Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores...

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Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC® MOT

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Introdução sobre Motores de Indução (ACIM) Componentes e Hardware necessários para oinversor de freqüênciaTécnicas de ControleComponentes Microchip voltados paraControle de MotorFerramentasDemonstração Application Notes

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Técnicas simples de controle de motores de

Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

MOT

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

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Como funciona um Motor de Indução AC

trifásico (3PH - ACIM)?

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Motor de Indução AC

Fonte: http://www.ieeeFonte: http://www.ieee--kc.org/images/motors/motorslip/AC%20Induction%20Motor%20cutaway.kc.org/images/motors/motorslip/AC%20Induction%20Motor%20cutaway.jpgjpg

�������

�����

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Motor de Indução AC� Principio de Operação:

− Oposto de um gerador− Funciona com correntes

alternadas − Possui de 1 a 3 fases − Assíncrono

120 * frequency120 * frequencyPolesPoles

Synchronous = Synchronous = SpeedSpeed

� Características:− Baixo custo de manufatura− Solução Simples para aplicações com velocidade fixa− Eficiência mais baixa do que um motor com Imã

permanente− Velocidade proporcional à freqüência da linha (50 ou 60 Hz) − O controle de velocidade e torque variáveis é complexo

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Aplicações do ACIM

� Motores de alta potência� Compressores� Eletrodomésticos� Bombas elétricas� Sistemas de Ventilação� Automação� Ferramentas� Levantadores de portão

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Motores de Indução AC� Fluxo rotativo

− Gerado pelo alinhamento dos

enrolamentos das 3 fases sobre

o estator (armação)

− Velocidade síncrona de campo

depende do número de pólos

− 2 pólos @ 60 Hz, 3600 rpm

− 4 pólos (mostrado) @ 60 Hz,

1800 rpm

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Estator

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����� �� ���� �����

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Correntes no Estator

Fonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sinewaves.htFonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sinewaves.htmlml

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Motores de Indução AC

� Rotor do ACIM− Rotor de aço laminado conectado a condutores

de cobre interligados por anel de alumínio− O fluxo Rotativo induz corrente no condutores

do rotor, e o anel fecha o circuito− A corrente induzida cria forca que provoca

rotaçãoConductor bars End ring

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Rotor

���������� ������������ �� �����������

����� �����

����

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Correntes induzidas no rotor

Fonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/squirrelcageFonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/squirrelcage.html.html

Motor com 2 pMotor com 2 póóloslos

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Correntes no Estator e Rotor

Fonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sinwdg.htmlFonte: http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/sinwdg.html

LegendaLegendaCorrentes no Estator: Correntes no Estator: VermelhoVermelho / / VerdeVerde / Azul/ AzulCorrente Resultante: Corrente Resultante: PretoPreto

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Escorregamento (Slip)� Diferença percentual da velocidade do

rotor para a velocidade do campo girante;

� Exemplo:Motor de 4 pólos− Rotação do campo: 1800 rpm.− Velocidade do rotor:1750 rpm− Escorregamento = 100 * (1800 - 1750) / 1800 = 2,8%.

� A velocidade do rotor depende de aspectos construtivos e da classe do motor.

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Torque x Escorregamento

Stall TorqueStall Torque

OperatingOperating PointPoint

Synchronous SpeedSynchronous SpeedMotorMotorBrakingBraking

GeneratorGenerator

Starting TorqueStarting Torque

TorqueTorque

RPMRPM

000.50.5 --0.50.5 --1.01.01.01.01.51.5

SLIPSLIP

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Torque x Escorregamento

TorqueTorque

15 Hz15 Hz 30 Hz30 Hz 45 Hz45 Hz 60 Hz60 Hz

SlipSlip

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

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Inversor de Freqüência

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Diagrama Simplificado

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Ponte Trifásica

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Escolhendo o elemento chaveador

� Depende da aplicação e especificações do Motor

� Tensão� Corrente� Potência� Encapsulamento

� Circuito limitador de corrente necessário, especialmente em potências elevadas

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Escolhendo o elemento chaveador

