Avviamento stella triangolo di un motore asincrono trifase

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Avviamento stella triangolo noto anche come Y-D di un motore asincrono trifase

Marco Gottardo

ad.noctis@gmail.com

Linguaggi usati:

1)Ladder PIC

2)Hitech C16

3)Hitech C18

Premessa

Utilizziamo la Micro-GT mini per avviare un motore asincrono trifase conosciuto come M.A.T. nella modalita' Y-D ovvero stella triangolo allo scopo di minimizzare le correnti assorbite dalle linee nella fase di accelerazione sotto sforzo, ovvero con coppia resistente applicata all'asse.

Il programma contiene una interessante routine di interrupt che potrete usare come solida base nel vostro studio della programmazione in ANSI C.

 

 Automazione di un nastro trasportatore con M.A.T.

Se avessimo a che fare con un impianto reale, come quello schematizzato nel prossimo disegno, dovremmo realizzare una parte di potenza cablando i teleruttori di marcia e una parte di logica che sara' alloggiata all'interno del quadro elettrico visibile a bordo macchina.

 

 

Nel quadro comandi, disegnato in marrone, abbiamo tre pulsanti cablati normalmente aperti ma acquisiti dalla scheda elettronica tramite delle resistenza di pull-up. Questo tipo di cablaggio fara' vedere al controller i pulsanti come se fossero normalmente chiusi ma con il vantaggio di rendere abbastanza immune ai campi elettromagnetici esterni tutto il PORT di imput.

 

Analogamente la fotocellula risultera' logicamente NC, ma in realta' la sua azione e' di tipo normal 1 -> pressed 0.

 

Il motore ha un aspetto piutttosto classico. E' prematuro addentrarsi troppo nello specifico argomento ma per chi fosse interessato esistono delle mie pubblicazioni raggiungibili ai link sottostanti, nel primo degli importanti appunti di macchine elettriche sincrone, asincrone e statice on A.C.:

 

 http://www.gtronic.it/energiaingioco/it/scienza/Macchine%20elettriche_ita.html

 

degni di nota sono anche gli articoli redatti in merito alle macchine elettriche in continua, che pur essendo fuori tema in questo momento potranno tornare utili agli allievi ingegneri come introduzione al corso di macchine elettriche.

 

http://www.gtronic.it/energiaingioco/it/scienza/motori_continua.html

 

http://www.gtronic.it/energiaingioco/it/scienza/motori_dc_industriali.html

 

Nell'immagine un tipco motore asincrono trifase di stazza piuttosto contenuta, ne esistono di davvero molto piu' grandi.

 

 

 il programma realizzato potra' essere usato come base per lo sviluppo dell'automazione ma vi sono cose sia hardware che software che vanno immediatamente riveste.

In primis il motore non sara' di certo di DC per asservimenti come quello usato nel nostro modello in scala, ma nel piu' fortunato dei casi un comunque semplice asincrono trifase, benche' esistano altre tecniche di azionamento che non tratteremo in questa sede.

Nel caso di motore asincrono trifase, spesso detto M.A.T. va immediatamente rivista l'interfaccia di potenza che diventera' almeno quella che vediamo nello schema sottostante.

 

 

download inversione di marcia e commutazione Y-D

 

 Secondo le nomenclature classiche dei testi di elettrotecnica con la "Y" si indica la configurazione a stella degli avvolgimenti mentre con  la "D" maiuscola la configurazione a triangolo delle stesse.

Alcuni segnali di comando vanno aggiunti dato che il motore DC si pilota solo in marcia/arresto, salita, discesa della cabina, mentre il M.A.T. si avvia meglio, specialmento sotto carico, con le fasi configurate a stella per poi commutarle a triangolo. Questa commutazione si attua allo scopo di massimizzare la coppia di avviamento e di minimizzare la corrente di avvio nota come corrente di spunto o di rampa.

download appunti manoscritti prof. Gottardo collegamento motore trifase

 

L'immagine sovrastante mostra il contenuto della scatola di morsettiera standard di un M.A.T., normalmente questa si trova sul corpo dello statore del motore, guardandolo frontalmente sul lato rotore sul fianco sinistro.

Per quelle macchine elettriche in cui siano rispettate le nuove nomenclature dovremmo trovare le diciture U,V,W, e i corrispondenti terminali di fase U',V',W'.

