Di Roberto Furlani CdL Ing Elettronica Applicata (Triennale)

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

2. 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

3. 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

4. ST7FMC2: schema a blocchi

5. 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

6. 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)

7. 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)

8. 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

9. 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

10. Fotografie dei motori impiegati Motore da 800 W Motore da 2200 W

11. 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

12. 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

13. 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

14. 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

15. 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

16. 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

17. 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

18. Controllo a quattro velocità programmabili: variazione velocità Nuovo ingresso Velocità del rotore Velocità impostata per U1 Rampa di U2 U2 Velocità impostata per U2

19. 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

20. 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”

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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