PLOSS = Irms * 2 * RDS-ON

where:RDS-ON = drain-to-source

on-state resistanceIrms = drain-to-source rms current

PLOSS = Iave * VCE-SAT

Where:VCE-SAT = collector-to-emitter

saturation voltageIave = collector-to-emitter average current

MOSFETMOSFET IGBTIGBT

NN--ChannelChannel NN--ChannelChannel

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Gate Charge

Vdrv

CGS

Rdrv

on

off

turn-on turn-off

t1 t2t3

t1t2t3

VthVpl

VDR

VGS

VDS

IG

0

0

0

2 2 Crss(VDS(t)- VDS(t-1))

2Ciss(VDR)

2PDRIVE - +[ ]fSW

O Gate Driver deve ser capaz de suprir as necessidades de corrente que atendam Ciss=Cgs+Cds e também absorver a energia de desligamento, dada por Crss = Cds.

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MOSFET ou IGBT?� MOSFETs mais adequados para tensões < 250V

− Perdas por chaveamento são menores nos Fets;

� IGBTs mais adequados para tensões > 500V− Conforme aumenta-se a tensão, aumenta-se proporcionalmente o

RDS-ON e tamanho. Acima dos 500V, as perdas por condução dos Mosfets são muito maiores do que os IGBTs;

Tensão do Sistema Tensão nas chaves

127V ou 220V >500V

380V 1200V

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Elementos ChaveadoresPrincipais considerações

� Prever Dead-time suficiente para evitar curtos entre Vbus e GND;

� Incluir proteção de sobrecorrente e temperatura afim de proteger os IGBTs/Mosfets;

� Dimensionar resistor de gate e corrente Sink/Source dos Drivers corretamente para minimizar perdas por chaveamento;

� Selecionar a freqüência de chaveamento adequada para minimizar a geração EMI e maximizar a eficiência;

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Elementos ChaveadoresPrincipais considerações

� Minimizar Loops de corrente para minimizar o impacto da tensão reversa de desligamento nos IGBTs;

� Deve-se considerar apenas 80% da tensão especificada nas chaves (MOSFET 500V limitar seu uso em 400V);

� Considerar temperatura máxima de junção (Normalmente não ultrapassar 120ºC)

� Considerar corrente de partida (Típicamente 6x) e curto circuito na seleção;

� Em casos de paralelamento de IGBTs, equalizar a temperatura nas chaves para melhor distribuição de corrente;

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Onde Obtenho mais informações sobre IGBTs?

International Rectifier ANInternational Rectifier AN--990: Application Characterization of IGBTs 990: Application Characterization of IGBTs

http://www.irf.com/technicalhttp://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--990.pdf990.pdf

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Gate Driver

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High Voltage FloatingMOS Gate Driver

Block Diagram

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Considerações para oGate Driver

1) Deve gerar uma tensão no gate dos IGBTs em High side

de 10V a 15V maior do que a tensão no Dreno/Coletor;

2) Baixa impedância de saída para rápida carga e descarga

da capacitância de gate;

3) Baixa perda interna quando opera em altas freqüências;

4) Proteger as chaves impondo “0” em condições de baixa

tensão;

5) Possuir melhor imunidade a transientes negativos em Vs;

Page 32: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Onde Obtenho mais informações sobre Gate

Drivers?

International Rectifier ANInternational Rectifier AN--985: 985: SixSix--Output 600V MGDs Output 600V MGDs Simplify 3Simplify 3--Phase Motor DrivesPhase Motor Drives

http://www.irf.com/technicalhttp://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--985.pdf985.pdf

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Módulos Inteligentes de Potência

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3434

��������������

Ponte TrifPonte Trifáásica:sica:•• IGBTs (NPT)IGBTs (NPT)••Diodos (Hyperfast)Diodos (Hyperfast)

Gate Driver:Gate Driver:•• Diodos Bootstrap + Resistor Diodos Bootstrap + Resistor •• Driver TrifDriver Trifáásicosico•• Resistores de GateResistores de Gate

ProteProteçção:ão:•• Temperature/CorrenteTemperature/Corrente

Módulos Inteligentes de Potência

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Módulos Inteligentes de Potência

� Integram Gate Driver e Chaves;

� Normalmente possuem proteções de sobre corrente, sub tensão e temperatura;

� Podem integrar resistor Shunt no barramento negativo;

� Podem integrar termistor para leitura de temperatura;

Page 36: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Onde Obtenho mais informações sobre Módulos

de potência?