Dovrebbero essere forniti almeno tre ponticelli in rame che potranno essere fissati ai morsetti a prigioniero come indicato nell'immagine, o nella colonna di sinistra, collegamento a stella, oppure nella colonna di destra collegamento a triangolo. L'installatore esperto riconosce a colpo d'occhio in che maniera sia collegato il motore riconoscendo le seguenti posizioni semplificate per i ponticelli di rame:

 

Con un disegno riassumiamo questo effetto visivo, in cui le linee di alimentazione siano collegate ai tre morsetti della linea in basso semplicemente secondo la sequenza L1,L2,L3 , a volte si potra' trovare, specie con riferimento a vecchi schemi, la nomenclatura R,S,T.

 

 

 

La Micro-GT deve pilotare dei teleruttori di potenza, la cui bobina ' piuttosto robusta per poter essere eccitata direttamente, quindi come si fa di consueto, si munisce la porta del microcontrollore di optoisolamento e transistor di potenza, o nel caso di pura didattica anche del solo transistor di potenza.

Risolve bene il problema l'interfaccia di potenza Micro-GT che vediamo nella foto sottostante:

 

 

 

Con questa interfaccia ogni canale puo' sopportare impulsi anche fino ad 8A, molto sovradimensionati per la nostra necessita' di pilotare la bobina del teleruttore.

Lo schema elettrico e' semplie, essenziale, intuitivo. Non sono altro che quattro transistor di tipo darlinghton npn, polarizzati in modo di lavorare in zona di saturazione quando la Micro-GT mini fornisce una tensione di comando TTL alle sue uscite digitali. Dato l'elevato guadagno dei TIP122, si avra' la saturazione con una corrente di circa 10 milliampere ottenibile con una resistenza Rb posta nella base compresa tra 220 ohm e 330 ohm.

 

 

I diodi di ricircolo sono gia' integrati nel pcb, e sono molto utile dato che benche' questi TIP non siano particolarmente veloci in commutazione possono tranquillamente trasferite un comando PWM a 20kHz su motori DC medio piccoli.

 

 

i transistor impiegati hanno il sottostante pinout e housing

 

                                  

In mancanza di questo pcb potrete usare anche il pcb del ponte H G-Tronic, che vedete nelle foto del modello dell'ascensore, in cui monterete solo i due TIP con emettitore a massa, e sfruterete i fori esistenti per collegare i diodi di ricircolo.

Guardando lo schema di potenza notiamo la presenza di tre possibili segnali si comando che andranno forniti nella sequenza.

Come possiamo notare quello schema non permette l'inversione di marcia del motore ed e' quindi usato per un primo approccio semplificato didattico.

Vediamo ora come e' possibile invertire la marcia di un M.A.T.

La teoria minima sui sistemi trifase dice che le tensioni di terna , in funzione del tempo e1(t), e2(t), e3(t), sono ne caso ottimale sfasate tra loro di un angolo costante pari a un terzo dell'angolo giro, ovvero 2/3 P-greco radianti, e posseggono la medesima tensione di picco Vm. Per mantenere questa ottimalita' andranno applicate a dei carici il piu' simili possibili.

In queste condizioni la terna di tensione si dice simmetrica ed equilibrata.

A queste definizioni ne manca una di essenziale, ovvero, il verso rispetto alla positiva' dell'angolo che matematicamente risulta sempre positivo  se antiorario. Se ruotando in senso atiorario incontriamo la sequenza e1(t),e3(t),e2(t) allora la sequenza si dice diretta, se invece nel verso della positivita' dell'angolo incontriamo e1(t), e2(t),e3(t) allora la terna si dice inversa.

 

 

 

Siano i morsetti U,V,W collegati alle linee L1,L2,L3 a cui siano applicata una terna diretta. Supposte le fasi del motore U',V',W', chiuse per semplicita in corto tra loro, realizzando una stella "Y" il motore si portera' nella situazione di marcia avanti prevista dal costruttore scondo il verso di avvolgimento e della situazione dei campi interni.

Se si dispone di un generatore trifase a cui non sia possibile invertire la terna, come generalmente e' allora si potra' ottenere lo stesso risultato semplicemente invertendo tra loro due fasi, ad esempio le due laterali mantenendo fissa la fase centrale.

Il motore invertira' la marcia come avviene aprendo il teleruttore K1 e chiudendo il teleruttore K4.  Si faccia bene attenzione a disporre il sistema di un interblocco sia firmware che hardware per non incorrere nel problema di porre in corto tra loro due o piu' fasi. Generalmente l'inconveniente si presenta quando i contatti del teleruttore rimangono saldati a causa di extracorrenti e ripetuti archi voltaici dovuti al mal dimensionamento del dispositivo.

