Progettazione e stesura del software per

microcontrollore per il controllo di un motore

tramite inverter

Di Roberto FurlaniCdL Ing Elettronica Applicata (Triennale)

Introduzione

Obiettivo: Ci si propone di progettare un software per microcontrollore in grado di contollare un motore asincrono tramite inverter

Applicazione: ventilatore d’aerazione di un bruciatore di gas

Schema a blocchi

MDC

AC

47 KBleeder

Trasfcoupler

Optoc

Optoc

I/Oisolati

Sensevoltage

C

speed

+ 5 V

+ 12 V

RS232

K1

PowerBlock

Current control

RS4 -

RS4 +

Overcurrentsu +

DrIver

PWMOut

6 6

Tensionedi rete Per controllare gli

interruttori dell’inverter

Motore asincron

o

MicrocontrolloreST7FMC2

Blocco di potenza

dell’nverter MC800 oppure MC2200

Segnala le eventuali sovra-

correnti

ST7FMC2: schema a blocchi

ST7FMC2: descrizione

È un microcontrollore progettato per il controllo del motore

La ST mette a disposizione una scheda di debug e uno starter kit per i test

InDart - STX Permette l’esecuzione del

debug direttamente sul campo mediante il protocollo JTAG

Permette lo scambio di informazioni tra un monitor residente sulla flash ed il PC; consente perciò l’esecuzione veloce delle istruzioni (lettura in tempo reale)

Isolamento

La tensione di rete può rivelarsi pericolosa per l’utente che regoli il potenziometro d’ingresso del microcontrollore al fine di variare la velocità del motore

Occorre isolare il segnale dalla rete

Al fotoaccoppiamento si è preferito l’utilizzo di un separatore galvanico a trasformatore (più veloce e in grado di fornire un isolamento migliore)

Inverter PWM

Tensioni di fase sono di tipo PWM Le correnti di output sono sinusoidali

a causa dell’effetto filtrante dell’induttanza di motore

-

Vd / 2

Vd / 2

Vd

A B C

TA+

TA-

TB+

TB-

TC+

DC-

DA+

DA- DB-

DB+ DC+

TC-

+

N

o

id

È una tensione continua

Interruttori

controllati dal driver

Motore asincrono Si comporta come un

trasformatore con un avvolgimento in movimento

Costruzione semplice e robusta

Economico Grazie all’alimentazione a

frequenza variabile (PWM) si riesce a ottenere notevole variazione di velocità

Fotografie dei motori impiegati

Motore da 800 W Motore da 2200 W

Test sul motore brushless

La ST fornisce uno starter kit per testare il funzionamento del microcontrollore

Lo starter kit è equipaggiato con

un motore brushless

Vantaggi dello starter kit

È già equipaggiato con un motore, per cui non occorre collegare una scheda apposita ad un motore separato

È un dispositivo general purpose

Permette di eseguire test sia su applicazioni per motori BLDC che su applicazioni per motori asincroni

Operazione di analisi

C’è la possibilità di controllare il motore ad anello aperto o ad anello chiuso

All’avviamento, il motore accelera attraverso delle rampe

Troviamo delle routine ottimizzate per la gestione del blocco MTC

Nei file predefiniti viene impostata una soglia di protezione per l’inverter

Si opta per eseguire un controllo ad

anello aperto

Operazione di sintesi

Controllo continuo o a quattro velocità programmabili

Rampe di accelerazione/decelerazione

Il contatto K1 (isolato galvanicamente)

Il problema della risonanza La sovrapposizione degli ingressi

Il controllo continuo o a quattro velocità programmabili

Si hanno quattro interruttori: U1, U2, U3 e U4

Attraverso la programmazione di U3 si può scegliere se controllare la velocità del motore

Tramite una regolazione continua Selezionando quattro velocità fisse e pre-

impostate

Regolazione continua

Questo tipo di controllo può essere eseguito:

Tramite segnale di tensione per mezzo di un potenziometro

Tramite un segnale di corrente da 4-20mA

Controllo a quattro velocità programmabili: avviamento

In seguito, il rotore continua a ruotare alla velocità impostata per U1 se non accade null’altro

Start

U1Rotore fermo

Velocità del rotore

Velocità impostata per U1

Rampa di U1

Controllo a quattro velocità programmabili: variazione velocità

U2

Velocità impostata per U1

Velocità impostata per U2

Rampa di U2

Velocità del rotoreNuovo ingresso

Rampe di accelerazione/decelerazione

Le variazioni di velocità avvengono secondo rampa per evitare variazioni di velocità troppo brusche

La pendenza della rampa sarà positiva se si fa accelerare il motore e negativa se lo si fa rallentare

La pendenza con cui la rampa passa da una velocità all’altra è sempre in funzione della velocità di arrivo

Il contatto K1

Il contatto K1 è normalmente aperto e viene attivato:

Al raggiungimento della velocità programmata

Dopo che è trascorso un tempo programmato

K1 verrà disattivato non appena si

scenderà sotto quella velocità

K1 verrà disattivato al venir meno di tutti gli

ingressi “U”

Il problema della risonanza

La frequenza di risonanza causa oscillazioni alla struttura meccanica che potrebbero danneggiare il motore

Non si vuole che la velocità del motore si stabilizzi alla frequenza di risonanza

In sede di programmazione si fa sì che se l’utente imposta la velocità di risonanza vris

Il problema della risonanza

La vris viene trovata sperimentalmente Il dovrà essere maggiore

dell’intervallo entro cui possiamo considerare esauriti i fenomeni di risonanza

Motore in accelerazione Motore in decelerazione

vprecedente

vprecedente

V ris

V ris

V ris +

V ris - La pendenza della ramparimane invariata

La sovrapposizione degli ingressi

Se due ingressi “U” sono contemporaneamente attivi, si possono avere due situazioni:

Sovrapposizione non ammessa: il motore continuerà a ruotare alla velocità impostata per prima

Sovrapposizione ammessa: il motore assumerà la velocità relativa all’ingresso inserito per ultimo, dopo un tempo programmabile

Conclusioni

Gli obiettivi prefissati sono stati raggiunti

Tramite un’interfaccia utente realizzata in Visual Basic è dunque possibile controllare il motore secondo le specifiche descritte in questa presentazione e (più dettagliatamente) nella tesi