Регуляторы хода

Введение
функции и Общие понятия
Защитно-сервисные функции
Ответственные характеристики
Настройка регуляторов хода
Особенности подключения регуляторов хода
Многомоторные модели
Конструктивное выполнение регуляторов хода
Производители регуляторов хода
Принцип действия регуляторов хода
Техническая реализация
Принцип работы регулятора бесколлекторного электродвигателя
Регуляторы хода бесколлекторных бессенсорных электродвигателей
Теоретикам
Заключение

Введение

На моделях c электроприводом требуется руководить электромоторами — их необходимо включать, поменять их обороты и останавливать. В случае если на двигателях внутреннего сгорания для этих целей помогают управляемый сервомашинкой карбюратор, то электромоторам требуется отдельное устройство, которое именуется регулятором хода.

Исторически первыми показались механические регуляторы. Они являются замечательный реостат (переменное сопротивление), что включается последовательно с электродвигателем. Особая рулевая машинка разрешает руководить реостатом, регулируя, так, обороты двигателя.

Наровне с простотой, механическим регуляторам свойственны такие недочёты, как поглощение драгоценной электричества на борту и превращение ее в тепло. Это тепло еще необходимо отвести в вохдух, что формирует дополнительные неприятности. Особенной надежностью эти регуляторы не отличаются, потому, что содержат скользящие контакты, через каковые протекает громадной ток.

Сильный нагрев конструкции кроме этого не содействует ее надежности. на данный момент механические регуляторы употребляются лишь в несложных игрушках, где мощность силового мотора мала, а низкая цена крайне важна. На важные модели такие регуляторы не ставят, и мы о них больше сказать не будем.

Развитие техники полупроводниковых устройств разрешило создать электронные модельные регуляторы хода без двигающихся частей, свободные от вышеуказанных недочётов. В них энергия поступает на мотор импульсами, и все регулировки происходят методом трансформации длительности импульсов.

Кроме электронных регуляторов хода, выпускаются электронные выключатели ходовых электродвигателей. Они не регулируют мощность двигателя, а лишь включают и выключают его по команде с передатчика. О них мы также дальше сказать не будем.

В первой части данной статьи поведано то, что вам пригодится знать о регуляторах хода. Во второй половине рассказывается о том, как они устроены и функционируют. Как и в статье про сервомашинки, эта часть для любителей не просто гонять модели, а разобраться в сути принципа действия регуляторов хода.

функции и Общие понятия

В большинстве случаев, кроме управления оборотами, регуляторы предлагают большое количество дополнительных функций. Помимо этого, они имеют последовательность черт, от которых может зависеть выбор вами той либо другой модели. Исходя из этого для начала дадим главные определения с комментариями, дабы вам было легче ориентироваться.

Тормоз. Для многих моделей необходимо не только скоро раскрутить двигатель на старте, но и скоро его затормозить. Это принципиально важно для автомоделей и для электролетов со складывающимся винтом. Торможение осуществляется методом замыкания обмоток двигателя через регулятор. Время от времени реализуется функция мягкого тормоза, в то время, когда обмотки замыкаются не сходу, а маленькими импульсами.

Это разрешает уменьшить нагрев регулятора и продолжить жизнь коллектора электродвигателя.

Реверс. Время от времени не редкость полезно иметь на модели задний движение. Исходя из этого многие регуляторы разрешают поменять направление вращения электродвигателя, подавая на него напряжение в обратной полярности. Задний движение обычно делается не на полную мощность, поскольку на всю катушку он просто не нужен.

Но появляется возможность упростить реализацию силовых ключей заднего хода и снизить цену регулятора.

BEC-совокупность (Battery Elimination Cirquit). В большинстве регуляторов для низковольтных моторов (под батареи не более 10-15 банок) встраивают совокупность вторичного электропитания для приемника и сервомашинок. К управлению двигателем она отношения не имеет, но разрешает не ставить на модель два аккумулятора: один силовой, а второй для совокупности радиоуправления.

Все питание происходит от силовых аккумуляторная батарей, что очень комфортно.

Опторазвязка. В замечательных регуляторах на повышенные напряжения — от 15 до 36 банок аккумуляторная батарей встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника совокупности радиоуправления. Это делается чтобы замечательные импульсные помехи из силовой части двигателя и регулятора не попали на высокочувствительные входные цепи приемника.

Конечно, при применения опторазвязки приемнику потребуется отдельное питание.

