Управление бесколлекторным мотором квадрокоптера

Наши квадрокоптеры летают на бесколлеторных моторах постоянного тока, это специальные типы двигателей, у которых нет основных компонентов с повышенным износом.

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе. Если вы хорошо учили физику, то знаете, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Когда провод обмотан вокруг чего-то, то магнитное поле увеличивается. Чем больше ток, тем больше сила магнитного поля и больше крутящий момент от вашего двигателя. Однако, большие токи сильно нагревают обмотку, особенно вот такие тонкие провода и защитная эмаль может оплавиться при сильном нагреве, тогда произойдет короткое замыкание и двигатель станет нерабочим.

Неодимовые магниты. Эти магниты из редкоземельных металлов генерируют фиксированное магнитное поле, они маленькие, но создают очень сильное магнитное поле. Они приклеены эпоксидной смолой или цианокрилатом к корпусу мотора.

Корпус двигателя защищает магниты и обмотку. Обычно он изготовлен из легкого металла, такого как алюминий. Более продвинутые двигатели имеют корпусы, которые сделаны как вентиляторы, т.е. при вращении нагоняют воздух на обмотку сердечника, чтобы охлаждать ее.

Вал мотора жестко прикреплен к верхней части. Это рабочий компонент мотора, который передает крутящий момент на пропеллеры.

Видео:БЕСКОЛЛЕКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ. Как работает? Чем отличаться от щёточного? #бесколлекторный #МОТОРСкачать

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

Слишком далеко заходить и углубляться не буду, просто основы — магниты и обмотка создают движущую силу благодаря взаимодействию и созданию магнитного поля между ними. Это происходит благодаря подаче постоянного тока на определенную обмотку (у нас 3 фазы, т.е. 3 отдельных провода на обмотке), ток подается и прекращает подаваться на определенные обмотки в короткий промежуток времени, тысячные доли секунды, заставляя крутиться верхнюю часть с магнитами. Этим процессом полностью управляет ESC-регуляторы, это мозг моторов, он решает, когда подавать ток, а когда нет и с какой частотой.

Видео:Регулятор бесколлекторного двигателя - усовершенствованиеСкачать

Как выбрать двигатель для квадрокоптера

Итак, теперь вы знаете основы работы и из чего он состоит, теперь узнаем, как выбрать мотор для дрона.

Размер двигателя

Первое, что вы должны выбрать, это размер двигателя, который вы будете использовать. К счастью, большинство производителей в нашем хобби установили стандартную схему именования своих двигателей. Обычно это 4-значное число, которое выглядит примерно как «2205». Первые две цифры этого числа — это диаметр (в мм) статора, а второй — это высота (также в мм). В общем, чем больше из этих чисел, тем больше мощности двигатель может обрабатывать и чем больше крутящего момента он будет генерировать. Однако нюанс заключается в том, что большие цифры означают более тяжелый двигатель — в основном благодаря тому, что он просто «больше».

Вот общие размеры двигателей для квадрокоптеров:

• 1806 – используются в минидронах, на них ставятся 3-х или 4-х дюймовые пропеллеры.
• 2204 – Одни из самых популярных двигателей в течение долгого времени. На них ставят 5-и дюймовые пропеллеры. 2204 начали терять популярность в 2015 году и сейчас почти не используются.
• 2205 – самые популярные моторы, на них можно ставить 5-и дюймовые трехлопастные пропеллеры.
• 2206 – набирающая популярность модель двигателей, имеет немного большие габариты за счет увеличения мощности на 15% в сравнении с 2205.
• 2207 / 2407 – Еще более мощные двигатели, гонка мощностей я бы сказал. По характеристикам, они могут выдавать тягу на 50% больше, чем 2205. Используются редко и еще не популярны.

