Een elektronische snelheidsregelaar (ESC) is een elektronische schakeling die in de eerste plaats bedoeld is om de snelheid en de richting van een elektromotor te regelen.
Of de ESC nu voor een borstelmotor of voor een borstelloze motor is, de ESC interpreteert besturingsinformatie. Dit gebeurt niet in een mechanische beweging zoals bij servo-eenheden, maar veeleer op een manier die de schakelsnelheid van een netwerk van "Field-Effect Transistors", of meer algemeen bekend als FET's, varieert. Het snelle schakelen van deze transistors is er de oorzaak van dat de motor zelf zijn karakteristieke hoge pieptoon laat horen, hetgeen vooral bij lagere snelheden merkbaar is. Deze FET's maken ook een veel soepeler en preciezere snelheidsregeling van de motor mogelijk en op een veel efficiëntere manier dan de oudere mechanische snelheidsregelaars. Deze heeft een resistieve spoel en bewegende armen, die we een paar jaar geleden in veel modellen gezien hebben, vooral in de modelautowereld. De meeste moderne borstel en borstelloze ESC's bevatten een "Battery Eliminator Circuit" (BEC) om een stabiele spanning te regelen voor de ontvanger en de servo's, hierdoor is het niet meer nodig om een extra batterij in het model te hebben. De BEC's zijn meestal ofwel "Lineair" of "Switched Mode".
Lineaire BEC's
Een lineaire BEC gebruikt in principe een weerstand om de spanning te verlagen van de 7.4v-11.1v die we gewoonlijk gebruiken met onze Lipo packs tot de 5 volt die nodig is voor de ontvanger. Hoe hoger het lipo-voltage en hoe meer stroom de RX verbruikt, hoe meer warmte er wordt gegenereerd naarmate de stroom over deze weerstand loopt. Te veel stroom zal oververhitting veroorzaken en je elektronische snelheidsregelaar of BEC beschadigen. En niet te vergeten: het verspilt ook veel elektriciteit, vooral bij grotere elektrische vliegtuigen.
Geschakelde BEC's
Geschakelde BEC's schakelen eigenlijk de spanning zeer snel aan en uit om deze effectief te laten dalen zonder warmte te produceren of elektriciteit te verspillen. Sommige geschakelde BEC's staan u ook toe om te kiezen of uw ontvanger van 5v of 6v wordt voorzien, afhankelijk van hoe en welk type van vliegtuigen u vliegt. Dit in- en uitschakelen van de spanning kon in het verleden interferentie veroorzaken met sommige radioapparatuur, maar deze interferentie is tegenwoordig zo goed als uitgesloten bij de meeste moderne 2.4GHz-uitrustingen. Als algemene vuistregel kun je het beste een geschakelde BEC gebruiken als je liPo batterij vier of meer cellen heeft en als je veel vermogen nodig hebt. ESC's in bredere zin zijn Pulse Width Modulation" (PWM) regelaars voor elektromotoren. Je ontvanger stuurt een 50Hz PWM signaal naar de ESC met een variatie van 1ms tot 2ms, bij 1ms staat de motor stil, bij 1,5ms draait de motor op halve snelheid, en bij 2ms draait hij op volle snelheid, je krijgt natuurlijk een soepele snelheidsregeling tussen deze getallen in. ESC's voor borstelloze motoren zijn heel anders dan ESC's voor borstelloze motoren en zijn niet compatibel met elkaar. Je moet een brushless ESC gebruiken met een brushless motor en een brushed ESC met een brushed motor. Ze zijn vrij gemakkelijk te herkennen, aangezien een brushed ESC 2 motordraden heeft en een brushless ESC 3 motordraden.
Besturing van een borstelmotor
Zoals u wellicht weet, draait een geborstelde motor min of meer zolang er spanning op staat. Om te controleren hoe snel de motor draait, schakelt de ESC de spanning aan en uit, dit gebeurt zeer snel en vele malen per seconde. Om de snelheid van de motor te verhogen, verhoogt de ESC gewoon de tijd dat de spanning wordt ingeschakeld en verlaagt de tijd dat de spanning wordt uitgeschakeld. Om de motor te vertragen wordt het proces omgekeerd. Het belangrijkste punt in het begrijpen van het verschil tussen een geborstelde ESC en een borstelloze ESC is dat de geborstelde ESC geen zorg over de positie van de geborstelde motor armatuur heeft, het gewoon zoals eerder vermeld de spanning aan en uit schakelt.
