Control electronic al vitezei

Controlul electronic al vitezei sau ESC (Electronic speed control în engleză) este un circuit electronic care controlează și reglează viteza unui motor electric . De asemenea, poate oferi rotație inversă a motorului și frânare dinamică . Comenzile electronice miniaturale sunt utilizate în modelele controlate radio. Vehiculele electrice de dimensiuni complete au, de asemenea, sisteme de control al vitezei motoarelor lor de acționare.

Operațiune

Un control electronic al vitezei urmează un semnal de referință al vitezei (derivat dintr-o manetă de accelerație, joystick sau altă intrare manuală) și variază viteza de comutare a unei rețele de tranzistoare cu efect de câmp (FET). ^[1] Viteza este modificată prin ajustarea modulației sau a frecvenței tranzistoarelor. Comutarea rapidă a tranzistoarelor este cea care determină motorul însuși să emită sunetul său caracteristic, în special vizibil la viteze mai mici.

Motoarele electrice de curent continuu și cele fără perii necesită verificări electronice diferite ale vitezei. Viteza unui motor cu perii poate fi modificată prin schimbarea tensiunii armăturii sale, motoarele cu înfășurare câmp electromagnetic în loc de magneți permanenți pot controla viteza reglând puterea curentului câmpului motorului. Un motor fără perii necesită un principiu de funcționare diferit: viteza motorului este variată prin ajustarea temporizării impulsurilor curente livrate diferitelor înfășurări ale motorului.

Un modul generic ESC de 35 amp

Sistemele ESC pentru motoarele fără perii generează practic curent alternativ trifazat , ca la un convertor de frecvență. Motoarele fără perii sunt apreciate de pasionații de avioane radio controlate pentru eficiență, putere, longevitate și ușurință în comparație cu motoarele tradiționale cu perii. ^[2]

Faza corectă variază în funcție de rotația motorului, care trebuie luată în considerare de ESC: de obicei viteza de rotație este detectată de forța contra - electromotivă a motorului, există și ESC-uri care utilizează magnetice ( efect Hall ) sau optice detectoare. Comenzile de viteză programabile de computer pot fi în general configurate de utilizator prin setarea, de exemplu, a limitelor de întrerupere a tensiunii joase, a timpilor, a accelerației, a frânării și a direcției de rotație. Inversarea direcției motorului se poate face și prin trecerea oricăror două dintre cele trei cabluri de la ESC la motor.

Clasificare

ESC-urile sunt clasificate în mod normal în funcție de curentul lor maxim, de exemplu 25 amperi . În general, cu cât amperajul este mai mare, cu atât ESC tinde să fie mai mare și mai greu, un factor determinant în calcularea masei și echilibrului în aeronavă. Multe ESC-uri moderne acceptă acumulatori de nichel , polimeri de litiu și acumulatori de fier și fosfat de litiu cu o gamă de tensiuni de intrare și de întrerupere. Atunci când alegeți un circuit de eliminare a bateriei (BEC), este important să luați în considerare tipul de baterie și numărul de celule conectate, indiferent dacă este încorporată în controler sau când este o componentă independentă. Un număr mai mare de celule conectate va avea ca rezultat o putere redusă și, prin urmare, mai puține servomotoare susținute de un BEC integrat.

Aplicații pentru vehicule

Mașini electrice

ESC-urile de înaltă tensiune sunt utilizate și în mașinile electrice precum Nissan Leaf , Tesla Roadster (2008) , Model S , Model X , Model 3 și Chevrolet Volt . Consumul de energie este de obicei măsurat în kilowați (Nissan Leaf, de exemplu, folosește un motor de 160 kilowati care produce cuplu de până la 340 Nm). Majoritatea mașinilor electrice produse în serie sunt echipate cu ESC-uri care captează energie atunci când mașina frânează folosind motorul ca generator și încetinind mașina. Energia este utilizată pentru a încărca bateriile și pentru a extinde astfel gama ( frână regenerativă ). În unele vehicule, precum cele fabricate de Tesla, frâna regenerativă poate fi utilizată pentru a încetini atât de eficient încât frânele auto convenționale sunt utilizate numai la turații foarte mici (efectul de frânare al motorului scade odată cu reducerea turației). În altele, cum ar fi Nissan Leaf, există doar un ușor efect de „tragere”, iar ESC modulează captarea de energie în tandem cu frânele convenționale pentru a opri mașina.

Mașină electrică

ESC-urile utilizate în mașinile electrice produse în masă au de obicei capacitatea de a inversa rotația, permițând motorului să funcționeze în ambele direcții. Mașina poate avea un singur raport de transmisie, iar mersul înapoi funcționează prin simpla inversare a rotației motorului. Unele mașini electrice cu motoare de curent continuu folosesc un întrerupător electric pentru a inversa direcția motorului, altele folosesc o transmisie manuală sau automată tradițională (de obicei, aceasta este mai ușoară, deoarece vehiculul utilizat pentru conversie are deja transmisia și motorul electric este pur și simplu instalat în locul motorului original).