RPM константа (kV)

Все моторые имеют рейтинг Kv. Этот рейтинг показывает то, насколько быстро будут крутиться ваши пропеллеры. Максимальное количество оборотов в минуту, которое сможет выдать ваш мотор, можно узнать, если умножить kV на напряжение аккумулятора. Так, если у вас двигатель 2300kV и батарея lipo 4s, то будет такая формула, так как у 4s lipo напряжение 14.8 вольт:

Но не стоит брать эту цифру как фактическое значение, которое будет развивать мотор, лучше использовать эту цифру как справочное число для ориентира — на что будет способен квадрокоптер на этих двигателях. Общая информация, какие пропеллеры нужно ставить на двигатели 2204 и 2205:

• 4-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2600kV или с большим kV.
• 5-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300-2600kV моторы.
• 6-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300kV или с более меньшим kV.

Читайте также: Моторы для резиновых морских лодок

Обратите внимание, что это не жесткие правила, а лишь рекомендации, но если вы будете придерживаться их, то ваш дрон будет летать с наилучшими характеристиками.

Вес
Единственное, что нужно помнить про вес, это то, что каждый сэкономленный грамм нужно умножать на 4 (или больше, смотря какой дрон будете собирать). Тяжелые моторы обычно довольно мощные и компенсируют свой вес тягой.

Цена
Цена одно из важных значений, чем выше цена, тем качественнее компоненты и сборка, а значит и результаты по скоростям и маневренности. В среднем цены от 600 до 2 000 рублей.

Вал
Вал должен быть достаточно длинным, но не менее 13 мм в длину и 5мм в диаметре. 5мм это самый распростроненный диаметр у пропеллеров, в противном случае вам придется рассверливать или покупать новые проппы, так как они или не налезут или будут маленькие. А насчет длины — нужно не забывать, что пропеллеры закрепляются контргайками, а она должна полностью пройти вал по резьбе.

Видео:Уроки Arduino - управление бесколлекторным моторомСкачать

ESC регуляторы оборотов, что это, как они работают и как выбрать

В этой статье мы обсудим что такое ESC регуляторы оборотов и как они работают. Также расскажем, как правильно подобрать регуляторы оборотов и предложим вам на выбор несколько рекомендованных наименований регуляторов.

ESC — electronic speed controller, переводится как электронный контроллер скорости. В русскоязычном сообществе принято называть их как «регуляторы оборотов», в простонародье «регули» или «регуляторы».

Видео:Как запустить мощный 3-ф бесколлекторный двигатель драйвером от квадрокоптера. НАСОС для ЛОДКИ.Скачать

Что делают ESC регуляторы оборотов и как они работают?

Какие задачи у ESC? Для понимания без углубления — все очень просто, регуляторы оборотов, исходя из названия — регулируют скорость оборотов двигателей ориентируясь на команды контроллера полета. Чем быстрее вращается двигатель, тем больше он создает тягу, тем быстрее летит квадрокоптер.

То, как ESC регуляторы оборотов взаимодействуют с двигателями, влияет на скорость и тягу дрона, а также его поведение в воздухе.

На сайте miniquadtestbench.com, QuadMcFly при тестах обнаружил, что разница в тяге между лучшим регулятором и худшим составляет в пределах всего 20%. В сравнение могу привести выбор автомобиля среди различных марок и выбор хорошего регулятора даст вам столько же мощи как и правильно выбранный двигатель автомобиля (точнее, автомобиль с хорошим двигателем).

Видео:Регулятор скорости для бесколлекторного двигателяСкачать

Как «общаются» регуляторы оборотов (ESC) с контроллером полета?

Для простого понимания — контроллер полета посредством специального протокола посылает данные регулятору оборотов, что нужно прибавить или убавить газ на двигателе. Но двигателю квадрокоптера нельзя просто подать напряжение, так как он трехфазный и требуется попеременно подавать напряжение на определенные участки обмотки. Этим и занимается регулятор оборотов. На нем есть микросхемы, которые называются Мосфеты (MOSFET), и эти платы выполняют роль ключей — открывают и закрывают подачу тока на определенные участки обмотки.

