Progettazione e stesura del
software per microcontrollore
per il controllo di un motore
tramite inverter
Di Roberto Furlani
CdL 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
Segnala le eventuali
sovra- correnti
47 K
Bleeder
RS4 +
Tensione
di rete
 speed
Trasf
coupler
Sense
voltage
Per controllare gli
interruttori
dell’inverter
Overcurrent
su +
6
+5V
AC
DC
C
RS232
Optoc
+ 12 V
PWM
Out
D
r
I
v
e
r
Power
Block
6
M
Optoc
I/O
isolati
Microcontrollore
ST7FMC2
Motore
asincrono
Current control
K1
Blocco di
potenza
dell’nverter
MC800 oppure
MC2200
RS4 -
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
id
+
Vd / 2
È una tensione
continua
TA+
DA+
TA-
DA-
TB+
DB+
TC+
DC+
DB-
TC-
DC-
o
Vd
Vd / 2
TB-
-
N
Interruttori
controllati
dal driver


A
B
C
Tensioni di fase sono di tipo PWM
Le correnti di output sono sinusoidali a
causa dell’effetto filtrante dell’induttanza
di motore
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
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


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

Si opta per
eseguire un
controllo ad
anello aperto



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
Operazione di sintesi



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
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 preimpostate
Regolazione continua
Questo tipo di controllo può essere
eseguito:


Tramite segnale di tensione per mezzo
di un potenziometro
Tramite un segnale di corrente da 420mA
Controllo a quattro velocità
programmabili: avviamento
Start
Velocità del rotore
Velocità impostata per U1
U1
Rampa di U1
Rotore fermo
In seguito, il rotore continua a
ruotare alla velocità impostata per
U1 se non accade null’altro
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
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 al venir
meno di tutti gli ingressi “U”
K1 verrà disattivato non
appena si scenderà sotto
quella velocità
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
Motore in accelerazione
V ris + D
Motore in decelerazione
vprecedente
V ris
V ris
vprecedente
La pendenza della ramparimane invariata


V ris - D
La vris viene trovata sperimentalmente
Il D dovrà essere maggiore dell’intervallo
entro cui possiamo considerare esauriti i
fenomeni di risonanza
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