La verifica dell’implementazione del controllore di velocità è stata eseguita attraverso lo stesso set-up sperimentale utilizzato per analizzare la fase di avvio del motore. In questa sezione ci si soffermerà sull’andamento della velocità nella zona di funzionamento a regime, ovvero quando i segnali prodotti dal circuito sensorless vengono utilizzati esattamente in sostituzione dei segnali Hall.
Figura 41:Andamento della velocità con una prima velocità target di 1500 rpm ed una successiva di 3600 rpm
In Figura 41 mostra l’andamento della velocità durante l’avviamento del tosaerba, dunque è rappresentato sia l’andamento della velocità durante la fase di avvio libero sia la fase successiva durante la quale si porta la
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velocità a 3600 rpm. Alla partenza la velocità misurata è poco attendibile in quanto le f.e.m. indotte non hanno raggiunto un’ampiezza tale da poter essere interpretate correttamente dal circuito sensorless, infatti la velocità misurata risulta essere spropositatamente errata. Facendo partire il motore attraverso un comando di “start” il controller dà inizio alla procedura di avvio libero, dunque il motore inizia a girare; la velocità passa dai 6000 rpm ai 300 rpm circa; da questo punto in poi la velocità misurata inizia è corretta, in quanto aumenta rispettando la procedura di avvio libero. Raggiunta la condizione per la quale si possano ritenere validi i segnali di zero-crossing detection, viene chiuso l’anello di controllo e dunque la parte di pilotaggio è da questo momento in grado di leggere la posizione del rotore; contemporaneamente può entrare in funzione il controllore di velocità poiché anche la misura di velocità è attendibile. Sfruttando il controllore di velocità si imposta una velocità di 3600 rpm la quale è raggiunta dal motore in circa 5 s.
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Figura 42:Andamento della velocità durante un reale funzionamento del tosaerba
In Figura 42 è mostrato l’andamento della velocità mentre il tosaerba taglia realmente un prato. Portato ad una velocità di regime di 3600 rpm (velocità di taglio ottimale) è possibile vedere come il motore trovi una resistenza al suo moto, data dai ciuffi d’erba, che ha l’effetto di far diminuire la velocità del motore. La presenza del controllore di velocità si oppone aumentando la coppia tramite un incremento del duty-cycle del segnale PWM di controllo. Quindi, riporta in breve tempo il motore vicino alla sua velocità di regime. È possibile notare la differenza tra l’andamento della velocità in Figura 41 nella quale il motore è sottoposto solo al carico aereodinamico della lama, e quindi con un carico costante fissata la velocità, e l’andamento di Figura 42. Nel primo caso la velocità di regime del motore è praticamente costante e pari alla velocità impostata mentre
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nel secondo essa è meno regolare e si notano la presenza dei picchi di verso il basso della velocità.
CONCLUSIONI
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Conclusioni
L’obiettivo di questo lavoro di tesi è stata la progettazione e la realizzazione di un controller sensorless per il motore brushless di un rasaerba a batteria. Dopo aver fatto una panoramica su quale sia il ruolo che l’elettronica svolge nel pilotaggio e nel controllo dei motori elettrici, l’attenzione è stata rivolta ad un’analisi dettagliata sia sulle caratteristiche strutturali e di funzionamento del motore brushless che sulle principali tecniche di pilotaggio dello stesso. Il principale obiettivo è l’approfondimento della tecnica di controllo six-step nella sua variante sensorless e i relativi problemi della fase di avvio del motore. È stata utilizzata la tecnica sensorless che sfrutta la variazione della forza controelettromotrice indotta negli avvolgimenti di statore per capire quale sia la posizione relativa del rotore e in particolare, essa sfrutta l’attraversamento dello zero da parte di tali tensioni. Il compito di rilevare l’attraversamento dello zero è affidato ad un circuito che in base a tale informazione è in grado di generare tre segnali che emulano il comportamento dei tre segnali Hall. Definito il pilotaggio, è stato analizzato il problema della fase di avvio del motore. Infatti con una tecnica sensorless come quella utilizzata non è possibile sapere a motore fermo la posizione del rotore, in quanto le tensioni indotte sono nulle. È stata sviluppata una fase di avvio nella quale il motore viene messo in rotazione senza sapere quale sia la posizione del rotore, avendo come solo obiettivo quello di generare le tensioni indotte nello statore, necessarie per implementare la tecnica sensorless. L’ultimo punto chiave risolto è stato quello di trovare una metodologia attraverso la quale si possano ritenere
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validi i segnali prodotti dal circuito sensorless. Inoltre è stato implementato un controllore di velocità. Per verificare il progetto è stata realizzata una scheda custom del controller e sono state eseguite delle prove sia con motore a banco privo di carico che delle prove nelle quali è stato messo in funzione il rasaerba ed è stata eseguita una prova di rasata. Nelle prove eseguite a vuoto, è stato possibile verificare l’effettivo comportamento del circuito sensorless potendo constatare la corretta emulazione dei segnali generati da tale circuito con i segnali generati dai sensori Hall. Attraverso le prove durante la reale rasata, invece, è stata verificata la funzionalità generale del rasaerba, testando in particolare la fase di avvio del motore, che è la parte più critica dell’intero sistema, ricevendo feed back al quanto positivi.
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