Controlador de velocidade para motor CC

[Josenir]

comprei recentemente uma scooter elétrica com a parte eletrônica irremedivelmente avariada, sem chances de conserto. logo observei que ela tinha um motor cc de 24v / 14a / 2750 rpm e funcionava com duas baterias de 12v x 13a, as quais não existiam mais. então pensei que seria fácil fazer um novo controlador para ela. na verdade não foi tão fácil como eu pensava, mas no fim ficou pronto e com ótimo desempenho e rendimento, e acredito ter introduzido uma invovação neste tipo de controlador.
como o controlador ficou tão bom e a scooter andou muito bem, resolvi fazer uma adaptação mecânica para alongá-la um pouco mais, deixando-a mais confortável para pilotar e abrindo espaço para pôr 6 baterias ao invés de apenas 2, como era originalmente. agora ao invés de um brinquedo de criança, tenho um veículo elétrico experimental bastante estável e com boa autonomia.
vejam na foto abaixo como ela ficou depois da modificação mecânica. pena que não lembrei de bater uma foto de como era antes. deixei sem as carenagens para ficar mais fácil de ver a sua estrutura.

Bic_elet2.jpg (56.26 KiB) Visto 28465 vezes

[Josenir]

um motor elétrico cc não é o motor mais eficiente para um veículo elétrico, mas sem dúvida é o mais barato e fácil de se conseguir. até um do tipo usado em ventilador de radiador de automóvel pode servir. sendo assim, fazer um veículo elétrico experimental está ao alcance de praticamente qualquer um.
gostaria de dar minha contribuição para quem pretende montar algo do gênero.
segue abaixo o esquema elétrico e o desenho da placa de circuito impresso. se puder ajudar em algo mais nesta área, fico contente em contribuir.
aceito também sugestões de melhoria neste controlador, pois nada é definitivo.

Bic_Elet1.JPG (126.2 KiB) Visto 28511 vezes

[tvcrabo]

boas,

isso tem pedais. não seria mais adequado chamar-lhe bicicleta electrica que scooter?

bom trabalho com a adaptação das baterias

[automov]

já testaste o controlador?

[Josenir]

já testaste o controlador?

sim, claro, já estou há uma semana com ele em testes nas ruas do meu bairro. acho que já andei pelo menos uns 20km e gastei três cargas de duas baterias. como pode ver na foto, ela tem espaço para 6 baterias, mas ainda estou usando com apenas duas baterias de 12v/9a, do tipo usada em nobreak de computador. com estas duas baterias e o meu peso de aproximadamente 60 kg, a scooter anda mais ou menos 40 minutos a uma velocidade de aproximadamente 15 km/h em trechos de plano, subida e descida não muito íngrime.

[Josenir]

boas,
isso tem pedais. não seria mais adequado chamar-lhe bicicleta electrica que scooter?
bom trabalho com a adaptação das baterias

talvez, mas estou chamando assim porque assim está escrito em vários lugares nas carenagens dela.
mas os pedais são realmente úteis, pois ela anda normalmente com os pedais e nem se faz muito mais esforço que numa bicicleta normal.

e por falar em pedais... aqui contam uma piada de que a professora pediu ao aluno para dizer uma frase com o verbo hospedar e ele respondeu: - os pedar da biscreta era de prástico... eh, eh, eh...

[jmal]

bom trabalho josenir, essas baterias se não forem "deep cycle" ou de "ciclo profundo" não vão fazer muitos quilómetros, se optares por comprar baterias para essa viatura, tenta comprar de "deep cycle".

[Josenir]

bom trabalho josenir, essas baterias se não forem "deep cycle" ou de "ciclo profundo" não vão fazer muitos quilómetros, se optares por comprar baterias para essa viatura, tenta comprar de "deep cycle".

de início optei por usar bateria de gel, do tipo usada em nobreak de computador, quem têm boa tolerância a descarga profunda sem ter a sua vida útil encurtada. e a curva de descarga desta bateria é ideal para esta finalidade porque a tensão cai abaixo de 9v antes de se ter consumido 90% da sua carga, e neste caso o desempenho do motor se reduz, o que logo serve de sinal de fim da carga. tive o cuidado, é claro, de usar baterias novas e de uma marca nacional conhecida por ser de ótima qualidade. no momento estou usando apenas duas, mas já fiz um pedido de mais quatro baterias.
há muito tempo atrás já trabalhei com a manutenção de nobreak de computador e tenho boa experiência com este tipo de bateria.
também seria difícil conseguir baterias estacionárias de tamanho pequeno como estas, pois o espaço para elas é muito reduzido.