International Rectifier IPM Application OverviewInternational Rectifier IPM Application Overview

http://www.irf.com/technicalhttp://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--1044.pdf1044.pdf

Page 37: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Dimensionamento dos Capacitores

International Rectifier ANInternational Rectifier AN--1044: 1044: IPM Application OverviewIPM Application Overviewhttp://www.irf.com/technicalhttp://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--1044.pdf1044.pdf

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Circuito de sobre corrente

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Dimensionamento do circuito de sobre corrente

International Rectifier ANInternational Rectifier AN--1044: 1044: IPM Application OverviewIPM Application Overviewhttp://www.irf.com/technicalhttp://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--1044.pdf1044.pdf

Page 40: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Dimensionamento do circuito de sobre corrente

Fonte: http://www.irf.com/technicalFonte: http://www.irf.com/technical--info/appnotes/aninfo/appnotes/an--1044.pdf1044.pdf

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

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Técnicas de Controle

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Controle em malha aberta

Parâmetros de Ajuste Controlador Motor+

-

Controle Escalar V/F em Controle Escalar V/F em malha abertamalha aberta

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Controle em malha Fechada

Parâmetros de Ajuste Controlador Motor+

-

Sensor Optico/Hall ou

Shunts

Controle Escalar V/F com realimentaControle Escalar V/F com realimentaççãoãoControle Vetorial FOCControle Vetorial FOC

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Controle V/F

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Controle Escalar – V/FMalha aberta

• Simples de ser implementado;• Baseia-se no princípio da relação V/F constante

para diferentes Torques e velocidades;• Escorregamento é desprezado;• Desempenho comprometido em baixas

velocidades;• Velocidade é proporcional a freqüência modulada

no estator e número de pólos do motor;• Torque é proporcional à razão de

tensão e freqüência da corrente aplicada;

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Perfil V/F

40

80

120

160

200

240

20 40 60

BoostRegion

Constant V/FRegion

Frequency (Hz)

Vol

ts R

MS

High AmplitudeLimit

Low FrequencyCutoff

Amplitude = Frequency * V

_Hz_Gain

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Diferentes Perfis comV/F constante

Fonte: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en023136

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Controle Escalar – V/FMalha aberta

Fonte: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en020394

Page 50: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Controle Escalar – V/FMalha aberta

Fonte: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en020394

Page 51: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Controle Escalar – V/FMalha aberta - Firmware

• Utiliza PWMs complementares(ECCP);

• Tabela com valores dos senos é

armazenada na memória Flash e transferida

para RAM durante inicialização;

• 3 Offsets são utilizados para criar

defasagem de 120ºpor Fase;

• PWMs são atualizados a cada interrupção;

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Diagrama do FirmwareMain

Fonte: Fonte: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnodeId=1824&appnote=en012129note=en012129

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Diagrama do FirmwareADC

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Diagrama do FirmwareISR

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Considerações da Tensão de Saída

� O retificação de AC é só de 86% da tensão de entrada;

� O sinal normal de PWM não é capaz de reproduzir uma onda senoidal que utilize 100% do barramento;

Vp-p VDC

Page 56: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Tensão de Saída

Saída PWM Senoidal Tradicional

Page 57: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Tensão de Saída

Saída PWM com SVM

Page 58: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Space Vector Modulation� Impõe uma segunda freqüência modulada no sinal;

� Possibilita um aumento de 14% no aproveitamento da

tensão do barramento;

� Utiliza apenas um vetor de referência para gerar as três

saídas senoidais;

� Altera o valor dos senos na tabela armazenada na

memória;

� Diminui significantemente as perdas por chaveamento

e THD;

� Simples implementação;

Page 59: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Controle V/F com limitador de corrente

� Possibilita detecção de mudanças na carga;

� Possibilita detecção de escorregamento excessivo;

� Previne queima dos IGBTs e aquecimento excessivo do motor;

Fonte: http://www.microchip.com/stellent/idcplg?IdcService=SS_GET_PAGE&nodeId=1824&appnote=en020394

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Application Notes Relacionados:

� AN887 - AC Induction Motor Fundamentals

� AN967 - Bi-directional VF Control of Single and 3-Phase Induction Motors Using the PIC16F72

