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Un inverter svolge la funzione di convertire energia elettrica in corrente continua a energia elettrica in corrente alternata (vedi inverter in questo sito).scope inverterX

Con Arduino è possibile realizzare un inverter con i requisiti minimi di funzionamento (nota 1) che sono:

- a) frequenza costante a 50HZ;

- b) valore medio nullo, ovvero semionda positiva e semionda negativa di uguale area;

- c) potenza  adeguata all'alimentazione dei carichi previsti. 

 

Per il punto a) si usa la libreria Timer1 e la sua procedura "pwm" per generare una sequenza di impulsi unidirezionali a frequenza costante, doppia della frequenza voluta (vedi nel sito di Arduino).

Per il punto b) occorre prendere atto che la scheda Arduino produce solo impulsi positivi.

La scheda "motor shield", pensata per pilotare motori nelle due direzioni, offre proprio la possibilità di invertire il segno della tensione sul carico utilizzando uno schema di 4 transistor collegati a ponte (vedi: funzionamento di un inverter in questo sito).

Nella realizzazione si opera in modo che:

- l'impulso PWM generato dal software vada al piedino PWM della "motor shield".

- l'inversione del segno si realizzi utilizzando l'ingresso "direzione" che deve essere comandato dal software di Arduino. 

La scheda "motor shield" comprende anche la circuiteria cablata che impedisce l'accensione contemporanea dei transistor dello stesso lato anche in presenza di errori software.

Per il punto c) se si usa la scheda "motor shield" si possono erogare fino a 2A che per molte esercitazioni possono essere sufficienti.

 

In dettaglio.

punto a)

La funzione pwm della libreria timer1 produce il segnale solo sui pin 9 o 10 da assegnare come primo parametro per cui sembra più facilmente utilizzabile la scheda "motor shield FE" di Futura Elettronica perché attende il segnale PWMB da uno dei pin 9 o 10 o 11 selezionabile con un ponticello. (nota 2)

Il segnale prodotto dalla procedura pwm è asincrono rispetto all'esecuzione delle istruzioni programmate entro il loop. La procedura utilizza le funzioni di interrupt del microcontrollore per cui, quando si presenta, il segnale viene prodotto interrompendo lo svolgimento del programma, dopodichè il programma riprende i suo svolgimento ... come se niente fosse successo fatto salvo un ritardo di solito insignificante.

Il secondo parametro è il duty cycle variabile tra un minimo di 0 ad un massimo di 1023. Il tempo morto lo si impone limitando il valore di questo parametro.

Il terzo parametro della funzione pwm è la durata dell'intervallo in microsecondi che sarà pari a mezzo periodo.

Lo sketch per Arduino Uno è a fondo pagina.

 

punto b)

La funzione cambio segno va inviata ad uno dei piedini DIRB pin 8 o 12 o 13 della scheda "motor shield FE", selezionabile con un ponticello. Il segnale di cambio segno deve essere sincono con l'impulso generato dalla funzione pwm e deve essere modificato quando detto impulso è nullo. Questo per non rischiare di scambiare la direzione mentre c'è trasferimento di potenza con conseguente corto circuito sui transistor dello stesso lato del ponte a causa degli inevitabili ritardi della commutazione dei transistor.

Nell'esempio si è adottato l'espediente di provocare un interrupt col fronte di discesa (FALLING edge) dell'impulso pwm. Con questo segnale si attiva la procedura "cambia" che provvede a scambiare la direzione nel momento in cui i transistor sono tutti aperti.

shield FE2Si realizza un collegamento hardware con un filo posto tra il pin 9 (dove c'è l'uscita pwm) ed il pin 2 dove va inviato il segnale per provocare l'interrupt (filo rosso in figura).

 

 

 

 

punto c)

La scheda "motor shield FE" consente l'erogazione di correnti fino a 2A.

Si collega all'uscita una lampadina ad incandescenza da 12V, 20W e l'alimentazione ad una batteria di accumulatori al piombo da 12V.

inverter A RPer osservare il funzionamento è stata inserita in serie alla lampadina una resistenza non induttiva da 0,1Ω per poter misurare con la sonda di un oscilloscopio la corrente tramite la caduta di tensione sulla resistenza. La tensione avrà la stessa forma della corrente in quanto si tratta di un carico puramente ohmico. 

 

 

 

 

 

 

Il circuito montato

Nella figura a destra si vede il circuito completo e funzionante con:

montaggio2

- la batteria di accumulatori al piombo 

- La scheda motor shield montata sopra la scheda Arduino Uno

- la lampadina dicroica da 12V

- il tester usato come voltmetro

- le due sonde dell'oscilloscopio posizionate per misurare la tensione sulla lampadina e la tensione sulla resistenza in serie posta per misurare la corrente.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Il risultato

Il risultato è stato registrato con l'oscilloscopio:inverter A inv4

- in rosso la misura della tensione alternata

- in giallo la misura della tensione sulla resitenza da 0,1Ω

Sono indicati:

- T che è il periodo della tensione

- ton che è la fase di conduzione o trasferimento di energia.

Lo zero della tensione è indicato con un puntatore all'esterno sinistro del riquadro nero.

Si vede che la tensione raggiunge sia valori positivi che negativi e permane per un certo tempo al valore nullo.

 

Per lo studio più in dettaglio vedi: "studio di inverter su lampadina"

O anche materiali per esercitazioni.

 

 

 

Il software

SWA inverter2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

riga 28: viene invocata la libreria Timer1

riga 36: istruzione da inserire obbligatoriamente per prima che fissa la durata del periodo in microsecondi

riga 37:impostazione dei parametri per l'istruzione pwm della libreria (pin di uscita del pwm, duty cycle su 1023)

riga 39: impostazione dell'interrupt con parametri ( 0 individua il pin 2 della scheda Arduino, viene chiamata la procedura "cambia", l'interrupt avviene con il cambio di stato da alto a basso del pin 2 che è uguale al pin 9 per effetto del collegamento eseguito con un filo)

riga 48: viene imposta l'inversione della direzione con una operazione NOT

 

scarica

 

 L'uso degli interrupt è spegato bene qui da Maffucci.

  

note

nota 1: ovviamente si può sempre rendere più affidabile l'apparecchio con interventi sull'ardware e sul software ma non viene considerato in questo contesto non avendo pretese di impieghi professionali: lo scopo di questo articolo è didattico e sperimentale.

nota 2: L'utilizzo di altre schede è possibile con trucchi hardware o software che qui non illustro ma che si possono facilmente realizzare inserendo nello sketch i pin da utilizzare per la direzione dell'impulso (riga 30) e per il PWM (riga 37) .

 

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