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ESC: Variador de motor

Submitted by Dedalo on Jue, 04/02/2010 - 00:44

Los variadores son los elementos que se encargan de manejar los motoreseléctricos y se les denomina por las siglas ESC (Electronic Speed

Controller).

En aviones pequeños (indoor o muy sencillos) con motores de escobillas

(brushed) son simples interruptores accionados por un canal del receptor o

los más avanzados hacen gestión PWM (enviando impulso de anchura

controlada) y regulan la velocidad del motor.

Estos sistemas son muy poco eficientes, hoy en día el boom de los eléctricos se debe a un tipo más sofisticado y que

actualmente son los más habituales. Se obtienen potencias mucho mayores gracias a los motores Brushless que

cuentan con un bobinado especial semejante al de los motores industriales trifásicos y aplicando mucha más

frecuencia. Estos motores no se pueden conectar directamente a la batería sino que requieren de un circuito

electrónico que los maneje: el variador ESC.

Verás en catálogos que unas veces aparecen como ESC y otras como ESC+BEC (consulta los BEC) pues muycomún en aviones de tamaño pequeño-medio, integrar en el mismo circuito el control del motor y de la misma

batería obtener la alimentación para los servos y el receptor.

Otra variante son los ESC-opto, que viene de "optoacoplados", estos variadores son muy utilizados en potencias

medias-altas para separar el circuito de motor del circuito reeptor+servos con baterias independientes. Al ser

circuitos independientes, para que el variador pueda acceder a la señal del motor en el receptor incorpora a la

entrada del cable de servo este acoplador que funciona por luz (como un mando a distancia miniatura en un chip) y

que permite que los circuitos estén eléctricamente aislados (y las interferencias de un motor de esa potencia).

Los variadores pueden llegar a ser muy sofisticados y manejar capacidades de corriente muy elevadas (llegan a

alcanzase los 200A en modelos extremos) obteniendo unas potencias que compiten con los modelos de gasolina.

En función del motor y tipo de vuelo que necesites puedes elegir entre una amplia gama de fabricantes. Suele ser

una recomendación generalizada sobredimensionar el ESC, esto es, si de el motor se espera un consumo máximo de35A elegir un ESC que soporte al menos un 10-25% más. Lo cual nos garantiza que el variador responderá

correctamente en condiciones de máxima carga.

Estos circuitos hacen una gestión avanzada del motor y requieren ser "programados" antes de usarlos. Para ello

suelen ofrecer varios métodos, siendo la más simple a través de una secuencia de movimientos de la palanca de gas

en la emisora al conectar, pasando por accesorios en forma de tarjeta con botones para l as diferentes opciones,

hasta los más sofisticados con conexión al ordenador.

http://tallerdedalo.es/web/node/27



http://tallerdedalo.es/web/ESC

http://tallerdedalo.es/web/ESC




Que es un motor brushless? La palabra brushless se puede traducir como "sin escobillas", las escobillas son los elementos

que hacen contacto en el colector de un motor comun. En los motores de DC mas pequeños, son

de una aleacion de cobre y en motores mas grandes son de un compuesto a base de carbon.

Estos motores carecen de colector y escobillas o carbones. Entonces como funcionan? Es simple,

en vez de funcionar en DC funcionan en AC, la mayoria se alimentan con una señal trifasica,

esta señal idealmente deberia ser sinusoidal, pero en la practica son pulsos, haciendo que la

señal sea un continua pulsante o bien una continua con mucho componente de AC sin embargo

se los clasifica como de DC porque al igual que los motores comunes tienen imanes

permanentes.

Tipico motor brushless comercial de marca Hacker

Estos imanes son atraidos por la polaridad de un campo magnetico generado en las bobinas, las

cuales como deciamos reciben pulsos en un patron especifico. Si queremos que el motor gire

mas rapido, simplemente hacemos girar el campo magnetico secuencial a mayor velocidad. O lo

que seria lo mismo a aumentar la frecuencia de los pulsos.



Materiales para armar un motor brushless

Si tenemos un motor electrico comun y le aumentamos la tension en los terminales del mismo,

veremos que aumenta la velocidad pero tambien aumenta la corriente de consumo. En un motor

brushless la corriente y la velocidad son en cierto punto independientes. Es el circuito regulador

de velocidad el que se encarga de suministrar solo la corriente necesaria para una determinada

RPM. Si alimentamos con mucha corriente, significa que estamos desperdiciando la capacidad de

la bateria en esa corriente que no es aprovechada, si en cambio, alimentamos con poca



corriente, el pulso de EMF sera mayor al pulso de alimentacion y por lo tanto el motor

eventualmente se detendra.

Motor casero modificado desde un CD-ROM



Imanes de 6x6x1.4mm



Circuitos Reguladores de Velocidad (ESC)

Los reguladores de velocidad son los encargados de hacer andar el motor, en el caso de

radiocontrol, lo que hacen es medir el tiempo de 1ms a 2ms como un servo estandard y

transformarlo en un maximo y minimo de RPMs para el motor.

