Регулятор скорости

Перейти к: навигация, поиск

Описание[править]

ESC (Electronic Speed Controller) - дословно "электронный регулятор скорости", позволяющий точно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель. Также регулятор определяет направление вращения мотора (сам или способ подключения к нему).

Также встречаются названия: регулятор хода, регулятор оборотов, Motor Speed Controller.

Регулятор для электродвигателей представляют собой программируемое устройство, контролирующее все жизненно важные параметры двигателя. Регулятор позволяет не только менять обороты и направление работы мотора, но и обеспечивать в зависимости от необходимости плавный или резкий старт, ограничение по максимальному току, функцию "тормоза" и ряд других тонких настроек двигателя под нужды моделиста. Для программирования регулятора используются специальные программаторы, либо устройства для подключению регулятора к компьютеру, либо в полевых условиях это можно делать с помощью передатчика и специальной перемычки.

Характеристики[править]

  • Максимальный ток – указывает, какой ток контроллер мотора может держать продолжительное время, то есть постоянно. Как правило, этот параметр входит в обозначение контроллера (18А, 10А). Иногда указывают величину кратковременного, пикового тока, допустимого в течении нескольких секунд.
  • Кратковременный ток - способны держать выходные транзисторы контроллера, но рассеивать выделяемое при этом токе количество тепла контроллер не в состоянии.
  • Максимальное рабочее напряжение - указывается, от какого количества никелевых или литий-полимерных банок можно запитывать регулятор. Для контроллеров с BEC-ом, эта величина может иметь зависимость от расчётного количества сервомашинок. Это связано с рассеиванием тепла стабилизатором схемы BEC - при большем числе банок максимальный ток нагрузки BEC и, следовательно, количество сервомашинок меньше. Как правило, если используется BEC, количество банок не превышает 12. Если вы хотите работать с большим количеством банок, то придется ставить или отдельную батарею питания приемника, или использовать внешний BEC. Но в любом случае нельзя превышать максимальное напряжение, допустимое для контроллера.
  • Максимальные обороты (RPM) - программное ограничение максимальных оборотов. Всегда указывается для двухполюсного двигателя. Для многополюсных моторов это число надо разделить на количество пар полюсов. Например, если указано 63000 RPM, то для мотора с 12-ю магнитами максимальные обороты будут 63000/6=10500 RPM. Данная функция не дает мотору набрать большее, чем указано количество оборотов, некоторые контроллеры при превышении этого значения на холостом ходу начинают сбоить, вызывая значительные броски тока - мотор начинает резко дергаться. Этот эффект не является признаком неисправности мотора или контроллера.
  • Внутреннее сопротивление – полное сопротивление силовых ключей контроллера, без учета проводов. Чем мощнее контроллер, тем меньше его внутреннее сопротивление. Как правило, сопротивление проводов сравнимо с внутренним сопротивлением контроллера и вносит до 30% потерь. Для примера, внутреннее сопротивление контроллера Castle Creations Phoenix 25A 13 мОм, а сопротивление 30 см провода сечением 1кв.мм – 6 мОм, то есть почти треть потерь приходится на провода.
  • Частота импульсов контроллера (PWM Frequency) - как правило, составляет 7-8 КГц. У некоторых контроллеров частоту регулирования можно программировать на другие значения - 16 и 32 КГц. Эти значения применяется в основном для высокооборотных 3-4-х витковых моторов с малой индуктивностью, при этом улучшается линейность регулирования частоты вращения. Частота импульсов может доходить и до 400 кГц.
  • Наличие выключателя - это дополнительное удобство, позволяющее не разбирать каждый раз модель, чтобы добраться до аккумулятора и включить/выключить бортовую аппаратуру. Некоторые производители регуляторов не ставят выключателей на контроллеры, рассчитанные на токи ниже 40А.
Хорошее решение - электронный выключатель, который работает на размыкание, и если он в полёте случайно оторвется то контроллер и аппаратура останется включенной.
Внимание! Некоторые регуляторы выключают лишь питание приёмника (встроенный BEC), а контроллер при этом остаётся включенным, не подавая никаких сигналов о разряде аккумулятора, который может постепенно разрядиться «в ноль», что для литиевых аккумуляторов заканчивается фатально.

