evitando curto-circuitos na ponte H.
A lógica de funcionamento do sistema de controle pode ser sintetizada no fluxograma apresentado na Figura 11, que descreve as etapas de leitura de entradas, processamento e acionamento do motor.
Figura 11 – Fluxograma do sistema de controle do drive de motor CC
Para o controle PWM, optou-se pelo ajuste digital via botões em vez do uso de um potenciômetro, visando manter uma melhor organização da placa. A cada acionamento, o duty cycle varia em incrementos de 10%. Todos os botões utilizam o pull-up interno do microcontrolador, permanecendo em nível lógico alto e enviando nível baixo somente quando pressionados.
Implementou-se também um sistema de proteção contra sobrecorrente, utilizando um sensor instalado nos terminais do motor. Caso a corrente ultrapasse o limite definido, o firmware desliga o estágio de potência para preservar os componentes do circuito e o próprio motor.
A simulação do circuito foi realizada no software Proteus 8.13, permitindo validar o acionamento do motor, a lógica de controle e toda a interação com os botões. A Figura 12 apresenta o diagrama completo das simulações da parte de controle e da parte de potência.
Figura 12 – Simulação no Software Proteus
Para a elaboração do circuito da placa de controle utilizou-se o software KiCad, uma ferramenta open source amplamente empregada por empresas e profissionais no desenvolvimento de PCI’s. Na figura a seguir, apresenta-se o esquemático completo da placa de controle projetado no KiCad.
Figura 13 – Esquemático da placa de controle no software KiCad
a) Regulador de tensão, display SSD1306 e pinos de entrada e saída da placa
b) Microcontrolador Atmega328P com cristal de oscilação e botão de reset
c) Botões de controle do menu
Na figura 14, é possível visualizar a PCI com todos os componentes posicionados em seus respectivos locais. O processo de definição do layout exigiu diversos testes para determinar a melhor disposição dos componentes, buscando tanto uma boa estética quanto uma organização eficiente das trilhas do circuito.
Figura 14 – Desenho da PCI da placa de controle
O software KiCad também disponibiliza a visualização em 3D da placa, recurso importante para avaliar o espaço físico e verificar o posicionamento dos componentes. A Figura 15 apresenta a PCI renderizada em 3D.
Figura 15 – Placa de controle em 3D
Após a conclusão das simulações e do desenho do circuito, iniciou-se o processo de confecção da placa. Utilizou-se o método tradicional de fabricação de circuito impresso. A figura a seguir mostra a placa finalizada e já alimentada.
Figura 16 – Placa física montada
3.1.2 Dimensionamento, simulação e confecção do circuito de potência
A etapa de potência exige maior cuidado, principalmente no dimensionamento dos componentes. Por isso, inicialmente foram realizadas simulações para verificar se o comportamento do circuito estava de acordo com o esperado. A primeira simulação envolveu apenas a ponte H e os drivers IR2110. Após validar o funcionamento, foram adicionados outros módulos, como o circuito de frenagem do motor, que utiliza um relé com um resistor ligado aos seus contatos. Quando a bobina do relé é acionada, a energia armazenada no motor é dissipada no resistor, conforme ilustrado na Figura 17.
Figura 17 – Simulação de potência no software Proteus 8.13
Com a simulação validada, iniciou-se a elaboração da placa no software KiCad.
Conforme planejado, a placa de potência foi projetada para conter os drivers IR2110, a ponte H e os elementos associados a ela. Os demais circuitos permanecem na placa de controle. A Figura 18 apresenta o esquemático desenvolvido.
