Uma mini drill é uma ferramenta muito útil para quem trabalha com eletrônica, modelismo e pequenos projetos de bancada. Ela pode ser utilizada para fazer pequenos furos, acabamentos e outras tarefas nas quais não precisamos de uma furadeira convencional.
A mini drill que utilizo trabalha com 12 V, o que abre algumas possibilidades interessantes de alimentação. Podemos ligá-la a uma fonte de alimentação adequada, utilizar uma bateria automotiva ou até mesmo adaptar uma bateria LiPo 3S, algo particularmente conveniente para quem já trabalha com modelismo.
Foi justamente essa adaptação que fiz na minha ferramenta.
Mas resolvi ir um pouco além: instalei também uma pequena placa controladora PWM, permitindo variar a velocidade de rotação do motor.
Por que transformar a mini drill em uma ferramenta portátil?
Uma mini drill ligada exclusivamente a uma fonte de bancada funciona muito bem enquanto estamos próximos de uma tomada.
No modelismo, entretanto, nem sempre trabalhamos apenas na bancada.
Podemos precisar fazer um pequeno ajuste no campo de voo, próximo ao lago onde estamos navegando ou em outro local onde uma tomada não esteja disponível.
Como minha mini drill funciona com 12 V, pensei imediatamente nas baterias que já utilizava no modelismo.
Uma LiPo 3S possui tensão nominal de aproximadamente 11,1 V e chega a 12,6 V completamente carregada. Portanto, antes de fazer qualquer adaptação, é importante verificar se a ferramenta realmente tolera essa faixa de tensão; no meu caso, adaptei a mini drill de 12 V justamente para poder utilizá-la com uma LiPo 3S.
Assim, ela passou a fazer parte das ferramentas que posso levar comigo.
Troquei o conector original por um XT60
Para tornar a utilização ainda mais prática, retirei o conector J4 que vinha originalmente na mini drill e instalei um conector XT60.
Quem trabalha com modelismo provavelmente conhece bem esse conector amarelo.
O XT60 é muito utilizado para conexão de baterias em sistemas de rádio controle e, como eu já utilizava baterias com esse padrão, a adaptação tornou a conexão muito simples.
Em vez de utilizar adaptadores:
bateria LiPo 3S → XT60 → mini drill
Conecto a bateria e posso utilizar a ferramenta.
Mas ainda havia uma coisa que eu queria melhorar.
Por que controlar a velocidade da mini drill?
Nem todo trabalho precisa da velocidade máxima do motor.
Dependendo do material, da ferramenta instalada e do tipo de operação, pode ser interessante trabalhar com uma rotação menor e mais controlada.
Poder variar a velocidade também torna a ferramenta mais versátil.
Uma solução aparentemente óbvia seria simplesmente colocar um resistor em série com o motor para reduzir sua tensão.
Mas isso não é uma maneira muito eficiente de controlar a potência de um motor.
Existe uma solução muito mais interessante: PWM.
O que é PWM?
PWM é a sigla de Pulse Width Modulation, ou modulação por largura de pulso.
Em vez de controlar o motor simplesmente reduzindo continuamente a tensão por meio de uma resistência, o controlador eletrônico faz um chaveamento muito rápido da alimentação.
O motor recebe uma sequência de pulsos.
O que modificamos é a relação entre o período em que o sinal permanece ligado e o período em que permanece desligado.
Essa relação é conhecida como duty cycle.
Imagine, de maneira simplificada, que durante determinado intervalo o controlador mantenha a saída ligada aproximadamente metade do tempo e desligada na outra metade.
Teríamos um duty cycle próximo de 50%.
Aumentando a parcela de tempo em que a saída permanece ligada, aumentamos a energia média entregue ao motor. Reduzindo essa parcela, diminuímos essa energia.
O chaveamento acontece rapidamente, e o resultado percebido é uma alteração na velocidade do motor.