� AN889 - VF Control of 3-Phase Induction Motors Using PIC16F7X7 Microcontrollers

� AN900 - VF Control of 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431

� AN955 - VF Control of 3-Phase Induction Motor Using Space Vector Modulation

� AN984 - An Introduction to AC Induction Motor Control Using the dsPIC30F MCU

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Controle Vetorial FOC

Field Oriented Control

Page 62: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Porque utilizar FOC?� Permite controle dinâmico das cargas;

� Reduz o ripple do torque;

� Permite controle de Velocidade do rotor;

� Aumento da Eficiência do Sistema e

diminuição do CONSUMO DE ENERGIA;

� Sensorless – Elimina QEI – Baixo custo!

Page 63: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

FOC – Diagrama de Blocos

ΣΣΣΣΣΣΣΣ

ΣΣΣΣΣΣΣΣ

ΣΣΣΣΣΣΣΣ 3-Phase

BridgeSVM

PI PI

PI

-

- -

d,q

α,β

θ

iq

id

d,q

α,β

Speed

ia

ib

Motor

α,β

a,b,c

Vq

Vd

iq ref

id ref

N ref

θ Position and

Speed

Estimator

Page 64: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Field Oriented Control (FOC)Funcionamento

� Utiliza tensões nas três fases para controlar

vetor de corrente;

� Permite trabalhar com o motor 3PH-ACIM de

forma semelhante a um motor DC;

� Transforma 3 Fases variantes no tempo em

2 fases INVARIANTES no tempo;

Page 65: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Resposta no ajuste de Corrente

PI Speed Control

PI Speed + FOC Control

Page 66: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Resposta no ajuste de Velocidade

PI Speed Control

PI Speed + FOC Control

Page 67: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Field WeakeningOperação em Alta velocidade

Constant Torque Region

Speed0Rated Speed

Based Torque

Field Weakening or Constant

Power Region

Maximum Speed

Page 68: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Resumo FOC� Possibilita um melhor controle de torque em

baixas velocidades e alta eficiência em velocidades elevadas;

� Diminui o CONSUMO DE ENERGIA;

� Melhora dinâmica do Inversor com as cargas;

� Diminui geração de EMI e ruído Audível;

� Sensorless – Elimina QEI – Baixo Custo!

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Application Notes Relacionados:

� AN1162A - Sensorless Field Oriented Control (FOC) of an AC Induction Motor

� AN1206 - Sensorless Field Oriented Control (FOC) of an AC Induction Motor (ACIM) Using Field Weakening

Page 70: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

Page 71: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Qual PIC® devo utilizar em meu Inversor?

Page 72: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Fluxograma de desenvolvimento

Page 73: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

* Application Notes or demo code available** ACIM Sinewave tables stored in program Flash memory***Depends on motor speed and A/D sampling speed

Requisitos para MCUAlgorithm Type Relative

PerformanceRelative Cost

Sensing Requirements PIC18/ PIC16 ENH MIPS

dsPIC DSC®MIPS

dsPIC DSC resources

ACIM Motors

Volts/Frequency* Low Low None 3 2 <2 K Bytes Flash 32 Bytes SRAM**

Slip Limit (V/F) Low Low Speed (QEI) 4.5 3

Slip Optimization Low-Medium Low-Medium

Speed (QEI) Bus Current (ADC)

7.5 5

Slip Frequency Control

Medium High Speed (QEI) 2-Phase Currents (ADC)

10 6

Vector Control* High High Speed (QEI) 2-Phase Currents (ADC)

9 7.25 K Bytes FLASH 244 Bytes SRAM*

Sensorless Vector Control

Medium-High Medium 2-Phase Currents (ADC) 3-Phase Voltages (ADC)