Figura 18 – Esquemático de potência no software KiCad
A) Circuito de potência – Ponte H, IR2110, sensor ACS712 e circuito de bootstrap
B) Circuito de frenagem do motor e regulador LM7812
C) Pinos de entrada, saída e jumpers
Para facilitar a integração entre a placa de controle e a placa de potência, foram incluídos alguns jumpers, como mostrado na Figura 19. O JUMPER1 e o JUMPER2 permitem unir ou separar os sinais HIN e LIN, possibilitando controle individual ou sincronizado dos drivers. Já os JUMPER3 e JUMPER4, presentes na Figura 19 (item B), permitem selecionar se a entrada VIN+12V1 receberá diretamente 12 V ou se utilizará o regulador LM7812, permitindo tensões de entrada entre 14 V e 27 V. A Figura 17 apresenta o desenho da PCI da placa de potência, elaborado de forma a se aproximar ao máximo do circuito esquemático e proporcionar um layout limpo e organizado.
Figura 19 – Desenho da PCI da placa de potência
Na Figura 20 é possível observar a visualização em 3D da placa, com todos os componentes posicionados, permitindo avaliar o espaçamento e a organização do layout.
Figura 20 – Placa de potência em 3D
Após os testes de integração entre a placa de controle e a placa de potência, verificou-se que apenas um dos braços da ponte H estava funcionando, resultando em rotação em apenas um sentido. A análise identificou que o PWM destinado a um dos IR2110 não apresentava forma de onda adequada. Para corrigir o problema, foram realizadas alterações na parte inferior da placa, conectando os JUMPER1 e JUMPER2 aos pinos de PWM de ambos os drivers IR2110. Dessa forma, o mesmo sinal PWM passou a ser enviado simultaneamente aos dois drivers. A Figura 19 mostra a placa de potência finalizada e com todos os componentes devidamente soldados.
Figura 21 – Placa de potência montada
3.2 Lista de Componentes
As Tabelas 1 e 2 apresentam a relação completa dos componentes utilizados na placa de controle e de potência, incluindo quantidade, especificações e valores individuais. Esses componentes englobam dispositivos eletrônicos essenciais para o funcionamento do sistema, como resistores, capacitores, circuitos integrados, sensores, conectores e elementos de interface. A seleção dos itens foi realizada com base nos requisitos de desempenho, disponibilidade e compatibilidade com o projeto. O custo total dos materiais adquiridos para a placa de controle foi de R$ 345,48.
Tabela 1: Lista de componentes – Placa de Controle
| Componentes | Quantidade | Valor |
| Atmega328P | 1 | R$ 32,00 |
| Botão 6mm | 6 | R$ 9,00 |
| Barra de pino macho | 1 | R$ 7,00 |
| Barra de pino fêmea | 1 | R$ 8,00 |
| Diodo 1N4007 | 1 | R$ 0,50 |
| LM7805 | 1 | R$ 4,00 |
| Display OLED SSD1306 | 1 | R$ 33,00 |
| Cristal 16MHz | 2 | R$ 1,50 |
| Capacitor 22Pf | 2 | R$ 7,50 |
| Capacitor 470uF | 1 | R$ 3,98 |
| Capacitor 100nF | 3 | R$ 7,50 |
| Capacitor 100uF | 2 | R$ 4,25 |
| Resistor 220Ω | 1 | R$ 0,50 |
| Resistor 10KΩ | 1 | R$ 0,50 |
| Placa de Fenolite | 1 | R$ 25,00 |
| Total: | R$ 172,48 |
Tabela 2: Lista de componentes – Placa de Potência
| Componentes | Quantidade | Valor |
| CI IR2110 | 2 | R$ 30,00 |
| Soquete de 14 pinos | 2 | R$ 9,00 |
| LM7812 | 1 | R$ 2,00 |
| Sensor de corrente | 1 | R$ 30,00 |
| Resistor 10 ohms | 4 | R$ 1,00 |
| Resistor 4.7K ohms | 1 | R$ 0,50 |
| Capacitor 100nF | 4 | R$ 2,00 |
| Capacitor 22uF | 4 | R$ 2,00 |
| Conector borne | 3 | R$ 1,50 |
| Relé | 1 | R$ 5,00 |
| Resistor de 2W | 2 | R$ 0,50 |
| UF4007 | 8 | R$ 0,50 |
| 1N4004 | 2 | R$ 0,50 |
| Capacitor 0.1uF | 1 | R$ 1,50 |
| Capacitor 0.33uF | 1 | R$ 2,00 |
| Capacitor 1000uF | 1 | R$ 2,50 |
| BC547 | 1 | R$ 3,00 |
| Barra de pino fêmea | 1 | R$ 5,00 |
| Placa de fenolite | 1 | R$ 25 |
| Total: | R$ 173,00 | |
4 RESULTADOS
O desenvolvimento do projeto apresentou um bom desempenho em grande parte das etapas, embora tenham surgido desafios desde o início da construção da placa até sua finalização. A placa de controle funcionou conforme especificado pelo código gravado no microcontrolador ATmega328P, demonstrando plena capacidade de acionar o motor, realizar a comutação do sentido de rotação, aplicar frenagem e transmitir informações ao display.