[Josenir]

como eu disse no início deste tópico, acredito ter introduzido uma invovação neste tipo de controlador.
para aqueles que têm bons conhecimentos em eletrônica, o circuito parece não trazer nada de novo. apenas um circuito regulador de potência baseado no conhecidíssimo sg3525 (ou ka3525), controlador pwm que equipa a maioria dos nobreaks comerciais. mas existe um fato que permite um rendimento melhor do controlador com menor aquecimento dos transístores de potência.
o "pulo do gato" está relacionado com o relé auxiliar de 12v que aparece no circuito. será que alguém poderia fazer uma análise e comentar o que acha ? se realmente isso vem a trazer um bom resultado ou não ?

[jmal]

como eu disse no início deste tópico, acredito ter introduzido uma invovação neste tipo de controlador.
para aqueles que têm bons conhecimentos em eletrônica, o circuito parece não trazer nada de novo. apenas um circuito regulador de potência baseado no conhecidíssimo sg3525 (ou ka3525), controlador pwm que equipa a maioria dos nobreaks comerciais. mas existe um fato que permite um rendimento melhor do controlador com menor aquecimento dos transístores de potência.
o "pulo do gato" está relacionado com o relé auxiliar de 12v que aparece no circuito. será que alguém poderia fazer uma análise e comentar o que acha ? se realmente isso vem a trazer um bom resultado ou não ?

portanto, penso que esse relé será para ligar o motor directo à bateria quando o acelerador (potênciometro) estiver no máximo, ou seja, a corrente deixará de passar pelos transistores mosfet e passará então pelo relé, é uma boa ideia, diminui a resistência do circuito e evita que os transistores aqueçam, mas para teres a certeza do aumento do rendimento o melhor é mesmo testar, pela experiência que tenho, os mosfet's aquecem a passar corrente em pwm, quando estão constantemente ligados e com uma resistência interna baixa, a sua dissipação de calor é muito baixa, mesmo assim essa alteração vai prevenir essa dissipação.

[Josenir]

gol para você jmal, é isso mesmo.
esse motor que estou usando, como já disse é de 24v x 14a = 336w, é uma potência considerável para ser ligada em corrente contínua. na verdade o controlador de velocidade só é necessário na saída do veículo para evitar uma sobrecarga no motor, devido ao peso de saída, e também para evitar saídas muito bruscas. depois que o veículo atinge a velocidade máxima qualquer transistor vai aquecer muito e aquecimento significa disperdício de energia na forma de calor, e a esta altura não é mais necessário limitar a potência do motor. então o meu circuito está ajustado para atracar o relé quando o potenciômetro de controle de velocidade atingir +- 90% da curso, ou +- 90% da potência do motor, passando o motor a ser alimentado pelo relé, dando descanço aos transístores. e ainda tem uma pequena temporização para evitar acionamentos acidentais. o relé só atraca se o potenciômetro permanecer em 90% por mais de 1 segundo. e tão logo o potenciômetro desça abaixo de 90% o desatracamento é imediato.

a resistência do transistor mosfet irfz44 é de 0,017 ohm, parece pouco mas em 24v x 14a, na prática, um transistor deste dissipa um calor impressionante, mas a resistência do contato do relé é zero, logo dissipação de calor zero ou quase zero. o relé mais comum e mais barato é o relé auxiliar automotivo de 12v por 40a, que está bem dimensionado para esta aplicação, embora existam relés de 12v com maior capacidade de corrente de contato.

observem que o potencîômetro de 20k que faz o controle de velocidade é deslizante, do tipo que se usa em equalizadores de som, pois assim fica mais fácil adaptar o cabo do acelerador do veículo, pois faz um movimento linear e não rotativo como seria em um potenciômetro normal. acho isso muito importante num veículo elétrico.

[jmal]

gol para você jmal, é isso mesmo.
esse motor que estou usando, como já disse é de 24v x 14a = 336w, é uma potência considerável para ser ligada em corrente contínua. na verdade o controlador de velocidade só é necessário na saída do veículo para evitar uma sobrecarga no motor, devido ao peso de saída, e também para evitar saídas muito bruscas. depois que o veículo atinge a velocidade máxima qualquer transistor vai aquecer muito e aquecimento significa disperdício de energia na forma de calor, e a esta altura não é mais necessário limitar a potência do motor. então o meu circuito está ajustado para atracar o relé quando o potenciômetro de controle de velocidade atingir +- 90% da curso, ou +- 90% da potência do motor, passando o motor a ser alimentado pelo relé, dando descanço aos transístores. e ainda tem uma pequena temporização para evitar acionamentos acidentais. o relé só atraca se o potenciômetro permanecer em 90% por mais de 1 segundo. e tão logo o potenciômetro desça abaixo de 90% o desatracamento é imediato.

