Кіріспе
Электр қозғалтқышының жылдамдығын басқаратын электрондық схема – электр қозғалтқышының жылдамдығын басқару және реттеуге арналған электрондық тізбек. Ол қозғалтқышты кері айналдыру және динамикалық тежеу функцияларын да қамтамасыз ете алады. Электр қуатымен жұмыс істейтін радиобасқарылатын модельдерде кішкентай электрондық жылдамдық реттегіштері қолданылады. Крупный электр көліктерінде де басқару жүйелері орнатылған, олар жетек қозғалтқыштарының жылдамдығын басқарады.
An electronic speed control (ESC) is an electronic circuit that controls and regulates the speed of an electric motor. It may also provide reversing of the motor and dynamic braking. Miniature electronic speed controls are used in electrically powered radio controlled models. Full size electric vehicles also have systems to control the speed of their drive motors.
Функция
Электрондық жылдамдықты басқару жылдамдық эталонына (дроссельдік тұтқадан, джойстик немесе басқа қолмен енгізілген сигналдан) сәйкес келеді және өрістік эффектті транзисторлар (FET) тізбегінің коммутация жылдамдығын өзгертеді. Транзисторлардың жұмыс циклын немесе коммутация жиілігін реттеу арқылы мотордың жылдамдығы өзгертіледі. Мотор арқылы ағатын токтың жылдам ауысуы мотордың өзінен ерекше жоғары жиілікті қысқа дауыс шығаруына себеп болады, әсіресе төмен жылдамдықтарда жақсы байқалады. Бруспен және бруссыз тұрақты ток моторларын басқару үшін әртүрлі типтегі жылдамдық басқару қажет. Бруспен жұмыс істейтін мотордың жылдамдығы арматурадағы кернеуді өзгерту арқылы басқарылуы мүмкін. (Өнеркәсіптік жағдайда, тұрақты магниттердің орнына электромагниттік орамдары бар моторлардың жылдамдығын мотордың өріс тогының күшін реттеу арқылы басқаруға болады.) Бруссыз моторға басқа жұмыс принципі қажет. Мотордың жылдамдығы мотордың бірнеше орамдарына берілетін ток импульстарының уақытын реттеу арқылы өзгертіледі. Бруссыз ЭСК жүйелері негізінен үш фазалы айнымалы токты, айнымалы жиілікті жетектеуші сияқты, бруссыз моторларды іске қосу үшін жасайды. Бруссыз моторлар радио басқарылатын ұшақтардың хоббишілері арасында тиімділігі, қуаты, ұзақ қызмет ету мерзімі және дәстүрлі бруспен жұмыс істейтін моторлармен салыстырғанда жеңіл салмағы үшін танымал. Бруссыз тұрақты ток мотор контроллері бруспен жұмыс істейтін мотор контроллерінен әлдеқайда күрделі. Мотор айналуына байланысты моторға берілетін токтың дұрыс фазасы өзгереді, және ЭСК оны ескеруі керек: әдетте, бұл айналуды анықтау үшін мотор орамдарынан кері ЭҚК қолданылады, бірақ жеке магниттік (Холл эффектісі) сенсорларын немесе оптикалық детекторларды пайдаланатын нұсқалар да бар. Компьютерлік бағдарламаланатын жылдамдық басқару құрылғыларында әдетте пайдаланушы белгілейтін опциялар болады, олар төмен кернеу шегін, уақытты, үдеуді, тежеуді және айналу бағытын орнатуға мүмкіндік береді. Мотордың айналу бағытын ESC-ден моторға баратын үш сымның кез келген екеуін ауыстыру арқылы да өзгертуге болады.
Жіктеу
ESC-тер әдетте максималды ток бойынша бағаланады, мысалы, 25 ампер (25 А). Жалпы, рейтинг жоғары болған сайын, ESC үлкенірек және ауыррақ болады, бұл ұшақтардың массасы мен тепе-теңдігін есептеу кезінде маңызды фактор болып табылады. Көптеген қазіргі заманғы ESC-лер түрлі кіріс және тоқтату кернеулерімен никель-металл гидридті, литий-ионды полимерлік және литий-темір-фосфатты аккумуляторларды қолдайды. Аккумулятордың түрі және қосылған элементтердің саны аккумуляторды жою тізбегін (BEC) таңдағанда маңызды мәселе болып табылады, ол контроллерге кіріктірілген немесе жеке құрылғы ретінде болуы мүмкін. Қосылған элементтердің санының артуы қуаттылығының төмендеуіне әкеледі, демек, егер ол сызықтық кернеу реттегішін қолданса, кіріктірілген BEC қолдайтын сервомоторлардың саны азаяды. Импульстік реттегіші бар жақсы жобаланған BEC-те мұндай шектеулер болмауы керек.