Защитно-сервисные функции

К функциям фактически регулирования додают разнообразные нужные вещи:

POR (Power on Reset). Сброс при включении. При включении бортового питания модели может так произойти (по забывчивости моделиста), что ручка управления двигателем не следует в положении Стоп. Тогда двигатель модели может сходу выйти на большие обороты. Для не готового к этому моделиста таковой неожиданный старт может кончиться потерей модели и серьёзными травмами. Для предотвращения этого в программу контроллера вводят функцию POR.

Она трудится так: при подаче питания на регулятор хода он принудительно ставит двигатель в положение Стоп независимо от длительности управляющего импульса от приемника. По окончании того, как моделист переведет ручку в положение Стоп, блокировка снимается, и двигателем возможно руководить, как в большинстве случаев.

PCO (Power Cut Off). Функция отключения электродвигателя при падении напряжения аккумулятора ниже заданного порога. Весьма нужна для летающих электромоделей с совокупностью ВЕС. В отличие от наземных моделей, легко останавливающихся при отключении двигателя, летающую модель еще нужно посадить на землю. Для этого по окончании отключения ходового двигателя в аккумуляторе остается еще мало энергии для работы приемника и сервомашинок.

Порог отключения запланирован на определенный вид аккумуляторная батарей, чаще никель-кадмиевых. В случае если подключить литиевые, то они смогут испортиться с одной зарядки. Продвинутые регуляторы разрешают настраивать порог отключения под конкретный тип аккумулятора.

TOP (Thermal Overload Protection) — защита силовых ключей от токовой перегрузки, способную привести к тепловому разрушению MOSFET-транзисторов. Защищает кроме этого от замыкания в нагрузке. Реализуется методом встраивания в программирования и датчика силовые цепи тока в контроллере функции порогового отключения всех ключей.

Сбрасывается коммутацией питания.

TP (Thermal Protection) — защита от перегрева регулятора хода. На плате ставится термодатчик, отключающий регулятор при его нагреве более чем допустимого уровня. Сбрасывается при охлаждении корпуса регулятора.

RVP (Reverse Voltage Protection) — защита от переполюсовки питающего напряжения. Неизбежно усложняет и удорожает регулятор, ухудшая его параметры. Используется редко.

На большинстве хороших регуляторов хода не употребляется.

Обилие совокупностей защиты в регуляторах может создать фальшивое представление о том, что регулятор хода нельзя спалить. Это не верно. Во-первых, регуляторы редко защищают от переполюсовки силового аккумулятора. В этом случае выгорают, в большинстве случаев, все силовые ключи.

По моим наблюдениям, так сжигается каждый второй регулятор хода. Во-вторых, в некоторых случаях защиту приходится отключать. К примеру, в электровертолете.

По причине того, что срабатывание защиты в полете сохранит регулятор, но угробит саму модель. В-третьих, защита выручает регулятор, лишь если он трудится с электродвигателем, более-менее согласованным с ним по чертям.

Серьёзные характеристики

У регулятора хода имеется пара ответственных черт, от которых зависят его возможности, определяющие, с аккумулятором и каким двигателем он сможет трудиться по большому счету.

Большой постоянный ток. Определяет, какой большой ток двигателя может выдерживать регулятор долгое время.

Параметр несложной только на первый взгляд. На британском обозначается как Continuous Current. Путаница появляется в различном понимании термина Continuous. Для микроэлектроники это доли секунды. Т.е. это ток, что выдерживают силовые ключи и не срабатывает защита TOP (см. выше). Совсем не свидетельствует, что таковой ток выдержат провода и печатные проводники в регуляторе.

Исходя из этого, в случае если в чертях регулятора написано Continuous Current — 400А, это совсем не означает, что регулятор выдержит таковой ток в течение 60 секунд. Настоящий продолжительный ток многократно меньше. Многие производители показывают время длительности большого тока.

Большой пиковый ток. Это ток, что краткосрочно может выдерживать регулятор. В большинстве случаев пиковый ток многократно превышает постоянный.

Пиковые токи появляются на протяжении старта, в то время, когда двигатель обязан скоро развить громадный вращающий момент. К примеру, при резком старте автомодели.

На данный момент, дабы уменьшить жизнь потребителей, обычно используется другая совокупность обозначения возможностей регуляторов. Подобное возможно довольно часто встретить для автомоделей. В том месте для регуляторов сообщается, на скольки-витковые моторы они вычислены. Конечно, для моторов, со своей стороны, указывается количество витков в обмотках.

Т.н. анлимитные регуляторы смогут трудиться с любыми автомодельными электродвигателями, но не с любыми двигателями по большому счету!

