Projeto e desenvolvimento de firmware para motores BLDC

Abstract

Os motores BLDC são os mais utilizados em veículos elétricos, pela baixa manutenção e desempenho. Suas principais características são a ausência de escovas e o rotor de imãs permanente. São motores trifásicos de corrente alternada alimentados com corrente contínua, o que torna necessário um circuito de acionamento com inversor de frequência e controlador. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um firmware para controle de um inversor de frequência para acionar um motor BLDC. Foi feita revisão da literatura para identificar os atributos de software para sistemas embarcados e compreender o funcionamento do conjunto de hardware a ser controlado. Para isso foi utilizado um microcontrolador STM32F407G, programado em linguagem C usando biblioteca CMSIS e fluxo por interrupção. Dentre outras funções, foi criada uma função para verificar a posição inicial do rotor e inicializar o inversor, e o firmware permite o funcionamento do inversor em modo motor e modo gerador. O controle de velocidade é feito através da variação do ciclo de trabalho em PWM complementar com retificação síncrona. O firmware foi desenvolvido priorizando o desempenho, que foi verificado com auxílio de um microcontrolador auxiliar e potenciômetros para gerar os sinais de entrada e um analisador lógico digital para analisar o comportamento dos sinais de saída enviados ao inversor. O trabalho é organizado em fundamentação teórica, no qual se descrevem os atributos e recursos necessários ao software e o funcionamento do conjunto inversor/motor; em materiais e métodos são definidos os requisitos de projeto, materiais utilizados e feita a modelagem do sistema com definição dos comportamentos; e análise e resultados apresenta as funções desenvolvidas e o resultado dos testes.

BLDC engines are the most used in electric vehicles, due to their low maintenance and performance. Its main features are the absence of brushes and the permanent magnet rotor. They are three-phase alternating current motors powered by direct current, which requires a drive circuit with a frequency inverter and controller. Therefore, the objective of this work was to develop a firmware to control a frequency inverter to drive a BLDC motor. A literature review was carried out to verify the software attributes for embedded systems and understand the functioning of the hardware set to be controlled. For this, an STM32F407G microcontroller was used, programmed in C language using the CMSIS library and interrupt flow. Among other functions, a function was created to check the initial position of the rotor and initialize the inverter, and the firmware allows the inverter to operate in motor mode and generator mode. Speed control is done by varying the duty cycle in complementary PWM with synchronous rectification. The firmware was developed prioritizing performance, which was verified with the help of an auxiliary microcontroller and potentiometers to generate the input signals and a digital logic analyzer to analyze the behavior of the output signals sent to the inverter. The work is organized on a theoretical basis, in which the attributes and resources necessary for the software and the operation of the inverter/motor set are described; in materials and methods, project requirements are defined, materials used and the system is modeled with definition of behaviors; and analysis and results presents the functions developed and the results of the tests.