A placa de controle foi finalizada com dimensões de 12 cm × 6 cm, mantendo um formato compacto apesar da quantidade de recursos integrados. Foram realizados testes com o osciloscópio para verificar o envio dos sinais PWM aos dois drivers IR2110 direito e esquerdo garantindo que ambos respondiam adequadamente às solicitações do programa.
Na Figura 22 é possível observar dois sinais distintos (amarelo e azul). De acordo com o fluxograma do projeto, quando selecionada a rotação no sentido horário, apenas um dos IR2110 recebe o sinal PWM, mantendo o outro desligado. O comportamento se inverte quando a rotação é configurada para o sentido anti-horário. Essa lógica é claramente perceptível nos sinais capturados: sempre que o canal amarelo apresenta PWM, o azul permanece desligado, e vice-versa.
Figura 22 – Imagem do osciloscópio
Os testes iniciais foram realizados com frequência de 488 Hz apenas para validação do circuito na simulação. Essa frequência foi utilizada porque valores muito altos tornam a simulação no Proteus mais lenta e pesada, dificultando a visualização e o funcionamento adequado do modelo. Após a confirmação de que toda a lógica do sistema estava correta, a frequência do PWM foi ajustada para 7,8 kHz, valor mais adequado para acionamento de motores. Frequências mais altas reduzem ruídos audíveis, proporcionam um controle mais suave da velocidade e melhoram a resposta dinâmica do motor, atendendo às exigências práticas do sistema.
Após a conclusão das placas e validação do sistema, foi confeccionada uma base em MDF personalizada como mostra a figura 23, com dimensões adequadas para fixação do motor e das placas. A base recebeu também elementos gráficos, como o símbolo do IF, nome do aluno, do professor e da disciplina, oferecendo acabamento mais profissional ao projeto.
Figura 23 – Projeto finalizado
5 CONCLUSÃO
A construção deste relatório e do sistema de acionamento demonstrou-se um processo complexo e enriquecedor. O desenvolvimento de uma solução completa de controle para motor CC envolve desde a compreensão de seu funcionamento eletromecânico, passando pelo estudo da ponte H, dos circuitos de bootstrap, do driver IR2110, da geração de PWM e da implementação de proteções, até a confecção de placas e integração entre hardware e software. Cada uma dessas exige atenção, conhecimento técnico e capacidade de resolver problemas práticos.
Esse tipo de atividade evidencia a importância das práticas experimentais para a formação do engenheiro. As Diretrizes Curriculares Nacionais de 2019 reforçam que a formação em engenharia deve integrar teoria e prática, proporcionando ao estudante experiências que o aproximem da realidade profissional. Este projeto, portanto, contribuiu diretamente para o desenvolvimento de competências essenciais, como análise crítica, resolução de problemas, trabalho com sistemas embarcados e implementação de circuitos de potência e controle.
Além dos conhecimentos adquiridos, o processo trouxe maturidade no manuseio de ferramentas de simulação, softwares de CAD eletrônico, linguagem de programação embarcada e técnicas de fabricação de PCI. A execução prática permitiu validar conceitos estudados em sala, proporcionando uma compreensão mais sólida do acionamento de motores e de toda a cadeia de controle envolvida.