Besturing van een borstelloze motor
Omdat borstelloze motoren totaal anders werken, is het besturen ervan een heel ander proces. Zonder borstels heeft de ESC geen idee van de positie van de spoelen/stator. Hij heeft een soort feedback van de motor nodig om te bepalen wanneer hij elke pool moet aansturen. Borstelloze ESC's creëren in principe een "3 fase wisselstroom” uitgaande van een DC stroombron om de motor te laten draaien door een opeenvolging van AC signalen gegenereerd door het ESC circuit. Dit is waar de 3 draden nu een rol gaan spelen, slechts 2 van de draden worden bekrachtigd door de ESC op om het even welk ogenblik. De pool die op een bepaald moment niet onder spanning staat zal een kleine hoeveelheid spanning genereren die evenredig is met hoe snel de motor draait; dit staat bekend als "Back Electromotive Force" (Back EMF). Deze kleine spanning wordt door de ESC gebruikt om te bepalen hoe snel en in welke richting de motor op een bepaald moment draait. Met deze informatie weet de ESC hoe hij stroom naar de elektromagneten moet sturen om de motor draaiende te houden. Deze detectie van de positie en wat de motor aan het doen is kan ook worden bereikt door gebruik te maken van een magnetische "Hall Effect" sensor of "Optische" detector, deze zijn meer algemeen te vinden bij modelauto ESCs en In-Runner borstelloze motoren. Outrunner motoren worden meestal geregeld met de "Back EMF" stijl van regelaars.
De computer-programmeerbare snelheidscontrolemechanismen hebben over het algemeen gebruiker- gespecificeerde opties die het instellen van laag voltage cut-off grenzen, timing, versnelling, het remmen, draaizin, en deze dagen nog veel meer, toestaan. Het omkeren van de draairichting van de motor kan ook worden bereikt door het wisselen van twee van de drie draden van de ESC naar de motor.
Het kiezen van een elektronische snelheidsregelaar
ESC's worden beoordeeld voor de maximale stroom die ze aankunnen. Hoe meer stroom een ESC aankan, hoe duurder en zwaarder hij zal zijn. Kies een elektronische snelheidsregelaar die geschikt is voor iets meer dan wat uw motor/propeller combinatie zal trekken bij volgas. Te veel stroom zal een elektronische snelheidsregelaar zeer snel beschadigen! Aan de andere kant, een te grote ESC is dood gewicht dat een nadelige invloed zal hebben op de prestaties van uw vliegtuig, is duurder, en is gewoon niet nodig. LiPo batterijen worden permanent beschadigd als de spanning van een cel onder 3,0 volt daalt. Om deze reden vereisen LiPo batterijen een elektronische snelheidsregelaar met een laag voltage cutoff (LVC). De LVC zal de stroom naar de motor onderbreken wanneer het voltage 3.2V bereikt, of wat u ook voorprogrammeert om de onderbreking te zijn. U zult ook een ESC moeten kiezen die de spanning van de accu aankan die u van plan bent te gebruiken, de spanningsclassificatie voor elke ESC wordt duidelijk vermeld in de specificaties.
Samenvatting
Dit is slechts een kort, niet te technisch inzicht in hoe elektronische snelheidsregelaars werken. Ik hoop dat u het met plezier hebt gelezen en dat u nu een beetje meer inzicht hebt in hoe ze eigenlijk werken.
Geschreven door Garythegliderpilot
Vrije vertaling: Adrien Crispyn smurf1@telenet.be
Artikel bestemd voor verschijning in ”Tijdingen” van VML
Vlaamse Vereniging voor Modelluchtvaartsport
------
Hoor het eerst: word lid van onze mailinglijst
Meld u aan om nieuwe productupdates, exclusieve kortingen, nieuws en meer te ontvangen!