25

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PIC16FXXX(X)Motor Control

Part # C/ECCP Comp A/D Timer 8/16 Serial Pins Rom/Ram EEM Fosc

PIC16F616 0/1 2 8 2/1 N 14 2k/128 - 8M

PIC16HV616 0/1 2 8 2/1 N 14 2k/128 - 8M

PIC16F685 0/1 2 12 2/1 N 20 4k/256 256 8M

PIC16F690 0/1 2 12 2/1 Y 20 4k/256 256 8M

PIC16F882 1/1 2 11 2/1 Y 28 2k/128 128 8M

PIC16F883 1/1 2 11 2/1 Y 28 4k/256 256 8M

PIC16F886 1/1 2 11 2/1 Y 28 8k/368 256 8M

PIC16F884 1/1 2 14 2/1 Y 40 4k/256 256 8M

PIC16F887 1/1 2 14 2/1 Y 40 8k/368 256 8M

PIC16F1827 2/2 2 12 4/1 Y 18 4k/256 256 32M

PIC16F1937 2/3 2 14 4/1 Y 40 8k/256 512 32M

Page 75: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Família PIC16F193x

PIC16F193x Family

8 MIPS

PIC16 Enh 8-bit Core

INT OSC 32MHZ

256-1 KBData RAM

Memory Bus

7-28 KBProgram Flash

Peripheral B

us

WDT & Pwr Mgmt.

(1-2) UART w/LIN

(3) ECCP

(4-1) 8/16-bit Timers

(2) CCP

Internal RC Osc w/PLL

(1-2) I2C™ / SPI�

(11-17) 100 Ksps 10-bit ADC

(0-2) Analog Comparators

XLP Nanowatt™

28 / 44 / 64 pins

(2-8) Output Compare256B

EEPROM

(60-124) LCD segments

(16) mTouch™ Capacitive14-bit Instruction

49 Total Instructions• (2) 16-bit File Select Registers

• Interrupt Context Save

Page 76: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

PIC16F193x/194x Family Overview

Device AvailableFLASH (Words)

RAM (Bytes)

DataEE (Bytes) PINS LCD

10b ADC

Timers8b/16b

ECCP/CCP COMM’S

PIC16F1933 Sept ‘09 4K 256 256 28 60 11 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1934 April ‘09 4K 256 256 40/44 96 14 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1936 April ’09 8K 512 256 28 60 11 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1937 April ‘09 8K 512 256 40/44 96 14 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1938 Dec ‘09 16K 1K 256 28 60 11 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1939 Dec ‘09 16K 1K 256 40/44 96 14 4/1 3/2 UART, I2C, SPI

PIC16F1946 Dec ‘09 8K 512 256 64 184 17 4/1 3/2 2xUART, 2xI2C, 2xSPI

PIC16F1947 Dec ‘09 16K 1K 256 64 184 17 4/1 3/2 2xUART, 2xI2C, 2xSPI

Page 77: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

LCD DriveUp to 184 Segments

mTouchCapacitive

Sensing Module

10-bit ADCUp to 17 channels

ComparatorsUp to 3x

Capture/Compare/PWM

2x Standard3x Enhanced

CommunicationsUp to 2x (MI2C, SPI, EUSART)

Reliable Low Power Operation

Program MemoryUp to 28KB

(16K Instructions)

CPU14-bit Instruction

49 Total Instructions• (2) 16-bit File Select Registers

• Interrupt Context Save

16 Level Stack &Program Counter • Reset Capabilities

Data Memory Up to 1KB

• Enhanced Indirect Addressing

Internal Oscillator32 MHz

Data EEPROM 256B

Diagrama de Blocos doPIC16F193x/194x

Page 78: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

PWMPWMECCP

� Pode usar 1, 2 ou 4 pinos� Os pinos de saída só serão levados a HIGH após o dead Band

� Os pinos devem ser configurados como saída

� 4 modos de trabalho� Single Output� Half Bridge� Full Bridge Output, Forward Mode� Full Bridge Output, Reverse Mode

� Todas as outras características do PWM comum são mantidas

Mais de 35 itens LOW END e HIGH END com ECCP. PIC16F716, PIC16F684,

PIC18F2xxx, PIC18F4xxx, PIC18F6xxx, PIC18F8xxx, PIC18Fxx31

Page 79: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

ECCPPWM (HALF BRIDGE)

LOADFET

DRIVER

PA

PB

PIC16F193x

� Os pinos RC5/CCP1/P1A e RC4/C2OUT/P1B são complementares� Dead Band programável

� Contador de 7 bits em Tcy ou 4x Tcy� 50ns a 25,6 µµµµs @ 5MIPs

ECCP CARGA

Page 80: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

ECCPPWM (FULL BRIDGE)

Os 4 pinos P1A, P1B, P1C e P1D são usados pelo módulo, porém nunca existem mais de 2 pinos no estado ativo ao mesmo tempo.

