Risultato di valorizzazione applicativa: implementazione su piattaforma FPGA di un controllore per inverter trifase con tensione del DC-link regolabile per azionamenti elettrici automotive

Oggetto del lavoro è stata l'implementazione su piattaforma FPGA di un inverter completo con tensione del DC-link regolabile esternamente, per il controllo V/f di motori asincroni trifase a bassa tensione di alimentazione, da integrare al banco di prova su filtri automotivi già esistente all'interno del laboratorio Interferenze Elettromagnetiche Condotte e Power Quality in dotazione all'ISSIA-CNR u.o.s. di Palermo. Tale intervento era stato già prospettato nel rapporto tecnico n. 407. La necessità di tale realizzazione scaturisce dall'esigenza di verificare le prestazioni di filtri attivi EMI per la soppressione di disturbi di modo comune su motori asincroni trifase per uso in ambito automotive, con tensione nominale pari a 42 V, secondo lo schema riportato in fig. 1. Pur disponendo, infatti, di inverter commerciali di varia marca, non risulta possibile utilizzarli, in quanto essi presentano una tensione minima di uscita non inferiore a 50 V. Si è deciso, pertanto, di replicare le principali funzionalità di un inverter commerciale su un nuovo sistema che non presenti restrizioni sulla tensione minima di uscita in modo che, regolando opportunamente la tensione del DC-link fornita da un alimentatore esterno ed aggiornando conseguentemente uno specifico parametro dell'inverter configurabile dall'utente, sia possibile alimentare sia motori automotive, sia motori per azionamenti industriali. Il sistema è costituito principalmente per la sezione di potenza da un kit didattico Semikron e per l'implementazione dell'algoritmo di controllo da una scheda FPGA della Altera. Quest'ultima costituisce una piattaforma digitale a basso costo ed elevate prestazioni, che consente di implementare una vasta gamma di progetti, dai più semplici a quelli multimediali. Essa è stata opportunamente programmata in linguaggio VHDL utilizzando anche alcuni dei componenti precedentemente creati, validati e inseriti nella libreria ISSIA_package.vhd. Il presente documento descrive i componenti e le funzionalità del sistema realizzato ed è suddiviso nei seguenti capitoli. L'introduzione inquadra la tematica affrontata e descrive brevemente l'obiettivo del progetto. La tecnica di controllo V/f è richiamata nel primo capitolo, dove viene anche discussa la sua implementazione negli inverter commerciali. Nel capitolo successivo sono presentate le specifiche del sistema realizzato e la descrizione dei componenti hardware utilizzati. Il capitolo 3 è dedicato alla descrizione dello schema di implementazione su FPGA, mentre il capitolo successivo illustra la procedura di messa in servizio del sistema. Infine, vengono presentate le conclusioni su quanto realizzato e la possibilità di sviluppi futuri.