Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не путать с контроллером мотора .

Электронный регулятор скорости (ESC) представляет собой электронную схему , которая контролирует и регулирует скорость с электродвигателем . Он также может обеспечивать реверс двигателя и динамическое торможение . Миниатюрные электронные регуляторы скорости используются в радиоуправляемых моделях с электрическим приводом . У полноразмерных электромобилей также есть системы для управления скоростью их приводных двигателей.

Функция [ править ]

Электронный контроль скорости следующим образом сигнала сигнал задания скорости (производный от дроссельного рычага, джойстик или другого ручного ввода) и изменяет скорость переключения сети полевых транзисторов (полевые транзисторы). [1] При регулировке рабочего цикла или частоты коммутации транзисторов, скорость двигателя изменяется. Быстрое переключение транзисторов - это то, что заставляет сам двигатель издавать характерный пронзительный вой, особенно заметный на более низких скоростях.

Для щеточных двигателей постоянного тока и бесщеточных двигателей постоянного тока требуются различные типы регуляторов скорости . Скорость вращения щеточного двигателя можно регулировать, изменяя напряжение на его якоре. (В промышленности для двигателей с обмотками электромагнитного поля вместо постоянных магнитов также можно регулировать скорость, регулируя силу тока возбуждения двигателя.) Бесщеточный двигатель требует другого принципа работы. Скорость двигателя варьируется, регулируя синхронизацию импульсов тока, подаваемых на несколько обмоток двигателя.

Стандартный модуль ESC номиналом 35 ампер со встроенной схемой элиминатора.

Бесщеточные системы ESC в основном создают трехфазное питание переменного тока, как частотно-регулируемый привод VFD , для работы бесщеточных двигателей . Бесщеточные двигатели популярны среди любителей радиоуправляемых самолетов из-за их эффективности, мощности, долговечности и легкого веса по сравнению с традиционными щеточными двигателями. Контроллеры бесщеточных двигателей постоянного тока намного сложнее, чем контроллеры щеточных двигателей. [2]

Правильная фаза зависит от вращения двигателя, что должно учитываться ESC: обычно для обнаружения этого вращения используется обратная ЭДС от обмоток двигателя, но существуют вариации, в которых используются отдельные магнитные датчики ( эффект Холла ) или оптические датчики. . Программируемые компьютером регуляторы скорости обычно имеют параметры, определяемые пользователем, которые позволяют устанавливать пределы отсечки низкого напряжения, время, ускорение, торможение и направление вращения. Изменение направления вращения двигателя также может быть выполнено переключением любых двух из трех выводов от ESC к двигателю.

Классификация [ править ]

ESC обычно рассчитаны на максимальный ток , например 25 ампер или 25 A. Как правило, чем выше рейтинг, тем больше и тяжелее ESC, что является важным фактором при расчете массы и баланса в самолетах. Многие современные ESC поддерживают никель-металлогидридные , литий-ионные полимерные и литий-железо-фосфатные батареи с диапазоном входных и отсечных напряжений. Тип батареи и количество подключенных ячеек являются важным фактором при выборе схемы нейтрализации батареи.(BEC), независимо от того, встроена ли она в контроллер или как отдельная единица. Большее количество подключенных ячеек приведет к снижению номинальной мощности и, следовательно, к меньшему количеству сервоприводов, поддерживаемых встроенным BEC, если он использует линейный регулятор напряжения. Хорошо спроектированный BEC, использующий импульсный регулятор, не должен иметь подобных ограничений.

Прошивка ESC [ править ]

Большинство современных ESC содержат микроконтроллер, интерпретирующий входной сигнал и соответствующим образом управляющий двигателем с помощью встроенной программы или прошивки. В некоторых случаях можно заменить встроенную заводскую прошивку на альтернативную, общедоступную прошивку с открытым исходным кодом. Обычно это делается для адаптации ESC к конкретному приложению. Некоторые регуляторы скорости собираются на заводе с возможностью обновления прошивки пользователем. Другие требуют пайки для подключения программатора. ESC обычно продаются в виде черных ящиков с проприетарной прошивкой. В 2014 году шведский инженер по имени Бенджамин Веддер начал проект ESC с открытым исходным кодом, позже названный VESC. [3]С тех пор проект VESC привлек внимание своими расширенными возможностями настройки и относительно разумной стоимостью сборки по сравнению с другими высокопроизводительными ESC. [4]

Приложения для транспортных средств [ править ]

Электромобили [ править ]