ESC-нің тұрақ-жарақ бағдарламасы
Қазіргі заманғы ESC-лерде кіріс сигналын түсіндіріп, моторды орнатылған бағдарлама немесе микропрограмма арқылы басқаратын микробасқарушы болады. Кейбір жағдайларда, зауыттық микропрограмманы басқа, жалпыға қолжетімді, ашық кодты микропрограммамен алмастыру мүмкіндігі бар. Мұндай өзгерістер көбінесе ESC-ті нақты қолдануға бейімдеу үшін жасалады. Кейбір ESC-лер пайдаланушыларға микропрограмманы жаңарту мүмкіндігімен зауытта шығарылады. Ал кейбіреулеріне бағдарламалау құралын қосу үшін дәнекерлеу қажет. ESC әдетте, құпия микропрограммамен жабдықталған қара қорап ретінде сатылады. 2014 жылы швед инженері Бенджамин Веддер VESC деп кейіннен аталған ашық кодты ESC жобасын бастады. VESC жобасы одан бері кеңірек бейімдеу опцияларымен және басқа жоғары деңгейлі ESC-лермен салыстырғанда салыстырмалы түрде қолжетімді құрылыс бағасымен назар аударды.
Электрлік көліктер
Үлкен, жоғары токты ESC-лер Nissan Leaf, Tesla Roadster (2008), Model S, Model X, Model 3 және Chevrolet Bolt сияқты электр көліктерінде қолданылады. Энергия тұтынуы әдетте киловатттармен өлшенеді (мысалы, Nissan Leaf 160 кВт қуатты қозғалтқышты пайдаланады, ол 340 Нм дейін айналу моментін тудырады). Көптеген сериялық электр көліктерінде ESC бар, ол көлік тежелгенде немесе бос жүргенде энергияны жинап алады, қозғалтқышты генератор ретінде пайдаланып, көлікті баяулатады. Жиналған энергия аккумуляторларды зарядтауға және көліктің жүріс диапазонын ұзартуға пайдаланылады (бұл регенеративті тежеу деп аталады). Tesla сияқты кейбір көліктерде бұл көлікті соншалықты тиімді баяулатуға мүмкіндік береді, сондықтан көліктің дәстүрлі тежегіштері тек өте төмен жылдамдықтарда ғана қажет (көліктің тежеу әсері жылдамдық төмендеген сайын азаяды). Басқаларында, мысалы, Nissan Leaf, бос жүргенде жеңіл "сүйреу" әсері байқалады, ал ESC энергияны жинауды дәстүрлі тежегіштермен бірге үйлестіріп, көлікті тоқтату үшін басқарады. Сериялық электр көліктерінде қолданылатын ESC-лерде әдетте кері жылдамдық мүмкіндігі болады, бұл қозғалтқышты екі бағытта жұмыс істеуге мүмкіндік береді. Көлікте тек бір беріліс қатынамы болуы мүмкін, ал қозғалтқыш кері бағытта жұмыс істеп, көлікті кері жылжытады. Кейбір электр көліктерінде тұрақты ток қозғалтқыштары бар, олар қозғалтқыштың бағытын өзгерту үшін электрлік қосқышты пайдаланады, бірақ басқалары қозғалтқышты әрдайым бір бағытта жұмыс істетеді және бағытты өзгерту үшін дәстүрлі қолмен немесе автоматты беріліс қорабын пайдаланады (әдетте бұл оңай, өйткені түрлендіру үшін пайдаланылатын көлікте беріліс қорабы бар, ал электр қозғалтқышы бастапқы қозғалтқыш орнына орнатылады).
