Все о регуляторах оборотов бесколлекторного двигателя

Электронный регулятор хода

Электронный регулятор хода (англ. ESC, Electronic Speed Controller ) — устройство для управления оборотами электродвигателя, применяемое на радиоуправляемых моделях с электрической силовой установкой.

Электронный регулятор хода позволяет плавно варьировать электрическую мощность, подаваемую на электродвигатель. В отличие от более простых резистивных регуляторов хода (в настоящее время практически не применяются в моделизме), которые управляли мощностью двигателя путём включения в цепь последовательно с мотором активной нагрузки, превращающей избыточную мощность в тепло, электронный регулятор хода обладает значительно более высоким КПД, не расходуя энергию аккумуляторной батареи на бесполезный нагрев.

Принцип работы

Связь с остальными компонентами мультикоптера.

На вход ESC подается напряжение с аккумулятора и сигналы от полетного контроллера, а на выход регулятор отдает управляющее напряжение для привода. Соответственно регулятор должен обеспечивать:

1. Совместимость с полетным контроллером.
2. Максимальный ток для мотора (рассчитывается из спецификаций мотора и пропеллера) плюс 20 – 30%.
3. Потребление тока меньше, чем ток, отдаваемый аккумулятором поделенный на количество ESC.

*Простейшая схема подключения.

Что такое регулятор оборотов двигателя (ESC) и на что обращать внимание при выборе

При покупке готовой RC-модели в полной комплектации вопрос о выборе регулятора скорости неактуален. Совсем другое дело, когда модель собирается «с нуля» или нужно заменить пришедшую в негодность комплектующую.

ESC (англ. «Electronic Speed Control») – это составляющая любой радиоуправляемой модели на электротяге. Регулятор оборотов (или «регулятор скорости», или «контроллер», он же в простонародье «регуль») отвечает за плавное, без лишних скачков управление двигателем.

Немного теории

Регулятор скорости – это передаточное звено между установленным аккумулятором и электродвигателем. И нужно отметить, что последний без него долго не протянет.

Электродвигатель плюс регулятор оборотов – это силовая установка модели, ее сердце и движущая сила.

Параметры ESC нужно учитывать при выборе аккумулятора, то есть четко следовать инструкции к модели. И да, от параметров регулятора зависит выбор типа АКБ и ее напряжение.

Регулятор скорости может относиться к категории «специализированных», но может быть и универсальным, то есть перепрограммироваться (настраиваться) на разную RC-технику – автомодели, судомодели или авиамодели.

Кстати, если имеем модель с задним ходом, то на ней установлен регулятор с реверсом. Такой контроллер меняет направление вращения электромотора, пуская на него напряжение противоположной полярности.

Как выбрать регулятор скорости

Выбор контроллера зависит от установленного двигателя и аккумулятора.

Первое, на что обратить внимание – максимальный рабочий ток регулятора. Проверьте характеристики АКБ – от номинального напряжения на акуме зависит и выбор контроллера. Если на модели установлена батарея с напряжением 4S , то и рабочее напряжение регулятора должно быть не ниже. Ни в коем случае нельзя к 4S аккумулятору подключать контроллер, с параметрами рабочего тока 2-3S – он просто сгорит.

Электродвигатели подразделяются на коллекторные (brushed) и бесколлекторные (brushless). Для каждого типа предназначены свои регуляторы оборотов, которые отличаются принципом работы и даже схемой.

Сразу отметим, что контроллеры для двигателей бесколлекторного типа предназначены только для одного мотора, в то время как регуляторы для бесщеточных электродвигателей (они, кстати, значительно дешевле) могут работать с несколькими движками.

Чтобы оценить выбранный регулятор оборотов, пройдитесь по следующим параметрам:

Напряжение

Номинальное покажет, при каком токе ESC сможет проработать длительное время (длительное, в понимании электроники – это несколько секунд, а не часов).

Пиковое напряжение – это характеристика для оценки максимальной нагрузки на контроллер в определенный момент (запуск, быстрый старт, резкое торможение).

Рабочее напряжение мы уже упоминали – это параметр для определения совместимости с АКБ.

Сопротивление

Внутреннее сопротивление играет важную роль для профессиональных моделистов. За счет разных схем переключения электрических соединений, происходит высвобождение энергии, иными словами – установка греется и энергия теряется. Внутреннее сопротивление регулятора у спортивных моделей невелико (около 0,0006 Ом), но даже эти потери могут сыграть решающую роль на серьезных соревнованиях.

У регуляторов с реверсом внутреннее сопротивление обычно выше, поэтому спортивные модели и не имеют заднего хода. Так что, если вы настроены серьезно на победу в гонках, то учитесь сразу обходиться без реверса, хоть без заднего хода поначалу и неудобно.

Настройка

Современные регуляторы оборотов поддаются настройке. Некоторые можно настроить прямо с пульта радиоуправления, на других есть кнопки на корпусе. Как вариант — вхождение в режим настройки при подключении или съеме джампера (перемычки). В роли индикатора настройки выступает свето- или звукоиндикация.

Подбирая регулятор оборотов для своей модели, внимательно изучите в инструкции ее характеристики и рекомендации по подбору комплектующих. Ну, а если возникают вопросы – лучше все-таки посоветоваться со специалистом.