Biciclete electrice

Bicicleta electrica

Motoarele utilizate la bicicletele electrice necesită un cuplu mare de pornire și, prin urmare, utilizează un senzor Hall pentru măsurarea vitezei. Regulatoarele electrice pentru biciclete folosesc în general senzori de frână, senzori de rotație a pedalei și asigură viteza motorului reglabilă prin potențiometru, control al vitezei în buclă închisă pentru reglarea precisă a vitezei, logică de protecție la supratensiune, supracurent și protecție termică. Uneori, senzorii de cuplu sunt folosiți în pedală pentru a permite asistența motorului proporțională cu cuplul aplicat pedalei și, uneori, bicicletele electrice sunt echipate cu frânare regenerativă, frânare mai puțin frecventă și masă redusă, pentru a recupera putina energie.

Utilizare în modele radio

Un ESC poate fi o unitate independentă care se conectează la canalul de comandă a clapetei receptorului sau încorporat în receptorul însuși, așa cum este cazul majorității vehiculelor controlate radio de jucărie. Unii producători de jucării care instalează dispozitive electronice proprietare în vehiculele, navele sau avioanele lor utilizează echipamente electronice la bord care combină cele două pe o singură placă de circuite imprimate .

Controlul automat al vitezei de croazieră pentru vehiculele RC poate încorpora un circuit de eliminare a bateriei pentru a regla tensiunea receptorului , eliminând necesitatea bateriilor separate ale receptorului. Regulatorul poate fi liniar sau comutat . ESC-urile, în sensul cel mai larg, sunt regulatoare de frecvență pentru motoarele electrice. ESC acceptă în general un semnal de intrare nominal de 50 Hz, a cărui durată de impuls variază de la 1 ms la 2 ms. Atunci când este alimentat cu un impuls de 1 ms la 50Hz, ESC răspunde oprind motorul conectat la ieșirea sa. Un semnal de intrare a lățimii impulsului de 1,5 ms acționează motorul la aproximativ jumătate din viteză. Când este prezentat cu un semnal de intrare de 2,0 ms, motorul funcționează la viteză maximă.

Mașini controlate radio

ESC-urile concepute pentru utilizarea sportivă în mașini au, în general, capacități de inversare; altele noi pot dezactiva abilitatea inversă, astfel încât să nu poată fi folosită într-o cursă. ECS concepute pentru utilizare sportivă au capacitatea de frânare dinamică. ESC forțează motorul să acționeze ca un generator prin plasarea unei sarcini electrice peste armătură. La rândul său, acest lucru face ca armura să se întoarcă mai greu, încetinind sau oprind modelul.

Elicoptere

Trântor

ESC-urile proiectate pentru elicoptere radio controlate nu necesită o funcție de frânare (deoarece rulmentul cu sens unic ar face oricum inutil) și nici nu necesită o direcție inversă (deși poate fi util, deoarece conexiunile motorului pot fi adesea dificil de schimbat odată instalate) .

Multe ESC-uri pentru elicoptere high-end oferă un mod „Governor” care fixează turația motorului la o turație stabilită.

Avioane

ESC-urile pentru aeronavele controlate radio au de obicei unele caracteristici legate de siguranță. Dacă puterea de intrare de la baterie nu mai este suficientă, ESC reduce sau reduce puterea motorului fără a exclude eleronele , cârma și liftul . Acest lucru permite pilotului să mențină controlul avionului.

Navele

ESC-urile concepute pentru bărci sunt neapărat impermeabile. Construcția etanșă este semnificativ diferită de ESC-urile non-marine, cu o carcasă mai compactă de captare a aerului, deci trebuie să răcească motorul și ESC-ul în mod eficient. Majoritatea ESC-urilor marine sunt răcite de apă circulată de motor sau de vidul negativ al elicei în apropierea ieșirii arborelui motor. La fel ca ESC-urile pentru mașini, ESC-urile pentru bărci au capacități de frânare și mers înapoi.

Quadcopters

Controlerele electronice de viteză (ESC) sunt o componentă esențială a quadcopterelor moderne (și a tuturor multirotorilor) care oferă motoare de înaltă frecvență, de înaltă putere, într-un pachet miniaturizat extrem de compact. Aceste aeronave depind în totalitate de turația variabilă a motoarelor care conduc elicele. Controlul rotațiilor motorului este controlul necesar pentru ca un quadcopter (și toți multirotorii) să zboare.

Quadcopter ESC-urile pot utiliza de obicei o rată de reîmprospătare mai rapidă decât semnalul standard de 50Hz utilizat în majoritatea celorlalte aplicații RC. O varietate de protocoale ESC dincolo de modulație sunt utilizate pentru multirotori moderni, inclusiv Oneshot42, Oneshot125, Multishot și DShot. DShot este un protocol digital care oferă unele avantaje față de controlul analogic clasic, cum ar fi rezoluția mai mare, suma de control CRC și lipsa vibrațiilor oscilatorului (eliminând necesitatea calibrării). Protocoalele ESC moderne pot comunica la o rată de 37,5 kHz sau mai mare, cadru DSHOT2400 ocupând doar 6,5 µs. ^{[3] [4]}

Firmware-ul ESC

Majoritatea ESC-urilor moderne conțin un microcontroler care interpretează semnalul de intrare și guvernează motorul utilizând un program sau un firmware încorporat. În unele cazuri, este posibil să schimbați firmware-ul din fabrică cu un firmware open source alternativ, care este disponibil public. Acest lucru se face în general pentru a adapta ESC la o anumită aplicație. Unele ESC pot fi actualizate de utilizator. Altele necesită schimbări de circuit pentru a permite programarea.

Notă

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre ESC

Portal de inginerie

Portal de modelare