Как уже говорилось выше, для общения полетный контроллер — регулятор оборотов, используются протоколы. В списке ниже, ESC регуляторы оборотов поддерживают различные протоколы, например Dshot1200, Dshot600, Oneshot125, Multishot. Они отличаются скоростью обмена данными, чем выше скорость, тем быстрее будет отзыв двигателей на ваши команды.

Старайтесь выбирать регуляторы, которые поддерживают более современные протоколы, но при этом убедитесь, что ваш полетный контроллер тоже поддерживает этот протокол.

Видео:Дешёвый регулятор для бесколлекторного мотора. Купил на BANGGOOD https://goo.gl/ir4NC2 !Скачать

Строение регуляторов оборотов (ESC)

Строение регуляторов оборотов не слишком сложное, они состоят из:

• MOSFET;
• Драйвер затвора (gate drivers);
• Микроконтроллер;
• Регулятор напряжения.

В некоторых ESC также устанавливаются светодиоды и/или датчики тока.

Что такое MOSFET регулятора оборотов квадрокоптера?

MOSFET (metal-oxide- semiconductor field effect transistor) — это полевой транзистор с изолированным затвором. Он работает как ключ — драйвер затвора подает сигнал — MOSFET открывается и подает ток на определенную область статора, там самым, заставляя магниты вращать колокол двигателя из-за того, что обмотка (статор) попеременно меняет напряжение в определенных частях так, чтобы магниты начинали притягиваться в определенный момент времени к определенной части статора — таким образом, колокол двигателя начинает вращаться. Все это происходит много раз за доли секунды.

Что такое драйвер затвора регулятора оборотов?

Драйвер затвора управляет кучей мосфетов, о которых рассказано выше. Он определяет, когда полевому транзистору открыться, а когда закрыться.

Читайте также: Веста с каким мотором не гнет клапана

В регуляторах оборотах производителем могут использоваться специальные драйверы, которые эффективны в управлении при использовании функции активного торможения двигателями.

В идеале, для каждой фазы двигателя должен использоваться свой драйвер затвора, поэтому компания Fortio начала производство микросхем FD6288 для BLHeli_32, которые совмещают в себе 3 независимых драйвера затвора.

Что такое микроконтроллер?

Это мозги регуляторов оборотов. Именно этот чип прошивается и в него загружается прошивка BLHeli.

Что такое регулятор напряжения в регуляторе оборотов?

Здесь тоже все просто исходя из названия — этот компонент регулирует напряжение для питания всех компонентов ESC.

Другие компоненты

Светодиоды — они на ESC просто для красоты и уведомлений, больше никакую функцию не несут и уж тем более никак не влияют на производительность.

Датчик тока — служит для отображения в OSD текущего тока, который подается на регуляторы оборотов.

Какие по строению бывают регуляторы оборотов?

Как вы возможно уже знаете, регуляторы оборотов бывают 4 в 1 и отдельные. 4 в 1 становятся все популярнее, так как это компактность и их можно установить в стак с полетным контроллером и такие регуляторы оборотов как правило совмещены с платой распределения питания (PCB), что опять же экономит место и вес. Выглядят они вот так:

Отдельные регуляторы оборотов представляют из себя изолированные платы с компонентами с индивидуальным питанием и подсоединением:

Строение ESC

Теперь рассмотрим строение ESC на примере платы 4 в 1 и индивидуального регулятора оборотов.

Теперь регулятор оборотов 4 в 1:

Видео:Бесколлекторный радиальный электродвигатель из болта своими руками (ЧАСТЬ#2!)Скачать

Как выбрать регулятор оборотов (ESC)

На что следует обратить внимание при выборе ESC регуляторов оборотов? Для новичка будет сложновато, но мы постараемся описать как можно подробнее и охватить все параметры. В любом случае, ниже будет список рекомендованных ESC, что существенно упростит вашу задачу по выбору.