 

scarica fidocad avviamento e inversione MAT con Micro-GT

 

Un trucchetto che ci puo' aiutare nell'impedire i corti tra fasi spiegati sopra potrebbe essere quello di sostituire i contatti del teleruttore K4 con i contatti negati del teleruttore K1 usato per la marcia avanti, o viceversa a seconda di quale senso di marcia vogliamo come default per l'avvio del motore.

Il controllo dell'avvio avverra' agendo su K2 ovvero chiudendo le fasi a "Y" e successivamente a "D".

Programma in Hitech C16 per Micro-GT PIC16F876A.

Il programma e' stato sviluppato in Hitech C16, ovvero il compilatore integrato nella piattaforma MP-Lab di MicroChip.


/*********************************************************************
* Controllo avviamento Motore asincrono trifase Y-D             *
*                             G-Tronic Robotics                                                *
*                                     07/06/2012                                                       * 
*  Questo programma č sviluppato per PIC16F876A              *
*                       piattaforma Micro-GT mini                                        *
*                                                                                                                  *
*         Scopo del programma:                                                           *
* Avviare un motore asincrono trifase in modalita' stella        *
* triangolo, in modo temporizzato.                                                   *
* Un nastro trasportatore azionato dal MAT, si deve avviare*
* sotto carico agendo su un pulsante. Se intervine una           *
* fotocellula oppure un fine corsa il nastro di ferma.                  *
* Al comando di avvio le fasi si collegano a stella,                   *
* rimangono cosi' connesse per 5 secondi, si aprono per 2, *
* si chiudono a triangolo fino allo stop del motore                     *
**********************************************************************/

#include <pic.h> //libreria standard di riconoscimento hardware
#include "delay.h" //libreria potenziata versione 2010 di MicroChip per creare ritardi
#include "settaggi.h"

//ingressi digitali normal 1 ->pressed 0
#define startAV RA0
#define stop RA1
#define ftc RA2
#define startIND RA3


//uscite digitali TTL
#define avanti RB0 //comando teleruttore marcia avanti
#define indietro RB1 //comando teleruttore marcia indietro
#define stella RB2 //teleruttore commutazione fasi a stella
#define triangolo RB3 //teleruttore commutazione fasi a triangolo
#define lamp RB4 //segnale lampeggiante organi meccanici in avviamento o movimento

//memorie di appoggio "merker"
unsigned char mem_marcia; //memoria autoritenuta comando marcia avanti
unsigned char mem_marciaIND;//memoria autoritenuta marcia indietro
unsigned char memLamp;
unsigned char cont_memLamp;

int te=0x00;

   void main() {//inizia la funzione principale
       settaggi();
       memLamp=0; //inizializza merker per il lampeggio
       cont_memLamp=0; //inizializza merker conteggio per il lampeggio
        mem_marcia=0;
        mem_marciaIND=0;
  
while(1){
        if (((!startAV)||(mem_marcia))&&(stop)&&(ftc)&&(!mem_marciaIND)) mem_marcia=1;


        if (((!startIND)||(mem_marciaIND))&&(stop)&&(ftc)&&(!mem_marcia)) mem_marciaIND=1;


    if((stop==0)||(ftc==0))
        {
          mem_marcia=0;
          mem_marciaIND=0;
          avanti=0;
           indietro=0;
           stella=0;
            triangolo=0;
           RB7=0; // resetta bit provvisorio di test
          }

    if (mem_marcia) RB7=1; else {RB7=0;lamp=0;} //provvisorio per test

     if (((mem_marcia)||(mem_marciaIND))&&(!triangolo)){
          DelayS(3);
    if (mem_marcia) {avanti=1;indietro=0;}
    if (mem_marciaIND) {indietro=1;avanti=0;}
     stella=1;
     }
 

   if (((mem_marcia)||(mem_marciaIND))&&((avanti)||(indietro))&&(stella)&&(!triangolo)){
      DelayS(5);
   if (mem_marcia) {avanti=1;indietro=0;}
   if (mem_marciaIND) {indietro=1;avanti=0;}
      stella=0;
       DelayS(1); //attesa con fasi aperte prima della richiusura a triangolo
       triangolo=1;
       }
    }
}

void interrupt TIS(){

   if(T0IF==0x01){
        T0IF=0x00;
    if ((mem_marcia==1)||(mem_marciaIND==1)){
        memLamp=!memLamp;
        cont_memLamp=cont_memLamp+1;
  if (cont_memLamp==40) lamp=1;
  if (cont_memLamp==80) lamp=0;
  if (cont_memLamp>=81) cont_memLamp=0; //resetta la variabile di conteggio impulsi
  if ((stop==0)||(ftc==0)){ //caduta autoritenuta di marcia
        mem_marcia=0;
        mem_marciaIND=0;
        avanti=0;
         indietro=0;
         stella=0;
          triangolo=0;
      RB7=0; // resetta bit provvisorio di test
      }
    }