Электрлік велосипедтер
Электр велосипедінде қолданылатын қозғалтқыш жоғары бастапқы айналым моментін қажет етеді, сондықтан жылдамдықты өлшеу үшін Холл эффект сенсорларын қолданады. Электр велосипедтерін басқару құрылғылары әдетте тежегіш сенсорларын және педаль айналу сенсорларын пайдаланады, сондай-ақ потенциометрмен реттелетін мотор жылдамдығын, жылдамдықты дәл реттеу үшін жабық циклды жылдамдық басқаруды, кернеудің, токтың және температураның артық болуынан қорғау логикасын қамтамасыз етеді. Кейде педальдің айналым моментін сезгіштер қолданылған айналым моментіне пропорционалды моторға көмек көрсету үшін қолданылады, ал кейде регенеративті тежеуге қолдау көрсетіледі; алайда, сирек тежеу және велосипедтердің жеңіл салмағы қайта қалпына келтірілген энергия мөлшерін шектейді. Zilog компаниясының 200 Вт, 24 В тұрақты токсыз (BLDC) электрмоторына арналған электр велосипед жетегін басқару құрылғысы туралы ақпараттық құжатында осы жүзеге асырылуы сипатталған. P.A.S. немесе PAS велосипедтерге арналған электр түрлендіру жиынтығының құрауыштар тізімінде кездесуі мүмкін, бұл педальға көмек сенсорын немесе кейде импульстік педальға көмек сенсорын білдіреді. Импульс әдетте жетек тізбегінің айналу жылдамдығын өлшейтін магнит пен сенсорға қатысты. Аяқ астындағы педаль қысымын сезгіштерді қолдану мүмкін, бірақ бұл жиі кездеспейді.
Қашықтан басқару қолданбалары
ESC қабылдағыштың газды басқару каналына қосылатын немесе қабылдағыштың өзіне енгізілген, дербес құрылғы болып табылуы мүмкін, бұл ойыншық деңгейдегі R/C көліктерінің көпшілігінде кездеседі. Кейбір R/C өндірушілері кіріс деңгейдегі көліктеріне, кемелеріне немесе ұшақтарына арналған эксклюзивті хобби деңгейі электрондық құрылғыларды орнатады және екі функцияны бір басылымды тізбекте біріктіретін бортындағы электрониканы пайдаланады. Модельдік R/C көліктеріне арналған электрондық жылдамдық басқару құрылдарында қабылдағыштың кернеуін реттеу үшін батареяны жою схемасы болуы мүмкін, бұл қабылдағышқа жеке батареялардың қажеттілігін жояды. Регулятор сызықтық немесе импульстік режимде жұмыс істеуі мүмкін. ESC-лер кең мағынада электр моторларын басқаруға арналған PWM контроллерлері болып табылады. ESC әдетте импульс ені 1 мс-тен 2 мс-ге дейін өзгеретін 50 Гц номиналды PWM серво кіріс сигналын қабылдайды. Егер 50 Гц жиілігінде 1 мс ені бар импульс берілсе, ESC шығысына қосылған моторды өшіру арқылы жауап береді. 1,5 мс импульс ені бар кіріс сигналы моторды шамамен жартылай жылдамдықпен іске қосады. 2,0 мс кіріс сигналы берілген кезде мотор толық жылдамдықпен жұмыс істейді.
Көліктер
Спорттық көліктерде пайдалануға арналған ESC-лерде көбінесе кері бағытта жылжу мүмкіндігі болады; жаңа спорттық басқару құралдарында кері жылжу мүмкіндігі өшірілуі мүмкін, сондықтан оны жарыста қолдануға болмайды. Жарыс үшін арнайы жасалған басқару құралдары, тіпті кейбір спорттық басқару құралдары динамикалық тежеу қабілетімен жабдықталған. ESC электрлік жүктемені якорьге қою арқылы қозғалтқышты генератор ретінде жұмыс ілетуге мәжбүрлейді. Бұл өз кезегінде якорьді бұруды қиындатады, соның салдарынан модельдің жылдамдығы төмендейді немесе тоқтап қалады. Кейбір басқару құралдары қалпына келтіретін тежеудің артықшылығын қосады.
