FUNZIONAMENTO

Di seguito la descrizione delle funzionalità implementate nell'inverter MST_KV3F.

START e STOP

La partenza ( comando di START) e l'arresto del motore ( comando di STOP) sono comandati tramite l'ingresso SS del connettore X4 (pin3). Il comando di SS ha la seguente logica: Se SS=GND il motore viene arrestato mentre  se SS e' lasciato libero il motore parte. L'ingresso SS agisce sulla tensione VC filtrata che arriva al microcontrollore per cui su SS si può leggere la tensione VC che il micro legge e interpreta per definire la velocità del motore. Questo significa che il comando di STOP/ START può essere anche dato anche tramite il potenziometro ma se si vuole agire ( avviare o arrestare) sul motore senza cambiare il settaggio della velocità allora si pilota l'ingresso SS tramite comando esterno ( per esempio uno switch che lo collega a GND).

Cambio del verso di rotazione

  L'inverter trifase MST_KV3F permette di gestire il verso di rotazione agendo semplicemente sull'ingresso ROT ( pin 1 del connettore X4). In particolare, collegando a GND il pin ROT tramite uno switch (vedi schema applicativo), il motore ruoterà nel verso opposto al verso di rotazione che si ha quando ROT non e' polarizzato ovvero lasciandolo non collegato ( switch aperto). Il verso di rotazione dipende da come sono collegati le fasi R, S, T dell'inverter al motore. Il cambio del verso di rotazione avviene senza l'utilizzo di elementi di commutazione di potenza ( relè, etc) ma e' gestito elettrnicamente dallo stadio di potenza dll'inverter. Si rammenta che in un motore trifase il verso di rotazione e' imposto dalla sequenza delle tre sinusoidi, sfasate tra loro di 120 gradi, con cui si alimentano i tre avvolgimenti dello statore. Agendo su ROT si scambiano le sinusoidi  R e S tra loro ovvero sull'uscita  R uscirà la sinusoide S e sull'uscita S verrà riprodotta la sinusoide S.  Quando si impone il cambio di rotazione il motore deve essere frenato al fine di portare i suoi giri a zero per poi imporre la rotazione nel verso opposto. Nel momento in cui ROT cambia valore, il controllore attua una routine di FRENATURA.

Frenatura

La frenatura e' una procedura da attuare quando si arresta in un motore trifase riducendo o portando  a zero i suoi giri. Se non si attua la frenatura con freni meccanici applicati all'asse del motore si può frenare il motore elettricamente mediante alcune tecniche che brevemente elencheremo. E' noto che quando si riducono i giri con una rampa di decelerazione, il motore restituisce energia all'inverter in quanto per inerzia meccanica continua a ruotare diventando un generatore. Se questa energia non viene dissipata si ha un aumento della tensione  ai capi del condensatore post ponte di Greatz fino al superamento della massima tensione di lavoro e quindi riduzione della tempo di vita e/o danneggiamento. La tecnica classica di frenatura e' quella di utilizzare una resistenza per dissipare questa energia restituita dal motore all'inverter. La resistenza e' attivata per mantenere la tensione ai capi del condensatore a livelli di sicurezza. Oltre alla tecnica con la resistenza si usano altre tecniche che comportano una gestione elettrica degli avvolgimenti statorici del motore. Per  esempio una tecnica e' detta  DC injection che consiste nel fornire una tensione DC con il polo positivo connesso ad una fase e quello negativo alle altre due fasi connesse corto tra loro. Altro metodo e' quello di forzare il motore ad ruotare in senso inverso ( plugging). Per maggiori informazioni sulle varie tecniche si rimanda ad una ricerca sul WEB. L'inverter MST_KV3F non implementa le tecniche di frenature.

Funzione di Soft Start / Soft STOP e  Soft Ramp

Onde  evitare elevate correnti di spunto sia all'accensione (partenza da fermo) e durante il funzionamento nel cambio di settaggio di velocità si applica una rampa di accelerazione/ decelerazione. In particolare, nel caso di partenza da fermo si parla di rampa di accelerazione di SOFT START mentre nel caso di arresto si parla di SOFT_STOP.  Durante il funzionamento si parla di SOFT_RAMP che può implicare una rampa  di accelerazione o decelerazione a seconda se si passa ad un valore maggiore o minore di velocità.  In realtà nelle fasi in cui si arresta del tutto il motore o si passa da una regolazione maggiore ad una minore, onde evitare fenomeni di rigenerazione si applica una frenatura del motore eseguita con le tecniche discusse nel paragrafo precedente.