Большие сильноточные ESC используются в электромобилях, таких как Nissan Leaf , Tesla Roadster (2008) , Model S , Model X , Model 3 и Chevrolet Bolt . Энергопотребление обычно измеряется в киловаттах (например, в Nissan Leaf используется двигатель мощностью 160 киловатт, который развивает крутящий момент до 340 Нм). Большинство серийных электромобилей оснащены ESC, которые улавливают энергию, когда автомобиль движется по инерции или тормозит, используя двигатель в качестве генератора и замедляя автомобиль. Собранная энергия используется для зарядки аккумуляторов и, таким образом, увеличения запаса хода автомобиля (это называется рекуперативным торможением.). В некоторых транспортных средствах, таких как производимые Tesla, это можно использовать для замедления настолько эффективно, что обычные тормоза автомобиля нужны только на очень низких скоростях (эффект торможения двигателем уменьшается по мере уменьшения скорости). В других автомобилях, таких как Nissan Leaf, при движении накатом наблюдается лишь небольшой эффект «торможения», а ESC модулирует захват энергии в тандеме с обычными тормозами, чтобы остановить автомобиль.

Электромобиль

ESC, используемые в серийных электромобилях, обычно имеют возможность реверсирования, что позволяет двигателю работать в обоих направлениях. Автомобиль может иметь только одно передаточное число, и двигатель просто вращается в противоположном направлении, чтобы заставить автомобиль двигаться задним ходом. Некоторые электромобили с двигателями постоянного тока также имеют эту функцию, используя электрический переключатель для изменения направления двигателя, но другие запускают двигатель в одном и том же направлении все время и используют традиционную ручную или автоматическую коробку передач для изменения направления (обычно это проще, так как автомобиль, использованный для переоборудования, уже имеет трансмиссию, а электродвигатель просто устанавливается вместо оригинального двигателя).

Электрические велосипеды [ править ]

Электронный велосипед

Двигатель, используемый в электрическом велосипеде, требует высокого начального крутящего момента и поэтому использует коммутацию датчика Холла для измерения скорости. Контроллеры электрических велосипедов обычно используют датчики включения тормозов, датчики вращения педалей и обеспечивают регулируемую потенциометром скорость двигателя, управление скоростью с обратной связью для точного регулирования скорости, логику защиты от перенапряжения, перегрузки по току и тепловую защиту. Иногда датчики крутящего момента педали используются для включения поддержки двигателя, пропорционального приложенному крутящему моменту, а иногда предоставляется поддержка для рекуперативного торможения, но нечастое торможение и малая масса велосипедов ограничивают рекуперированную энергию. Реализация описана в [5] для бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) мощностью 200 Вт, 24 В.[6]

PAS или PAS могут появиться в списке компонентов электрических комплектов для переоборудования велосипедов, что подразумевает датчик помощи педали или иногда датчик помощи педали импульса . Импульс обычно связан с магнитом и датчиком, который измеряет скорость вращения кривошипа. Датчики давления на педали под ногами возможны, но не распространены. [7]


Приложения дистанционного управления [ править ]

ESC может быть автономным устройством, которое подключается к каналу управления дроссельной заслонкой приемника или встроено в сам приемник, как в большинстве игрушечных автомобилей с дистанционным управлением. Некоторые производители радиоуправляемых устройств, которые устанавливают запатентованную электронику любительского уровня в свои автомобили, суда или самолеты начального уровня, используют бортовую электронику, которая объединяет их на одной печатной плате .


Электронные регуляторы скорости для моделей радиоуправляемых автомобилей могут включать в себя схему исключения аккумуляторных батарей для регулирования напряжения для приемника , устраняя необходимость в отдельных батареях приемника. Регулятор может быть линейным или переключаемым . ESC в более широком смысле - это ШИМ- контроллеры для электродвигателей. ESC обычно принимает номинальный входной сигнал серво ШИМ с частотой 50 Гц, ширина импульса которого варьируется от 1 мс до 2 мс. При подаче импульса шириной 1 мс и частотой 50 Гц ESC отключает двигатель, подключенный к его выходу. Входной сигнал с шириной импульса 1,5 мс приводит двигатель в действие примерно на половину скорости. При поступлении входного сигнала 2,0 мс двигатель работает на полной скорости.

Автомобили [ править ]

ESC, предназначенные для спортивного использования в автомобилях, как правило, имеют функцию заднего хода; В новых спортивных средствах управления может быть отключена возможность движения задним ходом, так что ее нельзя будет использовать в гонке. Органы управления, разработанные специально для гонок, и даже некоторые спортивные элементы управления имеют дополнительное преимущество в виде возможности динамического торможения. ESC заставляет двигатель работать как генератор , передавая электрическую нагрузку на якорь. Это, в свою очередь, затрудняет поворот якоря , замедляя или останавливая модель. Некоторые контроллеры добавляют преимущество рекуперативного торможения .