a resistência do transistor mosfet irfz44 é de 0,017 ohm, parece pouco mas em 24v x 14a, na prática, um transistor deste dissipa um calor impressionante, mas a resistência do contato do relé é zero, logo dissipação de calor zero ou quase zero. o relé mais comum e mais barato é o relé auxiliar automotivo de 12v por 40a, que está bem dimensionado para esta aplicação, embora existam relés de 12v com maior capacidade de corrente de contato.

observem que o potencîômetro de 20k que faz o controle de velocidade é deslizante, do tipo que se usa em equalizadores de som, pois assim fica mais fácil adaptar o cabo do acelerador do veículo, pois faz um movimento linear e não rotativo como seria em um potenciômetro normal. acho isso muito importante num veículo elétrico.

para essa tensão aconselho o uso de um transistor mosfet com menos resistência, tipo o irf3205 que tem 0.008 ohm, ou então use 2 em paralelo, o que baixa para metade a resistência. a minha bike tem um transistor mosfet que faz de interruptor que tem 0.004 ohm, o motor ao máximo tem 400w, portanto 400/23.2 = 17 amps, nunca dei por ele a aquecer.

[Josenir]

para essa tensão aconselho o uso de um transistor mosfet com menos resistência, tipo o irf3205 que tem 0.008 ohm, ou então use 2 em paralelo, o que baixa para metade a resistência. a minha bike tem um transistor mosfet que faz de interruptor que tem 0.004 ohm, o motor ao máximo tem 400w, portanto 400/23.2 = 17 amps, nunca dei por ele a aquecer.

parece um pouco contraditório, mas o primeiro transístor que usei neste controlador foi justamente o irf3205, o original, da international rectifier, mas aqueceu e entrou em curto com a mior facilidade. acredito que uma menor resistência em estado de condução (rds on) do transístor o deixa também muito mais suscetível a queimar, pois a resistência amortece os picos de corrente e tensão típicos do acionamento de cargas indutivas como motores e transformadores.
já tive vários projetos onde tentei usar o irf3205 e o resultado não foi bom, embora o fabricante o coloque com especificações bem melhores do que o irfz44. ainda estou para descobrir onde está o mistério. veja que o ci sg3525 é apropriado para o acionamento de mofets de potência, com corrente de 400 ma, muito mais do que suficiente para levar o transístor à condução.
tenho um exemplo ainda mais intrigante: sabe aquela história que contei sobre o aerogerador air marine para o qual fiz o regulador de tensão ? pois bem, ele possui originalmente dois transístores irf3205. nas primeiras vezes em que o consertei substituí sempre pelo original, mas lá pela quarta vez, após eles torrarem e terem pedaços arrancados, substituí pelo irfz44, adivinha o que aconteceu. durou muito mais tempo funcionanado.
se você tiver uma idéia para este "bicho-papão", eu agradeço.
você não teria uma cópia do esquema deste controlador da sua bike para a gente analisar ?

[jmal]

para essa tensão aconselho o uso de um transistor mosfet com menos resistência, tipo o irf3205 que tem 0.008 ohm, ou então use 2 em paralelo, o que baixa para metade a resistência. a minha bike tem um transistor mosfet que faz de interruptor que tem 0.004 ohm, o motor ao máximo tem 400w, portanto 400/23.2 = 17 amps, nunca dei por ele a aquecer.

parece um pouco contraditório, mas o primeiro transístor que usei neste controlador foi justamente o irf3205, o original, da international rectifier, mas aqueceu e entrou em curto com a mior facilidade. acredito que uma menor resistência em estado de condução (rds on) do transístor o deixa também muito mais suscetível a queimar, pois a resistência amortece os picos de corrente e tensão típicos do acionamento de cargas indutivas como motores e transformadores.
já tive vários projetos onde tentei usar o irf3205 e o resultado não foi bom, embora o fabricante o coloque com especificações bem melhores do que o irfz44. ainda estou para descobrir onde está o mistério. veja que o ci sg3525 é apropriado para o acionamento de mofets de potência, com corrente de 400 ma, muito mais do que suficiente para levar o transístor à condução.
tenho um exemplo ainda mais intrigante: sabe aquela história que contei sobre o aerogerador air marine para o qual fiz o regulador de tensão ? pois bem, ele possui originalmente dois transístores irf3205. nas primeiras vezes em que o consertei substituí sempre pelo original, mas lá pela quarta vez, após eles torrarem e terem pedaços arrancados, substituí pelo irfz44, adivinha o que aconteceu. durou muito mais tempo funcionanado.
se você tiver uma idéia para este "bicho-papão", eu agradeço.
você não teria uma cópia do esquema deste controlador da sua bike para a gente analisar ?