Номинальная мощность

В описании указывается как «Power rating» или «Constant». Для квадрокоптеров класса мини и микро(обычно мини дроны строятся на раме размером до 220мм. Подробнее о рамах.) используются 3 основных номинальных мощности:

В описании указывается как «Burst power rating». Это количество мощности, которое регулятор сможет обработать в короткий промежуток времени. Это довольно важный параметр для гоночных мини дронов, так как часто на гоночных происходит резкое изменение скорости — сейчас вам нужно погасить скорость, чтобы пролететь препятствие и следом резко дать полный газ для ускорения.

Поддержка аккумуляторов

Все регуляторы из нашего списка поддерживают аккумуляторы LiPo 4-6S, но сейчас все чаще некоторые собирают дроны 5S и 6S, поэтому, если вы купите регулятор с поддержкой 6S, а сами соберете дрон на 3S, например, то это будет пустая трата денег. Какой у вас аккумулятор? Вот под такой и ищите регулятор, это тоже указывается в характеристиках, как указано на скрине выше.

Форм-фактор (размер)

Форм-факторы ESC регуляторов оборотов бывают 3 типов:

• Для крепления на лучах рамы;
• 4 в 1 — для крепления над или под полетным контроллером;
• Каждая плата регулятора имеет размер 35х35мм и собирается башней над полетным контроллером или под ним.

Чаще всего покупают регуляторы для крепления на лучах рамы, так как такие проще поменять в случае необходимости, да и проще следить за их состоянием. Крепятся они обычно пластиковыми стяжками:

4 в 1 — это одна большая плата размером с полетный контроллер, которая крепится над или под ним. Придумана для экономии места и веса и используется в основном на микро-дронах, но сейчас набирает популярность и на мини. Но есть один минус — если выйдет из строя один регулятор, придется менять всю плату целиком.

Отдельные регуляторы 35х35мм используются как раз для исключения проблемы выше и крепятся над или под полетным контроллером. Удобство в том, что ничего не висит на лучах рамы, особенно если рама маленькая с тонкими лучами. Если сгорит один регулятор — можно будет легко заменить его, в отличие от 4 в 1.

Каждый регулятор имеет свой вес, их 4 штуки — значит вес одного умножаем на 4. В этом плюсы 4 в 1 — плата весит меньше, чем по отдельности. Ищите наиболее легкие платы, чтобы дрон был наиболее маневренный. Здесь сэкономите, на камере сэкономите, на антеннах и так далее — в итоге сэкономите 50-100гр.

Читайте также: Мотор 3uz расход топлива

Прошивка регуляторов оборотов

Эта информация всегда пишется магазином. Самые известные:

• BLHeli. Пользовался популярностью в 2015-2016 годах. После чего эту прошивку заменила следующая версия — BLHeli_S. Сейчас не используется.
• BLHeli_S — создавался для контроллеров ВВ1 и ВВ2. Регулятор под управлением этой прошивки работает значительно плавнее. S — здесь обозначает ту самую «плавность».
• BLHeli_32 — в данный момент на большинстве регуляторов используется именно эта прошивка. Она распространяется с закрытым кодом и в ней уже есть возможность настроить в регуляторах телеметрию, настроить светодиоды и другое.
  Регуляторы с BLHeli_32 немного дороже, так как у них есть датчики и телеметрия. В гоночных дронах обычно эту «мишуру» не используют, но если вы хотите — то почему нет?)
• KISS — прошивка для регуляторов, которые работают с полетным контроллером KISS.
• SimonK — некогда популярная прошивка, которая теперь вышла из под контроля. Не рекомендуем покупать регуляторы с этой прошивкой.

Чип контроллера

Уже давно не является определяющим параметром, но в спецификациях иногда его указывают. У регуляторов BLHeli_S или BLHeli_32 с поддержкой DSHOT всегда хорошие чипы.

Провода

Оптимальным вариантом считается припаивание проводов мотора сразу к плате регулятора, но часто в продаже находятся регуляторы со своими проводами и приходится либо отпаивать их, либо паять провод-провод.

