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単相誘導電動機処理

　単相誘導電動機を動かすために、次のブロック図
　を見て、始動処理、速度制御を考えます。



　左が交流→直流のコンバータで、右が直流→交流のインバータです。

　コンバータには、ブリッジダイオードが使えます。



　インバータには、DCモータ用のHブリッジICを
　使えば、簡単です（耐圧に注意します）。




始動処理
　電動機の回転を始めるには、電圧を一気に与えます。

　単相誘導電動機では、大電力を扱うことが少ない
　ので電圧を一気に与えるだけで充分です。

　ただし、機械的な衝撃が問題になるような場合
　小さな直流電動機を用意して、少し回転させて
　から、インバータから電圧を与えます。

　エンジンスタータのように、DCモータで回転力を
　与えてから、回すので確実に始動できます。


速度制御
　誘導電動機の回転は、インバータの周波数を変化
　させて制御します。

　インバータの周波数は０〜100Hz程度で、これを
　０〜10Vに対応させて、アナログ回路で制御する
　方法が利用されていました。



　VCO(Voltage Controlled Oscillator)に対して、可変電圧
　を与えて、発振周波数を変化させます。
　生成したクロックにより、直流電圧をスイッチングし
　インバータの周波数を可変します。

　負荷の状態で、周波数が変動しないようにフィード
　バック回路を入れて制御します。

　現在は、デジタル回路が主流なので以下のように
　A/Dコンバータとタイマー／カウンタを利用した
　速度制御システムを構成します。



　ワンチップマイコンを利用すると、A/Dコンバータや
　タイマー／カウンタを内蔵しているので、外部回路
　を減らせます。

　ファームウエアの変更により制御内容を変えられるので
　インバータはマイコンを利用するのが普通になりました。

　０〜100Hzを、マイコンに与える数値で指定して
　インバータの周波数を変更するファームウエアを
　作成してみます。

　DIPスイッチで、周波数を0〜100の数値で設定し
　指定ピンからDUTY比50%のクロックを出力する
　仕様を考えます。



　100kHzクロックを最小分解能として、与えられた
　数値分カウンタを回します。カウンタ値がＨ或い
　はＬを出力する時間になるようにしました。

　DIPスイッチの値は、外部割込みによるトリガーで
　マイコン内部に取り込みます。DIPスイッチの値を
　インデクスにして、カウンタ値を配列から取出して
　設定します。

　16MHzをシステムクロックとするファームウエアは以下。

#include <avr/io.h>
#include <avr/interrupt.h>

#define MASKF0 0xf0
#define MASK0F 0x0f
#define MASK80 0x80
#define MASK40 0x40

#define FOSC 50000

#define OFF 0
#define ON  OFF+1

typedef unsigned char  UBYTE ;
typedef unsigned short UWORD ;
typedef   signed char  SBYTE ;
typedef   signed short SWORD ;

volatile UBYTE tflag ;
volatile UBYTE eflag ;

volatile UWORD count ;
volatile UBYTE scnt  ;
volatile UBYTE fx    ;

volatile UBYTE bport ;

volatile UBYTE cntx[100] ;

/*--------------------------------*/
/* Insert user functions protoype */
/*--------------------------------*/
void  user_initialize(void);

/*------*/
/* main */
/*------*/
int main(void)
{
  /* initialize port and variables */
  user_initialize();
  /* enable interrupt */
  sei();
  /* endless loop */
  while ( ON ) {
    /* get divider */
    if ( eflag ) {
      /* clear flag */
      eflag = OFF ;
      /* get divider */
      bport = PINB ;
      /* conversion */
      if ( bport > 100 ) { bport %= 101 ; }
      /* store */
      fx = bport ;
    }
    /* handling */
    if ( tflag ) {
      /* clear flag */
      tflag = OFF ;
      /* update counter */
      count-- ;
      /* judge */
      if ( count == 0 ) {
        /* initialize */
        count = *(cntx+fx) ;
        /* increment */
        scnt++ ;
      }
      /* impress */
      if ( fx == 0 ) {
        PORTD &= ~MASK40 ;
      } else {
        if ( scnt & 1 ) { PORTD |=  MASK40 ; }
        else            { PORTD &= ~MASK40 ; }
      }
    }
  }
  /* dummy */
  return 0 ;
}

/*-----------------------*/
/* Insert user functions */
/*-----------------------*/
void user_initialize(void)
{
  UBYTE i ;
  /* PORT B */
  PORTB = 0b11111111 ; /* 11111111 */
  DDRB  = 0b00000000 ; /* iiiiiiii */
  /* PORT D */
  PORTD = 0b00001111 ; /* 00001111 */
  DDRD  = 0b11110000 ; /* ooooiiii */
  /* clear flags */
  tflag = OFF ;
  eflag = OFF ;
  /* initialize registers */
  fx = 50 ;
  count = FOSC / fx ;
  scnt  = 0 ;
  /* generate table */
  *(cntx+0) = 0 ;
  for ( i = 1 ; i < 101 ; i++ ) {
    *(cntx+i) = FOSC / i ;
  }
  /* initialize external interrupt */
  {
    /* set prescaler INT0 falling_edge interrupt */
    MCUCR = (1 << ISC01) ;
    /* Enable interrupt */
    GIMSK = (1 << INT0) ;
  }
  /* initialize timer1 */
  {
    /* clear counter */
    TCNT1 = 0 ;
    /* initialize counter */
    OCR1A = 159 ;
    OCR1B = 299 ;
    /* set prescaler (/1) */
    /* select clock and prescaler (generate 100kHz) */
    TCCR1B = (1 << WGM12) | (1 << CS10) ;
    /* Enable interrupt */
    TIMSK = (1 << OCIE1A) ;
  }
}

/* INT0 external interrupt */
ISR(INT0_vect)
{
  eflag = ON ;
}

/* Timer1 interrupt */
ISR(TIMER1_COMPA_vect)
{
  tflag = ON ;
}

　インバータに接続した誘導電動機の回転は、ロータリー
　エンコーダをセンサーとしてマイコンにパルス入力します。

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