Подключение[править]

К аккумулятору[править]

Важно! Нельзя делать провода от регулятора до аккумулятора слишком большой длины! Стартовые токи бесколлекторных моторов намного больше, чем аналогичных коллекторных, и при работе моторов возникают большие скачки тока. Конденсаторы, всегда стоящие на входе контроллера, должны быть специального типа, но многие производители экономят на них.

При удлинении проводов от контроллера до батареи начинает сказываться их индуктивность, и может возникнуть ситуация, когда уровень помех по напряжению питания на входе контроллера станет настолько высок, что контроллер не сможет правильно определить положение ротора мотора (иногда при этом еще и "повисает" процессор контроллера). Известны случаи сгорания контроллеров при длине проводов со стороны аккумулятора около 30см.

Кроме того, длинные провода до батареи могут вызывать проблемы при резком старте мотора - контроллер может не перейти от режима старта к рабочему режиму при слишком резком прибавлении “газа”. Для предотвращения этого эффекта во многих контроллерах есть специальные настройки.

Если необходимо увеличить длину проводов (например, двигатель стоит в хвосте модели), то следует

  • прежде всего увеличивать длину проводов от мотора до контроллера. Как правило, контроллеры поставляются с проводами до батареи длиной 13-16см. Такая длина вполне достаточна для надежной работы контроллера, и не следует ее увеличивать более чем на 5см.
  • если увеличение длины проводов от аккумулятора до регулятора неизбежно, но следует их заменить на более «толстые» (увеличить поперечное сечение проводов).

К мотору[править]

Мотор подключается к регулятору тремя проводами. Порядок подключения имеет значение только для направления вращения мотора.

К приёмнику/контроллеру[править]

К приёмнику или полётному контроллеру регулятор подключается, как правило, через сервопровод, через который получает сигнал управления и даёт питание для приёмника (полётный контроллер обычно питается от другого источника, поэтому либо используются регуляторы OPTO, либо питающий провод сервопровода не используется (вынимается, отрезается).

Настройки[править]

Практически все современные регуляторы (за исключением контроллеров моторов со специальными прошивками для мультикоптеров) имеют множество программных настроек. От них зависит режим работы, надежность, а иногда и работоспособность контроллера в паре с тем или иным мотором.