Аппаратный PWM драйвер

Если эта функция есть (ее может и не быть) на ваших регуляторах, то моторы станут работать на них немного тише и немного эффективнее. Также функция обеспечивает более точный контроль, но на практике это мало кто заметит.

Как это работает: управление скоростью вращения двигателей осуществляется путем повышения или понижения напряжения, подаваемого на моторы. Это регулируют полевые транзисторы (мосфеты), те самые квадратики на плате, они открываются и закрываются, управляя процессом вращения двигателя. Время открытого и закрытого состояния мосфетов напрямую зависит от подаваемой мощности.

Так вот, до недавнего времени, этот процесс управлялся только чипом, управляющим регулятором. KISS добавили еще один чип, который отвечает только за процесс выдачи сигнала.

Благодаря этому, регуляторы, а точнее моторы работали на них очень гладко и сообществу пилотов это очень понравилось.

Помимо KISS, аппаратный PWM драйвер есть и у регуляторов BLHeli_32.

Что еще нужно учитывать?

Параметры выше важные, но также нужно учитывать энергопотребление самих двигателей. Несомненно, что регуляторы на 30 Ампер покроют потребность почти всех двигателей и поэтому об этом было решено написать в конце, чтобы окончательно не запутать вас, потому что придется смотреть в таблицу с характеристиками двигателя:

Блок Load Current (A) — то есть, сколько в пиковой нагрузке будет потреблять двигатель. В нашем случае это Racerstar 2205 и в пике он потребляет 27.6 Ампер, что полностью покрывают регуляторы оборотов на 30 Ампер.

Видео:Характеристики двигателей RC моделей. Электромотор. Щёточные и бесщёточные моторы. ESC. Что такое KVСкачать

Рекомендованные ESC регуляторы оборотов

Ниже представляем вам список рекомендованных регуляторов оборотов, которые по нашему мнению заслуживают внимание и которые можно покупать, не опасаясь плохой работы. За цену ничего не можем сказать, так как курс рубля часто меняется, а наши друзья китайцы продают все в долларах.

Также, можете упростить себе задачу и искать регуляторы с прошивкой BLHeli_32 или _S (но S уже все же устаревшая прошивка на 2019 год) и с мощностью 20-30 Ампер. Если вы новичок, то таких параметров вам точно хватит, не ошибетесь.

Это основные регуляторы для квадрокоптеров, которые пользуются популярностью в СНГ, да и не только. В основе, конечно, это RaceStar и LittleBee из-за своей цены. Если у вас есть предложения по регуляторам, пишите в комментариях, добавим.

• Свежие записи
  • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
  • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
  • Какие моторы бывают у стиральных машин
  • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
  • Как снять стопорную шайбу с вала

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/upravlenie-beskollektornym-motorom-kvadrokoptera

  📺 Видео

  Советы моделистам. Калибровка регулятора / ALNADOСкачать

  

  Управление бесколлекторным мотором - настройкаСкачать

  

  как сделать контроллер бесколлекторного двигателя простымСкачать

  

  Бесколлекторный радиальный электродвигатель из болта своими рукамиСкачать

  

  Бесщеточный мотор своими руками для квадрокоптера из dvd-привода или видеомагнитофона.Скачать

  

  Регулятор оборотов ESC 30A, моторчик A2212, сервотестер, коннекторы, аккумуляторы 18650Скачать

  

  Силовая установка гоночного квадрокоптера - бесколлекторный мотор, регулятор, установка на рамуСкачать

  

  Как работают бесколлекторные ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛИ? Вентильный двигатель. Понятное объяснение!Скачать

  

  Проверка бесколлекторного двигателя / моторы для квадрокоптераСкачать

  

  Бесщеточный мотор с высоким КПД (ч.2) / BLDC motor high efficiency (p.2)Скачать

  

  Создание мощного двигателя BLDC для квадрокоптера 6000 об/мСкачать

  

  Ремонт мотора квадрокоптера - перемотка статораСкачать