Em síntese, o projeto apresentou resultados satisfatórios, cumprindo os objetivos propostos e consolidando habilidades fundamentais para a formação acadêmica e profissional. A experiência obtida será de grande relevância para futuros desafios na área de sistemas eletrônicos, automação e acionamento de máquinas elétricas.
6 REFERÊNCIAS
BRASIL. Ministério da Educação. Conselho Nacional de Educação. Câmara de Educação Superior. Resolução CNE/CES nº 2, de 24 de abril de 2019: Diretrizes Curriculares Nacionais para os Cursos de Graduação em Engenharia. Diário Oficial da União: Brasília, DF, 26 abr. 2019.
FITZGERALD, A. E.; KINGSLEY, C.; UMANS, S. D. Máquinas Elétricas. 7. ed. New York: McGraw-Hill, 2013. ISBN 9780073380469.
INFINEON TECHNOLOGIES. IR2110/IR2113 – High and Low Side Driver. Datasheet, 2019. Disponível em: https://www.infineon.com/assets/row/public/documents/60/49/infineonir2110-datasheet-en.pdf
KOSOW, Irving L. Máquinas Elétricas e Transformadores. 2. ed. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2008.
MICROCHIP TECHNOLOGY. ATmega328P – 8-bit AVR Microcontroller. [S.l.], 20–. Disponível em: https://www.microchip.com/en-us/product/atmega328p.
NUNES, Rhuan da Silva; SOUSA, Humberto Pontes Van Ool de; VICTOR, César Augusto; ALVES, Sarah Frota; OLIVINDO, José Aglailson Silva de. Módulo educacional para acionamento local e remoto de motores. Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente – SBAI, v. 1, 2023. DOI: 10.20906/SBAI-SBSE-2023/3857.
NUNES, Rhuan da Silva; ALVES, Sarah Frota; VICTOR, César Augusto; ARAGÃO, Francisco Aldinei Pereira. Plataforma didática interativa para práticas interdisciplinares em cursos de engenharia. Simpósio Brasileiro de Automação Inteligente – SBAI, v. 1, 2023. DOI: 10.20906/SBAI-SBSE-2023/3975.
SILVA, Leandro Daniel da. Controle sensorless da velocidade de um motor CC utilizando realimentação de estados observados. 2019. 67 f. Monografia (Graduação em Engenharia de Controle e Automação) — Escola de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2019.
SILVEIRA, Cristiano Bertulucci. Motor CC: saiba como funciona e de que forma especificar. Citisystems, 24 nov. 2016. Disponível em: https://www.citisystems.com.br/motor-cc/
SOLDERED ELECTRONICS. 0.96″ OLED Display Module – SSD1306. Datasheet. Disponível em: https://www.mouser.com/datasheet/2/1398/Soldered_333099-3395096.pdf
TEXAS INSTRUMENTS. Bootstrap Circuitry Selection for Half-Bridge Applications. Application Report SLUA887A, 2020. Disponível em: https://www.ti.com/lit/an/slua887a/slua887a.pdf
VICTOR, César Augusto; et al. Acionamento de um motor CC com IR2110. 2025. Repositório Zenodo. DOI: 10.5281/zenodo.17726340.
1Discente do Mestrado de Engenharia Elétrica e de Computação (PPGEEC/UFC) da Universidade Federal do Ceará Campus Sobral e-mail: cesartri2012@gmail.com
2Discente do Curso Superior de Mecatrônica Industrial do Instituto Federal do Ceará Campus Sobral e-mail: alinesdesena@gmail.com
3Docente do Curso Superior de Engenharia de Controle e Automação do Instituto Federal do Ceará Campus Sobral. Mestre em Engenharia Elétrica e de Computação (PPGEEC/UFC). e-mail: aglailson.olivindo@ifce.edu.br