Электронная регулировка скорости - Electronic speed control

Не путать с Контроллер мотора.

An электронная регулировка скорости (ESC) - это Электронная схема который контролирует и регулирует скорость электрический двигатель. Он также может обеспечить реверс двигателя и динамическое торможение.Миниатюрные электронные регуляторы скорости используются в электрических радиоуправляемые модели. У полноразмерных электромобилей также есть системы для управления скоростью их приводных двигателей.

Функция

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

Для щеточные двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока. Скорость вращения щеточного двигателя можно регулировать путем изменения напряжения на его якоре. (В промышленности двигатели с обмотками электромагнитного поля вместо постоянных магнитов также могут иметь скорость, регулируемую путем регулирования силы тока возбуждения двигателя.) Бесщеточный двигатель требует другого принципа работы. Скорость двигателя варьируется, регулируя синхронизацию импульсов тока, подаваемых на несколько обмоток двигателя.

BEC

Бесщеточные системы ESC в основном создают трехфазный Питание переменного тока, как у частотно-регулируемого привода частотно-регулируемый привод, бежать бесщеточные двигатели. Бесщеточные двигатели популярны среди радиоуправляемый самолет любителям 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 меняется в зависимости от вращения двигателя, что должно учитываться ESC: обычно, обратная ЭДС от обмоток двигателя используется для обнаружения этого вращения, но существуют варианты, в которых используются отдельные магнитные (эффект Холла ) сенсоры или оптические детекторы. 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 проводов от ESC к двигателю.

Классификация

ESC обычно оцениваются по максимальному Текущий, например, 25 амперы или 25 А. 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-металлогидрид, литий-ионный полимер и фосфат лития-железа аккумуляторы с диапазоном входного и ограничивающего напряжения. Тип батареи и количество подключенных ячеек являются важным фактором при выборе схема удаления батареи (BEC), независимо от того, встроен ли он в контроллер или как автономный блок. 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 с импульсным регулятором не должен иметь подобных ограничений.

Прошивка ESC

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. По состоянию на 2014 г. 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 высококлассными ESC.[4]

Приложения для транспортных средств

Электромобили

Большие сильноточные ESC используются в электромобилях, таких как Nissan Leaf, Тесла Родстер (2008), Модель S, Модель X, Модель 3, а Шевроле Болт. Энергопотребление обычно измеряется в киловаттах (например, в Nissan Leaf используется двигатель мощностью 160 киловатт, обеспечивающий крутящий момент до 340 Нм). Большинство серийно производимых 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 дальности движения автомобиля (это известно как рекуперативное торможение ). 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 снижения 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 реверсивную функцию, 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

Электронный велосипед

Двигатель, используемый в электрический велосипед приложение 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, замкнутый контур контроль скорости для точного регулирования скорости, логика защиты от перенапряжения, перегрузки по току и тепловая защита. Иногда датчики крутящего момента педали используются для включения поддержки мотора, пропорционального приложенному крутящему моменту, а иногда предоставляется поддержка для рекуперативное торможение но нечастое торможение и малая масса велосипедов ограничивают рекуперируемую энергию. Реализация описана в [5] для бесщеточного двигателя постоянного тока (BLDC) мощностью 200 Вт, 24 В.[6]

P.A.S или же PAS может появиться в списке компонентов электрических комплектов для переоборудования велосипедов, что подразумевает Датчик помощи педали или иногда Датчик помощи педали пульса. 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

ESC может быть автономным блоком, который подключается к каналу управления дроссельной заслонкой приемника или встроен в сам приемник, как в большинстве игрушечных автомобилей с дистанционным управлением. Некоторые производители радиоуправляемых устройств, которые устанавливают запатентованную электронику для хобби в свои автомобили, суда или самолеты начального уровня, используют бортовую электронику, которая объединяет их в одном печатная плата.


Электронные регуляторы скорости для моделей радиоуправляемых автомобилей могут включать схема удаления батареи регулировать напряжение для приемник, устраняя необходимость в отдельных батареях приемника. Регулятор может быть линейный или же коммутируемый режим. ESC в более широком смысле ШИМ контроллеры для электродвигателей. ESC обычно принимает номинальный входной сигнал серво ШИМ 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.

Легковые автомобили

ESC предназначены для спортивного использования в легковые автомобили обычно имеют возможность реверсирования; Более новые спортивные элементы управления могут иметь переопределение возможности движения задним ходом, чтобы его нельзя было 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 действовать как генератор путем размещения электрической нагрузки на якорь. Это, в свою очередь, делает арматура труднее повернуть, таким образом замедляя или останавливая модель. Некоторые контроллеры добавляют преимущество рекуперативное торможение.

Вертолеты

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 высокопроизводительные регуляторы скорости для вертолетов обеспечивают "Губернатор режим ", который фиксирует обороты двигателя до заданной скорости, что значительно помогает CCPM -основанный полет. Также используется в квадрокоптерах.

Самолеты

ESC, разработанные для радиоуправляемых самолетов, обычно содержат несколько функций безопасности. Если мощность, поступающая от аккумулятора, недостаточна для продолжения работы электродвигателя, ESC снизит или отключит питание электродвигателя, позволяя продолжать использовать элероны, руль и лифт функция. Это позволяет пилот сохранить контроль над самолет к скользить или летите на малой мощности в безопасное место.

Лодки

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 отказа. Большинство регуляторов судового уровня охлаждаются циркулирующей водой от двигателя или отрицательным вакуумом на гребном винте возле выхода приводного вала. Как и автомобильные ESC, лодочные ESC имеют возможность торможения и реверса.

Квадрокоптеры

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 / винта 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

Большинство моделей электропоездов питаются от электричества, которое транспортируется по рельсам или по воздушному проводу к транспортному средству, поэтому на борту не должно быть электронного контроля 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.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ http://www.stefanv.com/electronics/escprimer.html
  2. ^ http://www.rcmodelswiz.co.uk/electronic-speed-controllers-esc/ RC Models Wiz: Основное руководство по электрическим системам управления скоростью.
  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 оригинал (PDF) на 2011-07-18. Получено 2010-11-06.CS1 maint: заархивированная копия как заголовок (связь) примечание по применению
  6. ^ Зилог, Инк (2008). "Управление двигателем ступицы BLDC электрического велосипеда" (PDF). Zilog, Inc. Архивировано с оригинал (PDF) 18 июля 2011 г.. Получено 2012-10-16.
  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