Por que PWM é interessante para controlar motores?
A grande vantagem está na maneira como a potência é controlada.
Imagine tentar reduzir a velocidade colocando um grande resistor em série com o motor.
Parte da energia seria dissipada nesse resistor em forma de calor.
No PWM, o elemento eletrônico de potência trabalha principalmente chaveando entre estados de condução e corte, o que pode tornar o controle muito mais eficiente.
Naturalmente, existem perdas no circuito real, mas a abordagem é muito mais adequada para controlar a velocidade de pequenos motores DC.
É por isso que encontramos PWM em inúmeras aplicações.
A placa PWM que utilizei
É perfeitamente possível construir um circuito PWM.
Existem vários projetos utilizando circuitos integrados, transistores e outros componentes.
Nesse caso, entretanto, meu objetivo não era desenvolver o controlador do zero.
Preferi comprar uma pequena placa PWM já montada, que encontrei por um preço bastante baixo.
Ela possui um potenciômetro que permite variar facilmente o controle aplicado ao motor.
Giramos para um lado e diminuímos a velocidade.
Giramos para o outro e aumentamos.
Para uma ferramenta simples de bancada, é uma solução muito prática.
Como ligar a placa PWM?
O princípio é simples: o controlador fica entre a fonte de energia e o motor.
Podemos visualizar o sistema assim:
Bateria/fonte → controlador PWM → motor da mini drill
A alimentação entra na placa PWM e a saída controlada é conectada ao motor.
Quando modificamos a posição do potenciômetro, alteramos o duty cycle do sinal aplicado ao motor e, consequentemente, seu comportamento.
Mas é importante observar atentamente as identificações existentes na placa utilizada.
Placas visualmente semelhantes podem ter especificações e disposição dos terminais diferentes.
Antes de energizar, identifique corretamente:
entrada positiva e negativa da alimentação
e
saída positiva e negativa para o motor.
Não devemos assumir a posição dos terminais apenas observando uma fotografia de outra placa.
Atenção à polaridade
Como estamos trabalhando com alimentação em corrente contínua, a polaridade precisa ser respeitada.
Antes de conectar a bateria, confira as ligações.
Isso é especialmente importante quando utilizamos uma LiPo, porque essas baterias conseguem fornecer correntes bastante elevadas.
Uma ligação incorreta ou um curto-circuito não é algo que devemos experimentar para “ver o que acontece”.
Faça todas as conexões com a bateria desconectada e somente depois de conferir o circuito faça a energização.
A placa precisa suportar a corrente do motor
Também não basta comprar qualquer módulo PWM.
O controlador precisa ser compatível com:
a tensão de alimentação utilizada e a corrente exigida pelo motor.
Se a mini drill funciona em 12 V, o módulo precisa aceitar essa tensão.
Da mesma maneira, sua etapa de potência precisa suportar a corrente consumida pelo motor, incluindo as condições mais exigentes de funcionamento.
Motores podem demandar uma corrente significativamente maior na partida ou quando são submetidos a uma carga mecânica elevada.
Por isso, não é interessante dimensionar um controlador exatamente no limite.
O que acontece quando pressionamos a ferramenta contra o material?
Essa é uma boa maneira de entender por que corrente e potência importam.
Quando a mini drill está girando livremente, o motor trabalha em determinada condição.
Quando encostamos a ferramenta no material e começamos a exigir torque, a carga mecânica aumenta.
O motor tende a exigir mais corrente.
Se pressionarmos excessivamente até praticamente travar o eixo, podemos chegar a uma condição muito mais severa para o motor, a bateria e o controlador.
Portanto, diminuir a velocidade através do PWM não significa que podemos forçar indefinidamente a ferramenta.
Ainda precisamos respeitar seus limites mecânicos e elétricos.
PWM também pode controlar outras cargas
A pequena placa que utilizei não precisa necessariamente ficar restrita à mini drill.
