Загрузка...Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC)
Схема регулятора скорости бесколлекторного двигателя (ESC)
Схема условно разделена на две части: левая — микроконтроллер с логикой, правая — силовая часть. Силовую часть можно модифицировать для работы с двигателями другой мощности или с другим питающим напряжением.
Контроллер — ATMEGA168. Гурманы могут сказать, что хватило бы и ATMEGA88, а AT90PWM3 — это было бы «вааще по феншую». Первый регулятор я как раз делал «по феншую». Если у Вас есть возможность применять AT90PWM3 — это будет наиболее подходящий выбор. Но для моих задумок решительно не хватало 8 килобайт памяти. Поэтому я применил микроконтроллер ATMEGA168.
Эта схема задумывалась как испытательный стенд. На котором предполагалось создать универсальный настраиваемый регулятор для работы с различными «калибрами» бесколлекторных двигателей: как с датчиками, так и без датчиков положения. В этой статье я опишу схему и принцип работы прошивки регулятора для управления бесколлекторными двигателями с датчиками Холла и без датчиков.
В простейшем варианте частоту вращения можно менять с помощью устройства регулировки мощности, в основе которого заложен принцип переменного сопротивления. То есть, по большому счету это обыкновенный реостат. Многие пользователи используют его на бытовых болгарках при проведении полировальных, шлифовальных работ с мягкими материалами, где на низких оборотах можно добиться качественного результата.
Типовая электрическая схема регулятора оборотов. Источник фото здесь
Профессиональные, мощные болгарки, комплектуются более сложным техническим устройством для регулировки оборотов, в основе которого заложена электронная схема. Наличие функции поддержки частоты вращения при изменении нагрузки является его отличительной чертой. Цены на такие болгарки намного выше, чем на обычные бытовые.
Полезное видео
С обратной связью
В систему поддержания оборотов болгарок профессионального типа при регулировании входит датчик, считывающий частоту вращения. Входящий в конструкцию датчика магнит подает сигнал на электронное регулирующее устройство, в котором сообщаются данные о величине частоты вращения. Электронный блок реагирует соответствующим образом, повышая силу тока в обмотках электропривода при увеличении нагрузки (уменьшении оборотов). Такая обратная связь таходатчика и электронного блока происходит непрерывно и поддерживает стабильную частоту вращения на разных режимах работы УШМ.
Регулировка
Теперь расскажем о том, как можно регулировать обороты коллекторных двигателей. В связи с тем, что скорость вращения мотора просто зависит от величины подаваемого напряжения, то любые средства регулировки, которые способны выполнять эту функцию для этого вполне пригодны.
Перечислим несколько такого рода вариантов для примера:
- Лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).
- Заводские платы регулировки, используемые в бытовых приборах (можно использовать в частности те, которые применяются в миксерах или в пылесосах).
- Кнопки, используемые в конструкции электроинструментах.
- Бытовые регуляторы освещения с плавным действием.
Однако, все вышеперечисленные способы имеют очень важный изъян. Вместе с уменьшением оборотов, одновременно уменьшается и мощность работы мотора. В некоторых случаях, его можно остановить даже просто рукой. В некоторых случаях, это может быть приемлемо, но большей частью, это является серьёзным препятствием.
Хорошим вариантом является выполнение регулировки оборотов посредством использования тахогенератора. Его обычно устанавливают на заводе. При отклонениях в скорости вращения мотора, через симисторы в мотор передаётся уже откорректированное электропитание, соответствующее требуемой скорости вращения. Если в эту схему встроить регулировку вращения мотора, то потери мощности здесь происходить не будет.
Как это выглядит конструктивно? Наиболее распространены реостатная регулировка вращения, и сделанная на основе использования полупроводников.
В первом случае, речь идёт о переменном сопротивлении с механической регулировкой. Она последовательно подключается к коллекторному электродвигателю. Недостатком является дополнительное выделение тепла и дополнительная трата ресурса аккумулятора. При таком способе регулировк, происходит потеря мощности вращения мотора. Является дешёвым решением. Не применяется для достаточно мощных моторов по упомянутым причинам.
Во втором случае, при использовании полупроводников, происходит управление мотором путём подачи определённых импульсов. Схема может менять длительность таких импульсов, что в свою очередь, меняет скорость вращения без потери мощности.
Электронный автотрансформатор
Электронный автотрансформатор – это транзисторный регулятор напряжения. Изменение напряжения осуществляется по принципу ШИМ (широтно-импульсная модуляция), а в выходном каскаде используются транзисторы — полевые или биполярные с изолированным затвором (IGBT). Выходные транзисторы коммутируются с высокой частотой (около 50 кГц), если при этом изменить ширину импульсов и пауз между ними, то изменится и результирующее напряжение на нагрузке. Чем короче импульс и длиннее паузы между ними, тем меньше в итоге напряжение и подводимая мощность. Для двигателя, на частоте в несколько десятков кГц, изменение ширины импульсов равносильно изменению напряжения.
Выходной каскад такой же, как и у частотного преобразователя, только для одной фазы — диодный выпрямитель и два транзистора вместо шести, а схема управления изменяет выходное напряжение.
Плюсы электронного автотрансформатора заключаются в его небольших габаритах и массе, невысокой стоимости, чистой синусоиде на выходе и отсутствием гула на низких оборотах.