Разновидности коллекторных двигателей

Известно, как минимум, два типа коллекторных двигателей. К первому относятся устройства с якорем и обмоткой возбуждения на статоре. Ко второму можно отнести приспособления с якорем и постоянными магнитами. Также необходимо определиться, для каких целей требуется сконструировать регулятор:

• Если необходимо регулировать простым движением (например, вращением шлифовального камня или сверлением), то обороты потребуется изменять в пределах от какого-то минимального значения, неравному нулю, — до максимального. Примерный показатель: от 1000 до 3000 об/мин. Для этого подойдёт упрощённая схема на 1 тиристоре или на паре транзисторов.
• Если необходимо управлять скоростью от 0 до максимума, тогда придется использовать полноценные схемы преобразователей с обратной связью и жёсткими характеристиками регулирования. Обычно у мастеров-самоучек или любителей оказываются именно коллекторные двигатели с обмоткой возбуждения и тахогенератором. Таким мотором является агрегат, используемый в любой современной стиральной машине и часто выходящий из строя. Поэтому рассмотрим принцип управления именно этим двигателем, изучив его устройство более подробно.

Профессиональное торможение в нейтрали

Особенностью Xerun Axe является настройка скорости торможения в нейтрали, а также её тюнинг. Это позволяет выбрать не только вариант холм/стоять/тормоз, но и скорость реакции тормоза. Поэтому при движении на более высоких скоростях вы не получаете внезапных рывков или остановок при отпускании дроссельной заслонки. Сам тормоз имеет усиленный заряд, и его можно запускать на чрезвычайно высоких уровнях. По сравнению со стандартными настройками краулера, система торможения Xerun Axe может быть оценена в 200% эффективности.

Регуляторы оборотов

Теперь возвращаемся к теме регулятора оборотов. Все доступные сегодня схемы можно разделить на две большие категории:

• Стандартная схема регулятора оборотов,
• Модифицированные устройства контроля оборотов.

Разберемся в особенностях схем подробнее.

Стандартные схемы

Стандартная схема регулятора коллекторного электромотора имеет несколько особенностей:

• Изготовить динистор не составит труда. Это важное преимущество устройства,
• Регулятор отличается высокой степенью надежности, что положительно сказывается в течение его периода эксплуатации,
• Позволяет комфортно для пользователя менять обороты двигателя,
• Большинство моделей основаны на тиристорном регуляторе.

Если вас интересует принцип работы, то такая схема выглядит довольно просто.

1. Заряд тока от источника 220 Вольт идет к конденсатору.
2. Далее идет напряжение пробоя динистора через переменный резистор.
3. После этого происходит непосредственно сам пробой.
4. Симистор открывается. Этот элемент несет ответственность за нагрузку.
5. Чем выше окажется напряжение, чем чаще будет происходить открытие симистора.
6. За счет подобного принципа работы происходит регулировка оборотов электродвигателя.
7. Наибольшая доля подобных схем регулировки электродвигателя приходится на импортные бытовые пылесосы.
8. Но при использовании стандартной схемы регулятора оборотов важно понимать, что он обратной связью не обладает. И если с нагрузкой произойдут изменения, обороты электродвигателя придется настраивать.

Модифицированная схема

Прогресс не стоит на месте. Несмотря на удовлетворительные характеристики стандартной схемы регулятора оборотов двигателя, усовершенствования никому еще не навредили.

Наиболее часто применяемыми схемами являются две:

• Реостатная. Из названия становится очевидно, что здесь основой выступает реостатная схема. Такие регуляторы высокоэффективные при смене количества оборотов электродвигателя. Высокие показатели эффективности объясняются использованием силовых транзисторов, отбирающих часть напряжения. Так меньшее количество тока из источника 220 Вольт поступает на двигатель, ему не приходится работать с большой нагрузкой. При этом схема имеет определенный недостаток большое количество выделяемого тепла. Чтобы регулятор работал длительное время, для электроинструмента потребуется активное постоянное охлаждение,
• Интегральная. Для работы интегрального устройства регулирования используется интегральный таймер, который отвечает за нагрузку на электродвигатель. Здесь могут быть задействованы всевозможные транзисторы. Это обусловлено наличием микросхемы в конструкции с большими параметрами выходного тока. При нагрузке менее 0,1 Ампер, все напряжение идет непосредственно на микросхему, обходя транзисторы. Чтобы регулятор работал эффективно, на затворе требуется наличие напряжения в 12 Вольт. Из этого вытекает, что электрическая цепь и напряжение питания обязаны отвечать данному диапазону.

Действие регулятора оборотов

Работа регулятора оборотов коллекторного двигателя происходит следующим образом.

После запуска агрегата на полной мощности, электрическому току приходится преодолевать сопротивление полной нагрузки, повторяющееся несколько раз. Под действием тока обмотки двигателя деформируются и начинают выделять тепло в течение продолжительного времени. Это приводит к существенному снижению ресурса и движок становится менее долговечным.

Таким образом, регулятор выполняет функцию ступенчатого инвертора, осуществляющего двойное преобразование энергии.

Частотный регулятор напряжения выпрямляет ток на 220 В или 380 вольт, в зависимости от входного напряжения. Для этих целей используется выпрямляющий диод, расположенный на входе. После этого ток фильтруется через конденсаторы, далее происходит формирование широтно-импульсной модуляции. В конечном итоге после регулировки система оказывается подготовленной к созданию необходимой конфигурации синусоиды.