Вертолеттер
Радиобақылау тікұшақтары үшін арналған ESC-лерге тежегіш функциясы қажет емес (бір бағытты подшипник оны тиімсіз ететініне байланысты), сондай-ақ кері бағыт та қажет емес (бірақ бұл пайдалы болуы мүмкін, себебі орнатылғаннан кейін қозғалтқыш сымдарына қол жеткізу және оларды ауыстыру қиынға түсуі мүмкін). Көптеген жоғары сапалы тікұшақ ESC-лері "губернатор режимін" ұсынады, ол қозғалтқыштың айналу жиілігін (RPM) белгілі бір жылдамдыққа бекітеді, бұл CCPM негізіндегі ұшуға үлкен көмек көрсетеді. Ол квадрокоптерлерде де қолданылады.
Ұшақтар
Радиобақылау ұшақтарына арналған ESC-лерде көбінесе бірнеше қауіпсіздік мүмкіндіктері болады. Егер аккумулятордан келетін қуат электрмоторды іске қосуға жеткіліксіз болса, ESC моторға қуатты азайтады немесе тоқтатып, сонымен бірге элерон, руль және лифттерді басқару мүмкіндігін сақтайды. Бұл ұшқышқа ұшақтың бағытталған қозғалысын сақтап, қауіпсіз жерге сырғанап немесе аз қуатпен ұшуға мүмкіндік береді.
Қайық
Қайықтарға арналған ЭСК-лер қажеттілік бойынша су өткізбейтін болуы тиіс. Су өткізбейтін құрылымы, теңіздік емес типтегі ЭСК-лерден айтарлықтай өзгеше, ауаның тығыз жиналуын қамтамасыз етеді. Осының салдарынан, жылдам бұзылудың алдын алу үшін моторды және ЭСК-ні тиімді салқындату қажеттігі туындайды. Көптеген теңіздік ЭСК-лер мотордың айналымдағы суымен немесе жетек білігі шығысының жанындағы пропеллердің вакуумы арқылы салқындатылады. Автомобильдерге арналған ЭСК-лер сияқты, қайық ЭСК-лері де тежеу және кері бағытқа ие.
Квадрокоптерлер
Электрондық жылдамдық контроллері (ESC) – қазіргі заманғы квадрокоптерлердің (және барлық мультироторлардың) маңызды құралы, ол өте ықшам миниатюралық корпуста қозғалтқышқа жоғары қуатты, жоғары жиілікті, жоғары ажыратымды 3 фазалы айнымалы токты жеткізеді. Бұл аппараттар пернелерді айналдыратын қозғалтқыштардың өзгеретін жылдамдығына толыққанды сеніп өтеді. Қозғалтқыш/перне айналу жылдамдығын кең ауқымда дәл басқару квадрокоптерге (және барлық мультироторларға) ұшу үшін қажетті барлық басқаруды қамтамасыз етеді. Квадрокоптер ESC-лері әдетте көптеген басқа RC қолданбаларында қолданылатын стандартты 50 Гц сигналымен салыстырғанда, жылдам жаңарту жиілігін қолдана алады. Қазіргі заманғы мультироторларда PWM-нен өзге ESC протоколдарының әртүрлі түрлері қолданылады, олардың ішінде Oneshot42, Oneshot125, Multishot және DShot бар. DShot – бұл классикалық аналогтық басқаруға қарағанда жоғары ажыратымдылық, CRC контролдік сомасы және осциллятордың қате жылжуының болмауы (калибрлеу қажеттілігін жою) сияқты артықшылықтары бар цифрлық протокол. Қазіргі ESC протоколдары 37,5 кГц немесе одан да жоғары жылдамдықпен байланыс жасай алады, ал DSHOT2400 кадрына бар болғаны 6,5 мкс уақыт кетеді.
Пойыз үлгілері
Көптеген электрлік модельдік пойыздар рельстер арқылы немесе көліктің үстінен өтетін сым арқылы берілетін электр қуатымен жұмыс істейді, сондықтан электрондық жылдамдықты басқару құралының бортында болуы міндетті емес. Дегенмен, бұл бірнеше пойыздың бір рельс жолында әртүрлі жылдамдықпен бір уақытта жүруіне мүмкіндік беретін цифрлық басқару жүйесіне ие модельдік пойыздар үшін дұрыс емес.