é verdade, quanto menor for a resistência interna, menor será a tolerância a picos de corrente, na verdade também já tive problemas com o irf3205, mas descobri que nem sempre eles são da ir, ou seja a sua qualidade nem sempre é a mesma, em lojas na internet pode verificar que existem irf3205 de 1 euro e irf3205 com as mesmas especificações que custam 13 euros.

o controlador do meu motor é sem-escovas e está dentro do próprio motor, vem de fabrica assim, o que fiz foi um interruptor electrónico, usa 1 transistor mosfet irf3205 com 1 resistência do gate ao source de 22k, e outra que está em serie com o interruptor ligado aos 24v, que é de 1k que liga também ao source, portanto a de 22k, faz a polarização do gate ao source, e a de 1k alimenta o gate.

normalmente quando aquecem muito com pouca corrente e queimam com facilidade é por falta de tensão/corrente no gate.

[Josenir]

é verdade, quanto menor for a resistência interna, menor será a tolerância a picos de corrente, na verdade também já tive problemas com o irf3205, mas descobri que nem sempre eles são da ir, ou seja a sua qualidade nem sempre é a mesma, em lojas na internet pode verificar que existem irf3205 de 1 euro e irf3205 com as mesmas especificações que custam 13 euros.
o controlador do meu motor é sem-escovas e está dentro do próprio motor, vem de fabrica assim, o que fiz foi um interruptor electrónico, usa 1 transistor mosfet irf3205 com 1 resistência do gate ao source de 22k, e outra que está em serie com o interruptor ligado aos 24v, que é de 1k que liga também ao source, portanto a de 22k, faz a polarização do gate ao source, e a de 1k alimenta o gate.
normalmente quando aquecem muito com pouca corrente e queimam com facilidade é por falta de tensão/corrente no gate.

pois os meus irfs são comprados diretamente do distribuidor autorizado da international rectifier no brasil, não tenho a desculpa da má qualidade.
e um dos primeiros conhecimentos sobre os mosfets é fazer a correta polarização do gate deles, caso em que a tensão pode ser no mínimo 10v e no máximo 20v. no caso do meu controlador como tenho a bateria de 12v e não há perigo da sua tensao chegar aos 20v, uso diretamente estes 12v para alimentar o ci pwm, o qual terá uma queda de tensão de aproximadamente 1v e irá alimentar adequadamente o gate do mosfet com mais de 10v, assegurando a melhor condição de trabalho para ele. e veja que uso resistores de apenas 1r no gate de cada um, para assegurar que seja suprida a corrente necessária e sem atenuação, que no caso do sg3525, fornece até 400ma na sua saída.

agora me causa surpresa ver este seu controlador controlar uma potência maior do que o meu com uma rede resistiva de 1k e 22k. mesmo que não existisse o resistor de 22k aterrando o gate o resistor de 1k trazendo a polarização para o gate teria uma grande atenuação de corrente e tensão e isso levaria a uma condução insuficiente e aí sim, causando aquecimento.
com 24v passando por um resistor de 1k temos, pela lei de ohm: i = v / r, logo 24 / 1000 = 0,024, ou seja apenas 24 ma chegaria ao gate do mosfet se não tivesse o resistor de 22k a consumir mais um tanto disso.

eis aí um mistério.

[jmal]

é verdade, quanto menor for a resistência interna, menor será a tolerância a picos de corrente, na verdade também já tive problemas com o irf3205, mas descobri que nem sempre eles são da ir, ou seja a sua qualidade nem sempre é a mesma, em lojas na internet pode verificar que existem irf3205 de 1 euro e irf3205 com as mesmas especificações que custam 13 euros.
o controlador do meu motor é sem-escovas e está dentro do próprio motor, vem de fabrica assim, o que fiz foi um interruptor electrónico, usa 1 transistor mosfet irf3205 com 1 resistência do gate ao source de 22k, e outra que está em serie com o interruptor ligado aos 24v, que é de 1k que liga também ao source, portanto a de 22k, faz a polarização do gate ao source, e a de 1k alimenta o gate.
normalmente quando aquecem muito com pouca corrente e queimam com facilidade é por falta de tensão/corrente no gate.