  • Напряжение выключения мотора (cut-off voltage) – при снижении до какого напряжения питания мотор (и только он) будет выключен. Эта функция предназначена для избежания просадок питающего напряжения бортового аккумулятора и, как следствие, сохранения работоспособности аппаратуры при его разряде и для защиты самого аккумулятора от переразряда (последнее особенно важно для литий-полимерных аккумуляторов). Обычно задаётся в количествах «банок». На некоторых контроллерах количество банок литиевых батарей определяется автоматически.
  • Тип выключения мотора (cut-off) – как правило имеет 2 значения.
    • плавный (soft cut-off): контроллер сбрасывает обороты постепенно, не позволяя напряжению на батарее упасть ниже заданного, при этом контроль над моделью сохраняется до последнего.
    • жёсткий (hard cut-off): если зафиксировано падение напряжения ниже заданного, то мотор немедленно останавливается. Жесткое отключение может доставить некоторые неудобства при разряженном аккумуляторе: манипулируя газом, вместо небольшой прибавки оборотов иногда получается полный останов мотора.
  • Тормоз (brake) – торможение мотора после установки газа в "ноль". Может иметь значения включен/выключен, на некоторых контроллерах есть еще программируемая величина тормоза 50-100% и задержка включения тормоза после полного сброса газа. Это необходимо для защиты шестеренок редуктора в случае использования больших и тяжелых пропеллеров, а также полезно при использовании на планерах, когда принудительно нужно остановить пропеллер, чтобы он не раскручивался набегающим потоком воздуха. В некоторых контроллерах, тормоз и плавное выключение мотора – установки взаимоисключающие: для включения плавного отключения мотора надо выключить тормоз и наоборот.
  • Опережение (Timing) – параметр, от которого зависит мощность и КПД пары мотор+регулятор. Может находится в пределах от 0°..30°. Физически это электрический угол опережения коммутации обмоток. Для двухполюсных моторов при увеличении опережения обороты и мощность на максимальных оборотах растут, а общий КПД падает.
    • Для двух и 4-х полюсных моторов с внутренним ротором рекомендуют значения 5°..15°. При больших значениях опережения мощность практически не растет, а КПД падает на 3-5% - это важно для соревнований, где счет идет именно на эти проценты.
    • Для многополюсных моторов с внешним ротором ситуация иная - для них оптимальным по КПД и мощности является опережение 25°..30°. При изменении угла опережения от 5° до 25° растут и КПД и выходная мощность. Однако прирост этот невелик - около 3%.
  • Режим старта (start mode) - не имеет как правило каких-то числовых значений, описывается только как мягкий, (soft) жесткий (hard), быстрый (fast) и пр. Быстрый старт рекомендуется для моторов без редукторов и для использования в соревнованиях. При использовании быстрого старта в моторах с редукторами возможно повреждение шестерен. Плавный старт обеспечивает меньшие пусковые токи в момент старта и позволяет избежать возможных перегрузок по току контроллера, но время раскрутки мотора до полных оборотов увеличивается.
  • Время акселерации или задержка акселерации (acseleleration time или acseleration delay) – устанавливает время набора оборотов после старта до максимума. Устанавливается меньше для моторов с легкими пропеллерами без редукторов и больше для моторов с редукторами и в случае срабатывания защиты по току при резком прибавлении газа.
  • Ограничение тока (Curent limiting) – уровень срабатывания защиты по току. Устанавливается более чувствительным в случае применения моторов с большим стартовым током и батарей с высоким внутренним сопротивлением. При этом желательно установить плавное отключение мотора, в противном случае при резких манипуляциях газом мотор будет останавливаться, что может критично сказаться на управлении. Не рекомендуется отключать защиту по току, если вы не уверены, что ток мотора не может превысить максимально допустимое значение для контроллера, что может привести к повреждению контроллера.
  • Режим газа (throttle type или throttle mode) – устанавливает зависимость оборотов мотора от положения стика газа. Может иметь значения:
    • автокалибровки (auto calibrating) – при этом контроллер самостоятельно определяет положение малого и полного газа
    • фиксированный (fixed) - когда характеристика жёстко задана производителем.
  • Гувернёр (governor) - настройка предназначена для вертолётов, когда положению ручки газа соответствуют определенные обороты, а не мощность двигателя, контроллер в данном режиме работает как автоматическая система поддержания оборотов, прибавляя мощность при увеличении нагрузки на двигатель.
  • Реверс (reverse) - смена направления вращения. Обычно для изменения направления вращения двигателя надо поменять местами любые два провода от мотора. Но в продвинутых контроллерах, возможно изменить направление вращения мотора программно.

Как выбрать регулятор?[править]

  • Мощность регулятора должна соответствовать мощности мотора. Соответственно максимальный ток, на который рассчитан регулятор, должен быть не меньше максимального тока, на который рассчитан мотор. Обратная разница вполне допустима - рабочий ток определяется нагрузкой (мотором), а не регулятором. При больших токах 60-80А контроллер лучше выбирать с запасом на 10-15А больше.
  • Если планируется использовать литий-полимерные аккумуляторы - регулятор должен иметь соответствующие настройки.
  • Внимательно изучите все характеристики выбранного регулятора.

Производители регуляторов[править]

Профессиональные[править]

На этих контроллерах летает, плавает и ездит большинство спортсменов. Однако это и самые дорогие контроллеры.

  • Castle Creations - Один из мировых лидеров в производстве профессиональных контроллеров для спортсменов.
  • Kontronik

Хоббийные[править]

Прочие[править]

  • Astro Flight - американская фирма, специализирующаяся на выпуске электромоторов для моделизма, также делает контроллеры к своим моторам, однако отдельно от моторов найти их в продаже проблематично.

