Motores CC o Motores DC y Motores PaP...
Bueno, primero lo primero...
Se que este tema ya está muy difundido en la red, y es posible encontrar tutoriales muy, pero muy buenos, de los cuales yo aprendí, así que imagínate si los hay...
Como siempre, si deseas descargar este tutorial completo y no quemarte las pestañas desde la web, puedes hacerlo desde aquí.
Comenzamos...???
Motores-CC (Motores de Corriente Continua)
Son de los más comunes y económicos, y puedes encontrarlo en la mayoría de los juguetes a pilas, constituidos, por lo general, por dos imanes permanentes fijados en la carcaza y una serie de bobinados de cobre ubicados en el eje del motor, que habitualmente suelen ser tres.
El funcionamiento se basa en la interacción entre el campo magnético del imán permanente y el generado por las bobinas, ya sea una atracción o una repulsión hacen que el eje del motor comience su movimiento, bueno, eso es a grandes rasgos...
Ahora nos metemos un poco más adentro... Cuando una bobina es recorrida por la corriente eléctrica, esta genera un campo magnético y como es obvio este campo magnético tiene una orientación, es decir dos polos un polo NORTE y un polo SUR, la pregunta es, cuál es cuál...?, y la respuesta es muy sencilla, si el núcleo de la bobina es de un material ferromagnético los polos en este material se verían así...
como puedes ver, estos polos pueden ser invertidos fácilmente con sólo cambiar la polaridad de la bobina, por otro lado, al núcleo de las bobinas las convierte en un electroimán, ahora bien, si tienes nociones de el efecto producido por la interacción entre cargas, recordarás que cargas opuestas o polos opuestos se atraen y cargas del mismo signo o polos del mismo signo se repelen, esto hace que el eje del motor gire produciendo un determinado torque
Te preguntarás que es el torque...?, pues es simplemente la fuerza de giro, si quieres podríamos llamarle la potencia que este motor tiene, la cual depende de varios factores, como ser; la cantidad de corriente, el espesor del alambre de cobre, la cantidad de vueltas del bobinado, la tensión etc. esto es algo que ya viene determinado por el fabricante, y que nosotros poco podemos hacer, más que jugar con uno que otro parámetro que luego describiré.
La imagen anterior fue solo a modo descriptivo, ya que por lo general suelen actuar las dos fuerzas, tanto atracción como repulsión, y más si se trata de un motor con bobinas impares.
Estos motores disponen de dos bornes que se conectan a la fuente de alimentación y según la forma de conexión el motor girará en un sentido u otro, veamos eso justamente...
Control de Sentido de Giro para Motores-CC.
Existen varias formas de lograr que estos motores inviertan su sentido de giro, una es utilizando una fuente simétrica o dos fuentes de alimentación con un interruptor simple de dos contactos y otra es utilizar una fuente común con un interruptor doble es decir uno de 4 contactos, en todos los casos es bueno conectar también un capacitor en paralelo entre los bornes del motor, éste para amortiguar la inducción que generan las bobinas internas del motor (aunque no lo representaré para facilitar un poco la comprensión del circuito, está...?), las conexiones serían así...
Con Fuente Simétrica o Doble Fuente
Con una Fuente Simple
Otra solución cuando intentas que uno de tus modelos realice esta tarea por su propia cuenta, es sustituir los interruptores por los relés correspondientes e idearte un par de circuitos para lograr el mismo efecto...
Aunque esta última opción es una de las más prácticas, tiene sus inconvenientes ya que los relés suelen presentar problemas mecánicos y de desgaste, lo ideal sería disponer de un circuito un poco más sólido, quitando los relés y haciendo uso de transistores, estos últimos conectados en modo corte y saturación, así actúan como interruptores, un análisis más completo de esta forma de conexión la puedes ver en la sección de electrónica digital (Transistores en circuitos de conmutación).
Veamos como hacerlo con una fuente simétrica...
En este caso será necesario el uso de dos transistores complementarios es decir uno PNP y otro NPN, de este modo sólo es necesario un terminal de control, el cual puede tomar valores lógicos "0" y "1", el esquema de conexiones es el que sigue...
Puente H o H-Bridge.
Cuando intentas utilizar una fuente de alimentación simple la cosa se complica un poco más, pero como todo tiene solución lo puedes implementar del siguiente modo...
Estos circuitos son conocidos como puente en H o H-Bridge, en realidad son más complejos de lo que describí aquí, pero esta es la base del funcionamiento de los Drivers para motores.
Ahora bien, estos Driver's que acabo de mencionar son circuitos integrados que ya traen todo este despiole metido adentro, lo cual facilita el diseño de nuestros circuitos, tales como el UCN5804, el BA6286, el L293B, L297, L298 o también puedes ingeniártelas con el ULN2803 o el ULN2003, estos dos últimos son arrays de transistores, pero apuesto que te las puedes arreglar.
Veamos como trabajar con el integrado L293B...
DRIVER PARA MOTORES.
Entre los Drivers mencionados en la página anterior, el más conocido es el L293B. Toda la información aquí disponible fue extraída de la hoja de datos de este integrado, que puedes bajarlo desde aquí, aunque claro..., está en inglés :oP
Bueno, se trata de un Driver para motores de 4 canales, y observa las ventajas que tiene...
- Cada canal es capaz de entregar hasta 1A de corriente.
- Posee una entrada de alimentación independiente que alimenta los 4 Drivers, es decir la que requieren los motores...
