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Progettazione e stesura del software per microcontrollore per il controllo di un motore tramite inverter. Di Roberto Furlani CdL Ing Elettronica Applicata (Triennale) . Introduzione.

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Di Roberto Furlani CdL Ing Elettronica Applicata (Triennale)

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Presentation Transcript


Di roberto furlani cdl ing elettronica applicata triennale

Progettazione e stesura del software per microcontrollore per il controllo di un motore tramite inverter

Di Roberto Furlani

CdL Ing Elettronica Applicata (Triennale)


Introduzione

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

Schema a blocchi

Segnala le eventuali sovra- correnti

Per controllare gli interruttori dell’inverter

Motore asincrono

Blocco di potenza dell’nverterMC800 oppure MC2200

Microcontrollore

ST7FMC2


St7fmc2 schema a blocchi

ST7FMC2: schema a blocchi


St7fmc2 descrizione

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

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

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

Inverter PWM

  • Tensioni di fase sono di tipo PWM

  • Le correnti di output sono sinusoidali a causa dell’effetto filtrante dell’induttanza di motore

È una tensione continua

Interruttori controllati dal driver


Motore asincrono

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

Fotografie dei motori impiegati

Motore da 800 W

Motore da 2200 W


Test sul motore brushless

Test sul motore brushless

Lo starter kit è equipaggiato con un motore brushless

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


Vantaggi dello starter kit

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

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

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 velocit programmabili

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

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 velocit programmabili avviamento

Controllo a quattro velocità programmabili: avviamento

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

Velocità del rotore

Start

Velocità impostata per U1

U1

Rampa di U1

Rotore fermo


Controllo a quattro velocit programmabili variazione velocit

Controllo a quattro velocità programmabili: variazione velocità

Nuovo ingresso

Velocità del rotore

Velocità impostata per U1

Rampa di U2

U2

Velocità impostata per U2


Rampe di accelerazione decelerazione

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

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

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 risonanza1

Il problema della risonanza

Motore in accelerazione

Motore in decelerazione

  • La vris viene trovata sperimentalmente

  • Il D dovrà essere maggiore dell’intervallo entro cui possiamo considerare esauriti i fenomeni di risonanza

vprecedente

V ris + D

V ris

V ris

vprecedente

V ris - D

La pendenza della ramparimane invariata


La sovrapposizione degli ingressi

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

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


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