Tienen basicamente dos formas de operar, puede ser seteado a una cierta cantidad de vueltas,

supongamos 7000 RPMs, para la cual deberia entregar cierta corriente programada. Si la cargaaumenta, como podria ser el caso de un rotor de helicoptero, entonces el regulador, deberia

entregar mas corriente para que se mantengan esas 7000 RPMs. El regulador controla la forma

del pulso contraelectromotriz (EMF) y asi ajusta la corriente de salida.

La otra forma, la cual es la mas comun y que usa la mayoria es que el motor inyecta un cierto

valor de corriente y luego mide cual es la velocidad del motor al medir el EMF. De esta forma se

auto ajusta.

Aqui hay circuitos electronicos reguladores de velocidad

Ventajas y Desventajas Los motores brushless tienen muchas ventajas por sobre los motores brushed (con escobillas)entre ellas las mas nombradas son:

Mayor eficiencia (menos perdida por calor)

Mayor rendimiento (mayor duracion de las baterias para la misma potencia)

Menor peso para la misma potencia

Conmutacion electronica basada en sensores de posicion de efecto Hall

Requieren menos mantenimiento al no tener escobillas

Relacion velocidad/par motor es casi una constante

Mayor potencia para el mismo tamaño

Mejor disipacion de calor

Rango de velocidad elevado al no tener limitacion mecanica.

Menor ruido electronico (menos interferencias en otros circuitos)

http://www.e-radiocontrol.com.ar/?Motores_Brushless:Circuitos_Variadores_de_velocidad





Los motores brushless practicamente no hacen ruido!! :)

Desventajas de un motor brushless

Mayor costo de construccion

El control es mediante un circuito caro y complejo

Siempre hace falta un control electronico para que funcione, que a veces duplica el costo

Motores comunes de DC Son los motores mas usados en juguetes que usan pilas y como deciamos mas arriba se

caracterizan por tener un colector y escobillas o carbones para hacer contacto con las delgas de

cobre. Se utilizan en aeromodelismo hoy por hoy tambien, aunque estan siendo remplazados por

los motores brushless.

Detalle de un corte de un motor brushed comun



Tambien requieren de un control electronico para regular la potencia desde 0 a 100% cuando la

señal del canal PPM varia de 1ms a 2ms.

Motor brushed comercial, modelo Speed 400

En esta seccion hay un motor de estos modificado para ser brushless.

En las siguientes fotos se puede observar un motor desarmado y los componentes que lo

integran.

Tapa con las escobillas, rotor y carcasa

http://www.e-radiocontrol.com.ar/?Motores_Brushless:Motor_hecho_desde_un_S280





Interior de la carcasa

Ventajas de un motor comun o brushed

Control mediante solo dos cables

Se le remplazan las escobillas y se le extiende la vida util

Bajo costo de construccion

Control mediante un circuito simple y economico

No se necesita un control para una velocidad constante

Puede funcionar en un ambiente de condiciones extremas ya que no tiene electronicaasociada

Desventajas de un motor brushed

Requiere un mantenimiento periodico

La relacion velocidad/par motor es relativamente plana pero a altas velocidades lafriccion de las escobillas aumenta y reduce el par motor util.

Poco poder de disipacion de calor

Rotor con mucha inercia, lo cual limita los cambios de velocidad

Menor rango de velocidad, limitado por las escobillas

Las chispas que se generan en las escobillas generan mucho ruido electronico y puedencausar interferencia electromagnetica a otros circuitos electronicos.



Equipo usado normalmente en vuelo electrico con motor brushed

Algo a tener en cuenta es que los motores brushless que se pueden comprar en el mercado

siempre vienen con imanes de neodimio, los cuales son unos images con mucho flujo magnetico.

En la construccion de los motores tenemos que usar en lo posible estos imanes para sacarle la

mayor potencia posible a los mismos.

En esta seccion veremos temas sobre la construccion practica de algunos motores, y un minimo

de teoria sobre el funcionamiento como para entender como debe hacerse el bobinado.

En este PDF, hay mas informacion sobre motores brushless con muchos mas datos tecnicos.

Sensores de efecto Hall Los primeros motores brushless normalmente venian con un sensor de efecto Hall incorporado

para enviar esa informacion al regulador de velocidad. Los motores que uno fabrica en casa no

tienen esta caracteristica, ni tampoco la mayoria de los motores que se consiguen

comercialmente hoy en dia.

Aqui hay una animacion de un motor brushless con estos sensores

Los sistemas con sensores de efecto Hall son exelentes, pero tambien son mucho mas caros y

complicados, porque ademas de tener los cables hasta el controlador, tienen los sensores

propiamente dichos.

http://www.e-radiocontrol.com.ar/?download=brushless_teoriaBEI.pdf


http://users.tinyworld.co.uk/flecc/4-pole-bldc-motor031102.swf






Motor sin sensores controlado por

microcontrolador

Hoy la tecnologia nos permite usar microcontroladores en los reguladores de velocidad que

hacen la construccion de los motores practicamente muy sencilla. El microcontrolador detecta la

posicion del rotor midiendo el pulso de tension contraelectromotriz (EMF) con esta funcionalidad

no solo el micro sabe la posicion, sino que predice el proximo pulso y ademas calcula la tension

necesaria segun el pico de EMF que recibe del motor

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