Модели регуляторов[править]

FAQ[править]

Мотор крутится не в ту сторону[править]

В зависимости от типа мотора нужно выбрать соответствующий рецепт:

  • если мотор бесколлекторный, то чтобы поменять направление вращения мотора, достаточно поменять местами подключение любых двух из трёх проводов (которые идут от регулятора к мотору).
  • если мотор коллекторный, то чтобы поменять направление вращения мотора, нужно просто поменять местами два провода, которые идут от регулятора к мотору.

Мотор плохо стартует[править]

То есть начинает вращаться, а потом останавливается

  • Большинство причин кроется в больших скачках тока и, как следствие, провалах питающего напряжения. В первую очередь проверьте провода до аккумулятора. Пробную проверку лучше производить на той длине проводов, которые даны изготовителем, или короче.
  • Попробуйте снять нагрузку (пропеллер) с мотора и проверить его на холостом ходу. Если так всё в порядке, а при установке пропеллера возникают проблемы, только дергается в одном направлении, попробуйте поставить мягкий старт или увеличить время акселерации. Также здесь поможет установка плавного выключения мотора.
  • Контроллеры, у которых есть ограничение тока, всегда имеют индикацию этого режима - это поможет установить, произошло срабатывание токовой защиты или нет.

Мотор стартует в разные стороны[править]

Бывает, что мотор сначала стартует в «неправильную» сторону, набирает примерно 20-30% оборотов, потом «одумывается», и резко начинает крутится в нужном направлении. Останов и реверс сопровождаются резкими скачками тока, иногда срабатывает токовая защита. Данная ситуация происходит чаще с 2-3х витковыми двухполюсными спортивными моторами при наличии резкого старта. Причем мотор ведет так себя не всегда, а примерно в 10% случаев. Выход из этой ситуации - использование плавного старта.

Можно ли подключать два БК-мотора к одному регулятору[править]

Хотя это и не является штатным использованием регулятора и рекомендуется так не делать, тем не менее, практика показывает, что вполне возможно подключить два бесколлекторных мотора к одному регулятору. Видео ещё ещё ещё

Нужно учитывать, что:

  • При некоторых нагрузках возможен срыв магнитного потока на одном или обоих моторах, при этом для восстановления нормальной работы моторов придётся полностью сбрасывать газ и снова увеличивать до нужного уровня. Чтобы избежать срыва лучше использовать более «лёгкие» пропеллеры, чем расчётные для данных моторов.
  • При торможении одного мотора второй также сбавляет обороты! Направление вращения моторов роли не играет. Таким образом, обороты моторов при разной нагрузке на ВМГ будут стремиться выравниваться.
  • При резкой принудительной остановке одного мотора второй не успевает остановиться, а первый после снятия нагрузки моментально восстанавливает вращение.
  • Запас по максимальному току у регулятора должен с большим запасом превышать максимальный потребляемый ток обоими моторами.

Что такое регуляторы OPTO[править]

OPTO в названии регулятора по идее должно означать гальваническую опторазвязку между цепями питания и управляющим входом с помощью ОПТОэлектронных приборов. При этом исключена электрическая связь между управляющим сигналом и цепями питания регулятора, что важно при строительстве некоторых моделей. Также это означает снижение уровня помех (такие регуляторы практически не шумят в общую сеть).

Очень часто на самом деле никакой гальванической развязки в регуляторах OPTO не существует и производители таким образом обозначают лишь просто отсутствие встроенного стабилизатора напряжения (BEC) в регуляторах, предназначенных для использования, например, в мультикоптерах (в которых, как правило, 3, 4, 6 или 8 регуляторов и столько же BECов ни к чему). То есть таким регулятором невозможно запитать приёмник, полётный контроллер, сервомашинки и прочее бортовое оборудование. Поэтому обязательно нужно предусмотреть применение внешнего BEC.

См. также[править]

Источник — «https://rcsearch.ru/w/index.php?title=Регулятор_скорости&oldid=9640»