Modo Forward e Reverse através do bit CCP1CON<7>Dead Band programável

A

B

C

D

A

B

C

D

FORWARD

REVERSE

Carga

A

B

C

D

Page 81: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

ECCPPWM (AUTO-SHUTDOWN)

Os pinos de PWM podem ser configurados para auto-ShutDownO estado dos pinos quando em shutdown é programável• Saída em High• Saída em Low• Tristate

Existem 3 eventos que geram um shutdown podendo ser combinados• Mudança de estado do comparador 1• Mudança de estado do comparador 2• Mudança de estado no pino INT • Os bits correspondentes devem estar habilitados

O restart pode ser automático ou dependente de software

Page 82: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Família dsPIC33F Motor Control

40 MIPS 16-bit Core

16-bit ALU 16 x 16-bit W Register Array

17 x 17-bit Multiply

Dual AGU X & Y

BarrelShifter

JTAG Interface

DSP EngineDual 40-bit

Accumulators

1-30 KBData RAM

Memory Bus

12-256 KBProgram Flash

0-8 ChannelDMA

InterruptC

ontrol

Peripheral B

us

WDT & Pwr Mgmt.

(1-2) UART w/LIN & IrDA�

(1-2) SPI�

(0-2) 100 ksps 10-bit DAC

8 MC PWM

(3-9) 16/32-bit Timers

(1-2) QEI

Internal RC Osc w/PLL

(0-2) ECAN™

(1-2) I2C™

(6-24) 1 Msps 10-bit ADC

(0-2) Analog Comparators

RTCC, PMP, CRC

(4-8) Input Capture

(2-8) Output Compare

Peripheral Pin Select

Page 83: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

MCPWM dsPIC30F/33FDiagrama de Blocos

Four PWM Four PWM output pairs with output pairs with output polarity output polarity

controlcontrol

Duty CycleDuty Cycle

Generator #3Generator #3

Duty CycleDuty Cycle

Generator #2Generator #2

Duty CycleDuty Cycle

Generator #1Generator #1

Duty CycleDuty Cycle

Generator #4Generator #4

PWM Override PWM Override LogicLogic

Dead Time UnitDead Time Unit

Dead Time UnitDead Time Unit

Dead Time UnitDead Time Unit

Dead Time UnitDead Time Unit

Fault AFault A

Fault BFault B

PWM4HPWM4H

PWM1LPWM1L

PWM1HPWM1H

PWM2LPWM2L

PWM2HPWM2H

PWM3LPWM3L

PWM3HPWM3H

PWM4LPWM4L

Two fault pins w/ Two fault pins w/ programmable programmable

fault statesfault states

1616--bit Timebit Time--basebase

A/D Conversion A/D Conversion TriggerTrigger

Dead Time BDead Time B

Dead Time ADead Time A

Override Override ControlControl

Page 84: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Módulo MCPWM dsPIC30F/33F

� Base de tempo dedicada para até 8 saídas de PWM

� PWMs com possibilidade de trabalhar a 39 kHz com 11-bits de resolução

� Até 25 ns de resolução de duty cycle (33 ns dsPIC30F)

� PWM com até 4 pares complementares para sistemas 3-PH

� PWM alinhado pela borda ou pelo centro para operação mais silenciosa

� Dead-Time programável com diferentes tempos de turn-on e turn-off

� Modo de atualização imediata do Duty Cycle (dsPIC33F)

� Trigger para o ADC programável

� Duas entradas Fault para desligamento rápido dos PWMs

� PWMs com Polaridade programável (Não volátil)

Page 85: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

ADCDiagrama de Blocos

VREF+VREF+

VREFVREF--

A D C10 bit

500 KSPS

ConversionControl

Bus Interface

DataFormat

16 wordBuffer

SampleSequence

Control

Input Muxes

AN0AN0

AN1AN1S/H

S/H

S/H

S/H

AN15AN15

CH0CH0

CH1CH1

CH2CH2

CH3CH3

Page 86: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Módulo ADC dsPIC30F/33F