Недостатком можно назвать небольшое расстояние от прибора до двигателя не более 5 метров (этот недостаток устраняется при использовании дистанционного регулятора).
Электронный автотрансформатор SB033 выполнен для установки на DIN-рейку. Регулятор имеет регулировку минимальной скорости вращения вентилятора. Работой регулятора можно управлять сигналом 0-10 В. Регулятор SB033 имеет реле статуса работы регулятора для подключения привода воздушной заслонки или калорифера. Светодиод на передней панели отображает статус работы или ошибки регулятора. Возможно подключение к SB033 ручки управления, которая устанавливается в стандартный подрозетник.
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.
Зачем нужен плавный пуск
Наличие такого пуска — это очень важный момент. При запуске мощного электроинструмента, подключенного к сети, происходит бросок пускового тока, который во много раз превышает номинальный ток двигателя, напряжение в сети проседает. Хотя этот бросок кратковременный, он вызывает повышенный износ щёток, коллектора двигателя и всех элементов инструмента, по которым он протекает. Это может стать причиной выхода из строя самого инструмента, особенно китайского, с ненадёжными обмотками, которые могут в самый неподходящий момент сгореть во время включения. А также идёт большой механический рывок при запуске, что ведёт к быстрому износу редуктора. Такой пуск продлевает жизнь электроинструмента и увеличивает уровень комфорта при работе.
Регулировка пускового устройства карбюратора Озон без снятия его с двигателя автомобиля
Правильно отрегулированное пусковое устройство (ПУ) карбюратора Озон позволяет беспроблемно запускать двигатель автомобиля, как в лютый холод, так и в тропическую жару.
Точнее и удобнее всего регулировать пусковое устройство на снятом с двигателя карбюраторе. Но есть способ менее трудоемкий и более быстрый – регулировка ПУ без снятия с двигателя (по частоте вращения коленчатого вала). Единственный минус подобной регулировки – наличие тахометра для точного определения этих самых оборотов. Здесь выигрывают только владельцы ВАЗ 2107, остальным придется подключать внешний тахометр или регулировать на слух, что требует определенного опыта и навыков.
Любая регулировка ПУ сводится к установке тем или иным способом пусковых зазоров:
— зазор «Б» между кромкой дроссельной заслонки первой камеры и стенкой смесительной камеры карбюратора;
— зазор «А» между кромкой воздушной заслонки и стенкой смесительной камеры.
Пусковые зазоры карбюратора Озон
Величина этих зазоров для разных моделей карбюраторов Озон различна (См. «Пусковые зазоры карбюраторов Озон, величина»). Эти зазоры позволяют обеспечить оптимальный состав топливно-воздушной смеси на режиме пуска двигателя.
Регулировка зазора «Б» выполняется путем подгибания тяги соединяющей рычаг на оси дроссельной заслонки и трехплечий рычаг. Регулировка зазора «Б» выполняется вращением регулировочного винта в торце крышки корпуса пускового устройства (диафрагменного механизма приоткрывателя).
Элементы пускового устройства карбюратора 2105, 2107 Озон
Порядок регулировка ПУ карбюратора Озон без снятия его с двигателя автомобиля
1. Прогреваем двигатель до рабочей температуры (80-90 гр).
2. Снимаем корпус воздушного фильтра двигателя.
3. Полностью вытягиваем рукоятку «подсоса» на работающем прогретом двигателе
Воздушная заслонка карбюратора Озон должна быть закрыта.
4. Выставляем пусковой зазор «Б».
— Приоткрываем воздушную заслонку на 1/3 от ее хода (например, нажав на ее край отверткой).
Принудительное приотткрытие на 1/3 хода воздушной заслонки карбюратора Озон (установка пускового зазора «Б»)
— Устанавливаем обороты коленчатого вала двигателя в пределах 3200-3400 об/мин. Для этого немного подгибаем плоскогубцами регулировочную тягу отвечающую за приоткрытие дроссельной заслонки первой камеры и пусковой зазор «Б».
Подгибаем тягу
Повторяем подгибания тяги до тех пор, пока автоматически обороты к/вала не установятся в пределах 3200-3400 об/мин, при открытой на 1/3 воздушной заслонке, что соответствует требуемому зазору «Б».
5. Выставляем пусковой зазор «А».
Отворачиваем пробку регулировочного винта в крышке ПУ. На работающем прогретом двигателе с полностью закрытой воздушной заслонкой вращением регулировочного винта в крышке ПУ добиваемся установки оборотов коленчатого вала двигателя в пределах 3000-3100 об/мин., что соответствует правильному зазору «А». При проверке оборотов следует закрывать пальцем отверстие под регулировочный винт в крышке ПУ.
Регулировочный винт пускового устройства карбюратора Озон (установка пускового зазора «А»)
Все, регулировка пускового устройства карбюратора Озон завершена.
Примечания и дополнения
— Перед регулировкой пускового устройства карбюратора Озон необходимо убедится в его исправности. А именно: целостности диафрагмы внутри корпуса ПУ, чистоте канала подведения разрежения в корпус ПУ (продуть через выходное отверстие канала внутри корпуса), четкости работы привода воздушной заслонки («подсоса»), полноту открытия и закрытия воздушной заслонки.