- El control de los Drivers es compatible con señales TTL es decir con 5 voltios (estamos hablando de señales lógicas).
- Cada uno de los 4 Drivers puede ser activado de forma independiente (por su terminal de entrada), o habilitado de dos en dos con un sólo terminal (Enable).
Aquí una imagen del integrado y su tabla de verdad para que la analices...
En esta tabla de Verdad la entrada EN1-2 habilita dos de los canales de este integrado cuando se encuentra a nivel H (alto), de tal modo que la salida OUTn tomará el valor de la entrada INn.
Por otro lado OUTn quedará en alta impedancia (X) si el terminal EN1-2 se encuentra a nivel bajo (L), es decir que en este caso ya no tiene importancia el valor de INn, y por lo tanto OUTn quedará totalmente libre.
Por último, aclarar que VS y VSS son los pines de alimentación, VS para los 4 Drivers que según el Datasheet puede tomar valores desde VSS hasta 36V, y VSS es el terminal de alimentación TTL, para nosotros sería como +VCC, se entiende...???
Este integrado no sólo tiene aplicación en Motores-CC sino también en Motores-PaP pero ese tema lo tocaremos a su debido momento...
Aplicación para el control de Motores-CC.
Tenemos dos posibilidades de control, una es controlar los motores en un sólo sentido de giro, es decir, hacer que gire o detenerlo, en este caso tienes posibilidad de controlar hasta 4 motores, veamos el esquema del circuito en cuestión...
Como verás aquí sólo se representa la mitad del integrado, la otra mitad es lo mismo, sólo cambia el número de los pines.
Con los terminales A y B controlas el encendido del motor correspondiente, Con Ven habilitas o no los terminales de control A y B, recuerda que Ven debe estar en nivel alto si quieres utilizar los terminales de control A y B. Finalmente la forma de control sería como se ve en la siguiente tabla.
+Vcc es el terminal de alimentación compatible con la señal de control A y B, o sea +5V, Vs tiene los niveles de tensión requeridos por el motor (12, 15, 20, hasta 36v).
D1 y D2, bueno... como los capacitores... es para proteger al integrado de las tensiones generadas por la inducción de las bobinas del motor.
Una cosa más que quiero hacer notar... Observa que un motor (M1) esta unido a +Vs, mientras que el otro (M2) esta a GND, puedes utilizar cualquiera de las dos configuraciones, aquí las grafiqué tal como están en la hoja de datos, la cual de por sí, es demasiado clara, e intenta mostrar todas las posibilidades de conexión...
Bien, pasemos al segundo método de control...
Este es el que más me gusta, pero requiere dos de los 4 driver del integrado, la forma de conexión seria como sigue...
Ejemmmmm, creo que quedará más claro si analizamos la tabla de verdad de este circuito, así evito perderme...
Esta tabla indica claramente como puedes controlar el motor, en un sentido o en otro, detenerlo o dejarlo libre, esto último de dejarlo libre se refiere a que cualquier señal en los terminales de control A, B, C y D no tendrán efecto alguno sobre el motor, es decir que ha quedado liberado totalmente.
Como ves tienes muchas posibilidades para comandar estos motores usando el integrado L293B.
Bueno, no es una locura de información pero creo que de algo les puede servir.
Otro de los aspectos que llaman la atención en los Motores-CC es el control de velocidad. Los circuitos anteriores están de maravilla, pero nada dicen de este tema, aunque queda claro que esto se debe llevar a cabo por los terminales de control A, B, C y D, por lo tanto necesitamos un circuito aparte, veamos de que se trata esto...
CONTROL DE VELOCIDAD DE MOTORES
Modulación por Ancho de Pulso (PWM):
En la mayoría de los tutoriales que encontré en la red se recomienda el control por Modulación de Ancho de Pulso conocido como PWM, un tema que ya vimos en el tutorial de electrónica digital y que básicamente consiste en enviar a los terminales de control un tren de pulsos los cuales varían en mayor o menor medida el tiempo en que se mantiene el nivel alto de esos pulsos, manteniendo la frecuencia constante, así...
Con esta forma de control la cantidad de corriente sigue siendo la misma, la tensión no varía y en consecuencia el torque del motor se mantiene, que es justamente lo que estábamos buscando.
Un circuito de ejemplo puede ser el que ya mencionamos en el tutorial de electrónica digital que es algo así...
En el cual puedes reemplazar R1 por un potenciómetro y así controlar los tiempos de los niveles de salida...
Respecto a esta clase de circuitos se puede encontrar muchos por la red, solo busca "modulación por ancho de pulso" o "PWM", y tendrás para divertirte, y si desean compartir sus circuitos, pues bienvenido sean, se los cargaré sin problemas, en fin...
Modulación por Frecuencia de Pulsos (PFM)
Creo que el título lo dice todo, se trata de eso mismo, variar la frecuencia de pulso en los terminales de control, lo cual puedes lograr fácilmente con un circuito astable que bien podría ser un 555, y utilizar un potenciómetro para variar la frecuencia de los pulsos, el efecto que lograrías en comparación al anterior sería algo así...
Claro que para mayor velocidad la frecuencia de los pulsos iría mucho más rápida de lo que se muestra en esta imagen. El esquema para el 555 podría ser el que sigue...
Si estos motores fueran controlados digamos por un microcontrolador, la cosa sería mucho más sencilla ya que podrías tener mayor control sobre el circuito, respecto a eso lo dejo librado a tu imaginación, supongo que con esto tienes suficiente.
Ahora vamor por lo que sigue que son los MOTORES PaP...