� Até 16 entradas analógicas

� 10-bit (dsPIC30) / 12-bit (dsPIC33) de resolução com erro < +1 LSB/ > -1 LSB DNL

� Tempo de conversão de 1 us (1.1 Msps) no modo 10-bits e 2us (500 ksps) no modo 12-bits

� 4 circuitos de Sample and Hold no modo 10-bits e 1 S&H no modo 12-bits

� VREF+ e VREF- externos

� Seqüência de amostragem programável

� Buffer com 16 Posições para armazenar leituras

� Modo Scan e Modo Alternado

� Múltiplos Triggers para disparo da leitura do ADC

� Diversos formatos de saída

Page 87: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

TcyTcy

Interface de Quadrature Encoder dsPIC30F/33F

����������

COUNTER

INDEXINDEX

TMR5CSTMR5CS

TcyTcy

�����������������

�����������������

�����������������

QEBQEB

QEAQEA

���������������������

UP/DOWNUP/DOWN

������������ ���!���

DirectionDirection

"!����!����������

ClockClock

ResetReset

Page 88: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Incremental Encoder Operation

Page 89: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Módulo Comparator� Dois comparadores rápidos com resposta de 20ns

� Cada comparador possui 3 entradas selecionáveis

� (Cx+, Cx- e Tensão de referência) para seus 2 pinos

� Tensão de referência programável (16 estágios)

� Polaridade de saída programável

� Saída pode mudar de estado , disparar uma interrupção ou desligar o ADC

Page 90: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Resumo

V/FPIC16F193xPIC18Fx33xdsPIC33FJXXMC

V/F + SVMPIC16F193xPIC18Fx33xdsPIC33FJXXMC

Vector + QEI PIC18Fx33x

dsPIC33FJXXMC

FOC SensorlessField Weakening dsPIC33FJXXMC

Page 91: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

Page 92: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Ferramentas

Page 93: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

MPLAB REAL ICE Debugging Isolado

AC244002 - MPLAB REAL ICE PERFORMANCE PAK

AC244005 - MPLAB REAL ICE Isolator

AC244005-2 - MPLAB REAL ICE Isolator and REAL ICE Performance Pa

DV244005 -MPLAB REAL ICE

PROBE KIT

Page 94: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Data Monitor and Control Interface

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

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Demo

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Agenda

� Introdução sobre Motores de Indução (ACIM)

� Componentes e Hardware necessários para o inversor de freqüência

� Técnicas de Controle

� Componentes Microchip voltados para Controle de Motor

� Ferramentas

� Demonstração

� Application Notes

Page 99: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Bibliografia� Animações:

http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/listanimations.html

� Aulas Masters US 2009: − 1353 IMC Overview of Intelligent Motor Control Solutions − 1354 BMC 3-Phase Sensorless Brushless Motor Control with Low-Cost PIC16F

Microcontrollers− 1355 MCW dsPIC® Digital Signal Controllers (DSCs) Motor Control Workshop − 1356 FOC Advanced Motor Control: Sensor-less FOC for PMSM with dsPIC®

Digital Signal Controllers

� International Rectifier AN-985: Six-Output 600V MGDs Simplify 3-Phase Motor Drives

� International Rectifier AN-990: Application Characterization of IGBTs � International Rectifier AN-1044: IPM Application Overview

� www.microchip.com\motor

Page 100: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Application Notes Relacionados:

� AN887 - AC Induction Motor Fundamentals

� AN967 - Bi-directional VF Control of Single and 3-Phase Induction Motors Using the PIC16F72

� AN889 - VF Control of 3-Phase Induction Motors Using PIC16F7X7 Microcontrollers

� AN900 - VF Control of 3-Phase AC Induction Motors Using the PIC18F4431

� AN955 - VF Control of 3-Phase Induction Motor Using Space Vector Modulation

� AN984 - An Introduction to AC Induction Motor Control Using the dsPIC30F MCU

Page 101: Técnicas simples de controle de motores de Indução Trifásicos utilizando Microcontroladores PIC®

Application Notes Relacionados:

� AN1162A - Sensorless Field Oriented Control (FOC) of an AC Induction Motor

� AN1206 - Sensorless Field Oriented Control (FOC) of an AC Induction Motor (ACIM) Using Field Weakening

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Perguntas?

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