pois os meus irfs são comprados diretamente do distribuidor autorizado da international rectifier no brasil, não tenho a desculpa da má qualidade.
e um dos primeiros conhecimentos sobre os mosfets é fazer a correta polarização do gate deles, caso em que a tensão pode ser no mínimo 10v e no máximo 20v. no caso do meu controlador como tenho a bateria de 12v e não há perigo da sua tensao chegar aos 20v, uso diretamente estes 12v para alimentar o ci pwm, o qual terá uma queda de tensão de aproximadamente 1v e irá alimentar adequadamente o gate do mosfet com mais de 10v, assegurando a melhor condição de trabalho para ele. e veja que uso resistores de apenas 1r no gate de cada um, para assegurar que seja suprida a corrente necessária e sem atenuação, que no caso do sg3525, fornece até 400ma na sua saída.

agora me causa surpresa ver este seu controlador controlar uma potência maior do que o meu com uma rede resistiva de 1k e 22k. mesmo que não existisse o resistor de 22k aterrando o gate o resistor de 1k trazendo a polarização para o gate teria uma grande atenuação de corrente e tensão e isso levaria a uma condução insuficiente e aí sim, causando aquecimento.
com 24v passando por um resistor de 1k temos, pela lei de ohm: i = v / r, logo 24 / 1000 = 0,024, ou seja apenas 24 ma chegaria ao gate do mosfet se não tivesse o resistor de 22k a consumir mais um tanto disso.

eis aí um mistério.

espere acho que me enganei, é que o circuito não fui eu que fiz, foi o meu irmão, tenho de verificar.

[renalte]

caro josenir, parabens por mais este excelente contributo para o forum, há algum tempo que tento construir um controlador cc assim do género deste, mas tenho visto tantos que já estava a ficar indeciso por qual optar, mas agora acho vou-me decidir por este (fiquei surpeendido por não ser baseado no 555) mas talvez assim seja mais eficaz, já agora gostaria de saber se o amigo josenir poderá disponibilizar o circ.impresso sem implantação de componentes para se poder imprimir.obrigado

[cassio_brasil]

um motor elétrico cc não é o motor mais eficiente para um veículo elétrico, mas sem dúvida é o mais barato e fácil de se conseguir. até um do tipo usado em ventilador de radiador de automóvel pode servir. sendo assim, fazer um veículo elétrico experimental está ao alcance de praticamente qualquer um.
gostaria de dar minha contribuição para quem pretende montar algo do gênero.
segue abaixo o esquema elétrico e o desenho da placa de circuito impresso. se puder ajudar em algo mais nesta área, fico contente em contribuir.
aceito também sugestões de melhoria neste controlador, pois nada é definitivo.

bic_elet1.jpg

josenir, dá pra usar este controlador para o bosch gpa (35a 24v)? quais modificações teriam que ser feitas?

[Josenir]

josenir, dá pra usar este controlador para o bosch gpa (35a 24v)? quais modificações teriam que ser feitas?

eu não conheço este motor, mas se ele é de corrente contínua, com 35a x 24v deve funcionar sem nenhuma alteração no circuito. na pior das hipóteses deve trocar o relé auxiliar para um de maior corrente.
se você resolver montar este circuito apenas não esqueça que o controlador funciona em 12v, o que não lhe impede de usar um motor de 24 a 48v, apenas observe o esquema de ligação abaixo.
a ligação deve ser feita desta maneira porque os transistores mosfet não podem receber mais que 20v no seu gate, e eu resolvi economizar um regulador de tensão. entretanto entre o dreno e a fonte do mosfet, que é onde o motor vai ser ligado o irfz44 suporta até 55v e ainda assim poderia ser usado outro com maior tensão de trabalho, desde que alimente a placa do controlador com 12v a 18v.

Esq_Bike.JPG (9.35 KiB) Visto 28158 vezes

[Josenir]

caro josenir, parabens por mais este excelente contributo para o forum, há algum tempo que tento construir um controlador cc assim do género deste, mas tenho visto tantos que já estava a ficar indeciso por qual optar, mas agora acho vou-me decidir por este (fiquei surpeendido por não ser baseado no 555) mas talvez assim seja mais eficaz, já agora gostaria de saber se o amigo josenir poderá disponibilizar o circ.impresso sem implantação de componentes para se poder imprimir.obrigado

mas é claro que eu tenho a versão 555 deste controlador, é uma excentricidade da qual eu não consigo me desfazer. mas esta versão com o sg3525 está bem melhor e com possibilidadeds de aumentar mais a potência. mas em breve envio a versão 555, quando fizer alguns ajustes nela.

segue abaixo um arquivo zip com o desenho original da placa para o express pcb. este é um programa de desenho de ci muito conhecido, procure no google e faça download dele, pois ele permite imprimir em tamanho real e somente a trilhas do ci.

Bike_PCI.zip

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