Impostazione della velocità

 Il valore della velocità del motore si setta mediante la tensione sul pin VC del connettore X4. Nella applicazione manuale si utilizza un potenziometro alimentato dai pin GND e V5V del connettore X4 con il terminale centrale collegato a VC. Questa tensione può essere fornita anche da una scheda esterna ( PLC, Arduino, etc). In realtà, tramite la tensione su VC, si sceglie la coppia di valori  Ampiezza_Rms - Frequenza delle tre sinusoidi (R,S,T) generate in uscita dall'inverter. Tutti i parametri dell'inverter sono stati scelti basandoci su un motore trifase per lavatrici come il NIDEC20585.108 di cui parliamo nel tutorial. motori trifase per lavatrici.
Questo motore ha una velocità massima di 17500RM quando si fornisce una alimentazione di interlinea trifase di 195Vrms a 310Hz. Si e' scelto quindi di limitare il range di regolazione del motore al 50% della sua velocità di targa. Per cui la regolazione parte dalla coppia 6.3V/10Hz alla coppia 100Vrms - 160Hz   per una tensione di ingresso di Vin=220Vac (312,5 Vmax).
Ci sono 128 possibili valori selezionabili (il passo e' di 1.25Hz). Il rapporto tra tensione e frequenza è mantenuto costante per tutto il range di regolazione al valore di 195/310=6.3 come imposto dalla tecnica di regolazione di tipo V/F . Di seguito una formula che permette di ricavare il valore teorico della tensione e frequenza Fout delle sinusoidi in uscita ( VR, VS, VT) a partire dalla tensione VC. Questa formula può tornare utile se si vuole in una applicazione con controllore esterno visualizzare il valore della tensione e frequenza teorica partendo dalla lettura della tensione VC ( anche dal pin SS).

Fout = VC x 32

VR,VS,VT = 0.629x Fout

Per esempio se VC =5V ( valore massimo) allora Fout = 160Hz e VR=100V o per VC= 1.5625V Fout= 50Hz e VR=31.45V.

Monitor di stato

Tramite il valore dei segnali SS e FOUT del connettore X4 ( a cui si possono collegare dei diodi LED vedi schema collegamenti) si può conoscere lo stato del regolatore. Di seguito la tabella che riassume le diverse condizioni di funzionamento del regolatore sulla base delle indicazioni dei valori di tensione dei pin SS e FOUT del connettore X4. Si intende che queste funzioni hanno senso per un regolatore alimentato correttamente dalla VIN.( connettore J1 configurato per avere FOUT sul pin2 del connettore X4). Lo stato dell'ingresso ROT non interessa il monitoring dello stato dell'inverter.

SS FOUT
 INVERTER
 STADIO USCITA
 NOTE
 STOP (GND)
 0
 STAND-BY
 NON - ATTIVO
 STOP MODE
 START
 SIG**
 ATTIVO ATTIVO
 MOTORE ALIMENTATO
 START
 0
 ATTIVO NON ATTIVO
PROTEZIONE ATTIVATA
 MOTORE NON ALIMENTATO

Tabella riassuntiva  dello stato del regolatore in funzione di SS e FOUT

 ** SIG = segnale onda quadra con frequenza uguale a quella della sinusoide in uscita

PROTEZIONI


Nell'inverter trifase MST_KV3F sono implementate delle protezioni per salvaguardare l'integrità dello stadio di uscita e la sicurezza dell'utente.

SAFE START

La funzione di Safe Start e' una protezione che evita l'attivazione del motore quando il circuito viene alimentato dall'utente o per il riarmo della tensione di rete a seguito di una interruzione dell'energia elettrica. L'utente, per attivare l'inverter, deve passare per la posizione di STOP e poi andare su START.


Protezione Termica (OTP)

La protezione termica OTP ( Over Temperature Protection)  si attiva quando lo stadio di uscita raggiunge una soglia di temperatura settata ad un valore di guardia ( vedi tabella caratteristiche elettrice). Per conoscere la temperatura dello stadio finale, il microcontrollore legge la tensione VNTC  in uscita del partitore che comprende il sensore NTC. 

Protezione al sovraccarico (OLP)

La protezione al sovraccarico OLP  si attiva quando la corrente del carico supera una soglia o in occasione di un corto sulla linea di uscita. La soglia di attivazione dipende dal valore dei resistore Rsense di sensing scelto: quando la tensione ai capi del resistore di sensing Rsense, in virtù della corrente I_motor che scorre nel motore, supera la soglia di 0.525V si attiva la protezione spegne lo stadio di uscita molto velocemente.

I_motor= 5.25 /Rsense

La corrente I_motor ha un limite massimo che e' definito dal valore massimo di corrente che il modulo IPM può gestire.

Quando si attivano le protezioni OLP e OTP, per poter ripartire, bisogna portare il comando di START/STOP prima nella posizione di STOP e poi in START dopo aver atteso qualche secondo per garantire il raffreddamento dello stadio di uscita o dopo aver rimosso la condizione di sovraccarico /corto.

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