Вертолеты [ править ]

Дрон

ESC, разработанные для вертолетов с радиоуправлением, не требуют функции торможения (поскольку односторонний подшипник в любом случае сделает его бесполезным), а также не требуют обратного направления (хотя это может быть полезно, поскольку к проводам двигателя часто бывает трудно получить доступ и изменить один раз установлены).

Многие высокого класс вертолеты ЭСКИ обеспечивают « Губернатор режим» , который фиксирует число оборотов двигателя до заданной скорости, что значительно пособничеством CCPM -полета. Также используется в квадрокоптерах.

Самолеты [ править ]

ESC, разработанные для самолетов с радиоуправлением, обычно содержат несколько функций безопасности. Если мощность, поступающая от аккумулятора, недостаточна для продолжения работы электродвигателя, ESC снизит или отключит мощность двигателя, позволяя продолжать использовать элероны , руль направления и функцию руля высоты . Это позволяет пилот , чтобы сохранить контроль над самолетом , чтобы скользить или летать на малой мощности для обеспечения безопасности.

Лодки [ править ]

ESC, предназначенные для лодок, по необходимости являются водонепроницаемыми. Водонепроницаемая конструкция значительно отличается от ESC неморского типа с более плотным воздухозаборником. Таким образом, возникает необходимость в эффективном охлаждении двигателя и ESC для предотвращения быстрого выхода из строя. Большинство регуляторов судового уровня охлаждаются циркулирующей водой от двигателя или отрицательным вакуумом на гребном винте рядом с выходным валом приводного вала. Как и автомобильные ESC, лодочные ESC имеют возможность торможения и реверса.

Квадрокоптеры [ править ]

Электронные регуляторы скорости (ESC) являются важным компонентом современных квадрокоптеров (и всех мультикоптеров), которые обеспечивают высокую мощность, высокую частоту и высокое разрешение трехфазного переменного тока для двигателей в чрезвычайно компактном миниатюрном корпусе. Эти летательные аппараты полностью зависят от переменной скорости двигателей, приводящих в движение гребные винты. Этот широкий диапазон и точный контроль оборотов двигателя / пропеллера дает все необходимое для управления квадрокоптером (и всеми мультикоптерами).

ESC квадрокоптера обычно могут использовать более высокую частоту обновления по сравнению со стандартным сигналом 50 Гц, используемым в большинстве других приложений RC. В современных мультикоптерах используются различные протоколы ESC, помимо PWM, в том числе Oneshot42, Oneshot125, Multishot и DShot. DShot - это цифровой протокол, который предлагает определенные преимущества перед классическим аналоговым управлением, такие как более высокое разрешение, контрольные суммы CRC и отсутствие дрейфа генератора (устранение необходимости в калибровке). Современные протоколы ESC могут обмениваться данными на скорости 37,5 кГц или выше, а кадр DSHOT2400 занимает всего 6,5 мкс. [8] [9]

Модели поездов [ править ]

Большинство моделей электропоездов питаются от электричества, которое передается по рельсам или по воздушному проводу к транспортному средству, поэтому на борту не должно быть электронного регулятора скорости. Однако это не относится к моделям поездов с цифровыми системами рулевого управления, которые позволяют нескольким поездам одновременно двигаться по одному и тому же пути с разной скоростью.

См. Также [ править ]

  • Разъем JST

Ссылки [ править ]

  1. ^ http://www.stefanv.com/electronics/escprimer.html
  2. ^ http://www.rcmodelswiz.co.uk/electronic-speed-controllers-esc/ RC Models Wiz: Essential Guide to Electric Speed ​​Control Systems.
  3. ^ vedder.se/2014/01/a-custom-bldc-motor-controller/ Пользовательский контроллер двигателя BLDC (пользовательский ESC)
  4. ^ https://www.vesc-project.com/ Проект VESC
  5. ^ «Архивная копия» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 18 июля 2011 года . Проверено 6 ноября 2010 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка ) примечание по применению
  6. Перейти ↑ Zilog, Inc (2008). «Управление электродвигателем ступицы BLDC электрического велосипеда» (PDF) . Zilog, Inc. Архивировано из оригинального (PDF) 18 июля 2011 года . Проверено 16 октября 2012 .
  7. ^ http://www.docstoc.com/docs/51547130/Pedal-Power-Sensor-And-Human-Powered-Vehicle-Drive-Augmentation-Responsive-To-Cyclic-Pedal-Power-Input---Patent-5992553 Патент США 5992553
  8. ^ https://oscarliang.com/dshot/
  9. ^ https://www.flyduino.net/en_US/shop/product/pr2200-kiss-esc-2-6s-32a-32bit-brushless-motor-ctrl-2961