  }
}

 

Download sorgente Hitech C per C16 pic 16F876A -> Scarica controllo motore asincrono trifase

 

Download simulazione con Realpic simulator -> scarica Realpic project avvio stella triangolo

 

scarica programma compilato in hitech C16 "avvio Y-D" -> download file hex per 16F876a

 

Programma in LadderPIC

Vediamo la programmazione dell'avviamento nei due possibili sensi di marcia del motore asincrono trifase sviluppato in un linguaggio che risultera' molto chiaro ai programmatori di PLC secondo lo standard del linguaggio a contatti noto in ambiente Step7  Siemens come "KOP".

Micro-GT mini By G-Tronic Robotics

data programma 09/06/2012

program: Avviamento stella triangolo e inversione di marcia del M.A.T.

LDmicro export text
for 'Microchip PIC16F876 28-PDIP or 28-SOIC', 20.000000 MHz crystal, 10.0 ms cycle time


LADDER DIAGRAM:

   ||
   ||      Xstart_AV                           Xstop               Xftc                   Rmem_marcia_IND     Rmem_marcia_AV
1 ||-------]/[----------------+-------] [-------------] [-------------------------]/[--------------------( )-------
   ||                                 |
   || Rmem_marcia_AV     |
   ||-------] [----------------+
   ||
   ||
   ||
||
|| Xstart_IND              Xstop                    Xftc         Rmem_marcia_AV      Rmem_marcia_IND
2 ||-------]/[------+-------] [--------------] [--------------]/[-------------------------( )-------
||                       |
|| Rmem_marcia_IND|
||-------] [---------+
||
||
||
||
|| Rmem_marcia_AV                       Tritardo3S Rmem_3S
3 ||-------] [------+--------------------[TON 3.000 s]-------------------------( )-------
||                       |
|| Rmem_marcia_IND|
||-------] [---------+
||
||
||
||
|| Rmem_marcia_AV     Rtempo_off              TT-ON Ylampeggio
4 ||-------] [-------------+-------]/[---------------------[TON 500.0 ms]-----------( )-------
||                               |
|| Rmem_marcia_IND |
||-------] [---------------+
||
||
||
||
||     Ylampeggio                                TT-OFF Rtempo_off
5 ||-------] [---------------------------[TON 500.0 ms]-----------------------------( )-------
||
||
||
||
||      Rmem_3S        Rmem_marcia_AV                                                Yavanti
6 ||-------] [--------------] [------------------------------------------------( )-------
||
||
||
||
||    Rmem_3S          Rmem_marcia_IND                                               Yindietro
7 ||-------] [--------------] [------------------------------------------------( )-------
||
||
||
||
||      Yavanti              RtimeOUT_stella      Ytriangolo                                   Ystella
8 ||-------] [------+-------]/[------------------]/[-------------------------------( )-------
||                       |
||    Yindietro      |
||-------] [---------+
||
||
||
||
||        Yavanti                                    Ttempo_stella                             RtimeOUT_stella
9 ||-------] [------+------------------[TON 5.000 s]----------------------( )-------
||                        |
|| Yindietro             |
||-------] [----------+
||
||
||
||
||      RtimeOUT_stella                           Ttempo_interfas                           Rfasi_aperte
10 ||-------] [-----------------------------[TON 2.000 s]----------------------( )------
||
||
||
||
||             Yavanti            RtimeOUT_stella      Rfasi_aperte     Ystella            Ytriangolo
11 ||-------] [------+-------] [-----------------------] [--------------]/[--------------( )-------
||                         |
||         Yindietro       |
||-------] [-----------+
||
||
||
||------[END]--------------------------------------------------------------------------|
||
||


E/S ASSEGNAZIONE:

Nome                         | Type                | Pin 876a Micro-GT
----------------------------+--------------------+------
Xftc                            | Input digitale   | 4
Xstart_AV                 | Input digitale   | 2
Xstart_IND                | Input digitale   | 5
Xstop                          | Input digitale   | 3
Yavanti                       | Uscita digitale  | 21
Yindietro                    | Uscita digitale | 22
Ylampeggio               | Uscita digitale | 25
Ystella                        | Uscita digitale | 23
Ytriangolo                  | Uscita digitale | 24
Rfasi_aperte             | Relč interno |
Rmem_3S                 | Relč interno |
Rmem_marcia_AV   | Relč interno |
Rmem_marcia_IND  | Relč interno |
Rtempo_off                | Relč interno |
RtimeOUT_stella       | Relč interno |
 

Assegnazione dei Timer ritardati all'ecitazione

 

TT-OFF
T-ON
ritardo3S
tempo_interfas
tempo_stella
  

scarica il programma stampabile in formato testo -> Download avviamento Y-D LadderPIC Micro-GT 16F876

 

scarica il programma in ladderPIC -> Download avvamento stella triangolo .LD

 

 

scarica compilato .hex da ladderpic -> Download avviamento Y-D ladderpic hex

Simulazione con RealPIC simulator

Sotto vediamo una immagine del simulatore RealPIC, con delle etichette aggiunte per distinguere le funzionalita' dei vari pulsanti e pin di uscita collegati virtualmente a spie LED.

L'oscilloscopio virtuale ha lo scopo di fare notare l'oscillazione del lampeggiante giallo che secondo le normative di sicurezza vigenti deve preavvisare gli utenti che organi meccanici stanno per mettersi in movimento e continuare la segnalazione per tutta la durata del movimento stesso.

L'apertura di qualsiasi carter del quadro comandi comporta lo sgancio dell'alimentazione e la messa in sicurezza automatica dell'impianto.

 

 

Invito tutti gli appassionati della programmazione dei PIC a visitare la nascente Micro-GT community in cui potrete vedere articoli completamente open surce e open hardware e partecipare con i vostri interventi scaricando l'articolo "scheletro" e completandolo con le vostre creazioni.

 

http://www.gtronic.it/community/community.html

.

Attenzione, per gli interessati ad un corso di Microcontroller PIC a Padova.

Attivazione 12 Giugno 2012 del corso: 
   

titolo:                  Programmazione dei Microcontrollori PIC 16F876/877 e 18F2550 in hitech C16 e C18 e LadderPic
Questo corso non č curriculare per la facoltŕ e non assegna CFU ma č fondamentale per il know how degli ingegneri. La segretaria ZIP, (per questo corso), signora Paola, risponde al numero  338 8778054

Si concluderŕ in 13 lezioni e quindi finirŕ prima delle vacanze estive.  

Frequenza due volte alla settimana dalle 20:00 alle 23:00.  i giorni si concordano con i partecipanti in funzione degli impegni. 
Gli interessati chiamino in orario serale dalle 17:00 alle 20:00 si puň chiamare (per questo corso) la segreteria di via quarta strada, in zona industriale tel: 049/772903

E' possibile iscriversi ai corsi durante tutto l'anno. L'attivazione avviene ogni volta che si forma una classe di almeno 6 persone

 

 

Procurarsi il sistema di sviluppo o i PCB.

Tutto quello che avete visto in questo articolo č stato sviluppato con circuiti stampati marchiati G-Tronic, e facenti parti del Ramo  Micro-GT dedicati al corso "Let's GO PIC!!!" di cui questo articolo rappresenta il capitolo 21.

I programmi sono stati sviluppati su piattaforma Micro-GT versatile IDE che vedete nella foto:

 

 

Le due schedine realizzate su mille fori che vediamo in aggiunta servono per aggiungere un comodo interrutore di accensione e spegnimento non previsto onboard e il kit di conversio che permette l'uso degli adattatori USB->RS232 per la programmazione dei PIC usando i netbook.

L'IDE software per il momento č ancora MpLAb con il compilatore Hitech, ma stiamo sviluppando la piattaforma MG-Lab dedicata all'hardware Micro-GT che integrerŕ il ladderPIC o una sua variante.

Per il momento vi invito a leggere il capitolo 1 di "Let's GO PIC!!!" in cui si viene guidati passo passo alla prima compilazione di un programma in hitech C.

Per chi fosse interessato ai PCB visibili nell'articolo,ovvero, la Micro-GT mini, la Micro-GT Versatile IDE, il Micro-GT power shield, i ponti H anche in panneli da 10 esemplari, sono disponibili al costo della realizzazione, facendomi richiesta via mail all'indirizzo ad.noctis@gmail.com

Buon divertimento a tutti

Marco Gottardo as ad.noctis


This opera is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.5 Italy License.

 

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