Um controlador PWM adequado pode ser utilizado em outras aplicações compatíveis.
No artigo original mencionei, por exemplo, a possibilidade de controlar a velocidade de outros motores DC ou até o brilho de lâmpadas de filamento.
Isso torna esses pequenos módulos interessantes para experimentação.
Depois de compreender o princípio, começamos a enxergar várias possibilidades para o mesmo circuito.
PWM não é simplesmente um “redutor de tensão”
É comum olhar para o multímetro conectado à saída de determinados controladores e interpretar a leitura como se o circuito estivesse simplesmente produzindo uma tensão contínua menor.
Mas o princípio do PWM é diferente.
A saída está sendo chaveada rapidamente.
Dependendo do instrumento e da forma de medição, podemos enxergar um valor médio ou alguma representação desse sinal.
Para realmente visualizar o que está acontecendo, o instrumento mais interessante seria um osciloscópio.
Nele conseguiríamos observar os pulsos e perceber diretamente como a largura relativa deles muda quando giramos o potenciômetro.
Esse é um ótimo exemplo de como uma ferramenta aparentemente simples pode servir também para aprender eletrônica.
LiPo 3S exige alguns cuidados
A adaptação torna a mini drill bastante portátil, mas utilizar uma bateria LiPo exige atenção.
Além de evitar curtos e danos físicos à bateria, precisamos impedir uma descarga excessiva.
A mini drill não foi originalmente projetada necessariamente para monitorar individualmente as células de uma LiPo e interromper o funcionamento em um limite adequado.
Portanto, não devemos simplesmente utilizar a ferramenta até perceber que o motor praticamente parou.
É importante acompanhar a condição da bateria com um sistema apropriado e respeitar os limites recomendados para ela.
Posso utilizar uma fonte de alimentação em vez da LiPo?
Sim.
A própria mini drill de 12 V pode ser utilizada com uma fonte de alimentação adequada, como eu já fazia originalmente.
Nesse caso, a fonte precisa fornecer a tensão correta e possuir capacidade de corrente suficiente para o motor.
O controlador PWM continua entre a fonte e a ferramenta:
Fonte 12 V → PWM → mini drill
Assim, a mesma adaptação pode funcionar tanto na bancada quanto de maneira portátil.
Na bancada utilizamos a fonte.
No campo podemos utilizar a bateria.
Uma pequena modificação muda bastante a ferramenta
O que gosto nesse projeto é justamente sua simplicidade.
Eu já tinha uma mini drill de 12 V.
Em vez de comprar outra ferramenta, fiz duas pequenas modificações:
troquei o conector por um XT60 e adicionei um controlador PWM.
Com isso, passei a poder utilizar as baterias que já levava para o modelismo e ainda ganhei controle sobre a velocidade do motor.
Esse tipo de modificação mostra uma das coisas mais interessantes de aprender eletrônica: começamos a olhar para os equipamentos e imaginar como podemos adaptá-los às nossas necessidades.
Veja no vídeo como fiz a instalação
No vídeo abaixo mostro a pequena placa controladora PWM utilizada e como fiz sua instalação na mini drill.
Quer entender eletrônica para fazer suas próprias adaptações?
Comprar uma placa PWM pronta é fácil. A parte mais interessante começa quando você entende por que existem uma entrada e uma saída, como o PWM controla o motor, por que precisamos observar tensão e corrente e o que acontece quando mudamos a carga mecânica.
A partir daí, você deixa de enxergar o módulo apenas como uma “plaquinha que controla velocidade” e começa a compreender o circuito como parte de um sistema.
Essa é a proposta do Método 7H RC: aprender elétrica e eletrônica de maneira prática, usando situações encontradas na bancada, no modelismo e nos próprios projetos.
Se você quer ter conhecimento para adaptar ferramentas, montar circuitos e entender o que está fazendo em vez de apenas copiar ligações prontas, conheça o Método 7H RC.