Большое напряжение батареи. При большем, чем не запрещаеться, напряжении батареи регулятор может сгореть. Довольно часто в чертях обозначают не напряжение, а число банок в батарее NiCd аккумуляторная батарей.

Умножьте эту величину на 1,2 Вольт и получите большое разрешенное напряжение.

Внутреннее сопротивление. Само собой, что схемы коммутации электричества, используемые в регуляторах, вносят определенные утраты энергии, за счет внутреннего сопротивления ключей. Исходя из этого все регуляторы имеют такую чёрта, как внутреннее сопротивление.

Хоть внутреннее сопротивление регулятора и мало (0,0006 Ом у чемпионатных регуляторов), вносимые утраты смогут сыграть громадную роль, в то время, когда дело дойдет до важных соревнований.

Кстати, у реверсивных регуляторов внутреннее сопротивление в большинстве случаев больше, чем у подобных моделей без реверса. Это происходит из-за изюминок построения схем коммутации электродвигателя. Какой из этого возможно сделать практический вывод?

Да весьма простой. Если вы планируете без шуток кататься на автомодели, и позже выступать в соревнованиях, вам лучше сходу обучаться на регуляторе без реверса. Не смотря на то, что сначала без заднего хода ездить некомфортно.

Частота импульсов регулятора. Оптимальная частота регулирования зависит от параметров применяемого электродвигателя. В случае если частота большое количество выше оптимальной, — растут утраты на коммутацию ключей в регуляторе. Эти утраты связаны с тем, что кроме того самый стремительный ключ не раскрывается и не закрывается мгновенно.

В то время, в то время, когда он переходит из одного состояния в второе, на нем теряется энергия. В случае если же частота большое количество ниже оптимальной, — растут индуктивные утраты в моторе.

В регуляторах хода бесколлекторных двигателей еще больше вариантов параметров. Исходя из этого при подборе регулятора к двигателю лучше на советы производителя.

Настройка регуляторов хода

Производители регуляторов хода стараются сделать собственные изделия совместимыми с широкой номенклатурой передатчиков и двигателей радиоуправления. Исходя из этого они вводят в них большое количество параметров, настраиваемых пользователем.

Прежде всего, настраиваются положения джойстиков передатчика, соответствующие режимам нейтраль, тормоз, большой газ, реверс. Такие режимы, как реверс и тормоз, смогут отключаться. Настройка крайних значений снабжает уверенную работу регулятора с передатчиками, у которых смогут значительно отличаться значения длительности канального импульса в крайних положениях джойстика.

В некоторых регуляторах настраивается величина мертвой территории в положении нейтраль. Последовательность операций по настройке разная у различных производителей. Тут нужно направляться указаниям инструкции. В качестве команд настройки употребляются кнопки на корпусе регулятора, или те либо иные положения джойстика. Кое-какие регуляторы переходят в режим настройки при подключении либо съеме перемычки-джампера, как в компьютере.

В качестве индикатора настраиваемых режимов помогают светодиоды на корпусе регулятора. Сейчас многие регуляторы применяют звуковую индикацию режимов настройки. Наряду с этим в качестве пищалки трудятся обмотки подключенного двигателя.

Кое-какие регуляторы разрешают изменять частоту импульсного регулирования при работе регулятора с различными двигателями. Причем частота может определяться раздельно для прямого хода и для торможения. В некоторых приложениях смогут отключаться при программировании совокупности защиты, к примеру, в электровертолете.

В продвинутых регуляторах хода бессенсорных двигателей имеется возможность трансформации сдвига фаз (Timing) трехфазного тока относительно положения ротора. Это связано с изюминкой работы бессенсорных регуляторов, у которых режимы громаднейшей мощности и наивысшего КПД не совпадают. В этом случае пользователь может выбрать то, что для его модели серьёзнее.

Потому, что мир моделизма разнообразен, выпускаются специальные регуляторы, скажем, для автомоделей, судомоделей, вертолётов и самолётов. В этих моделях комплект реализуемых функций разнообразен. Дабы не расширять необоснованно номенклатуру регуляторов хода, кое-какие производители делают универсальный прибор с перенастройкой под судо- авто- авиамодели.

В большинстве приложений регулятор хода регулирует мощность, подводимую к двигателю, пропорционально положению джойстика на передатчике. Но не везде. В электровертолетах значительно ответственнее регулировать не мощность, а обороты двигателя. В этом случае при постепенной разрядке и изменении нагрузки аккумулятора все настройки совокупности управления сохраняют собственную эффективность. В регуляторы хода коллекторных двигателей для обратной связи додают магнитик и датчик Холла на роторе вертолета.

Регуляторы хода бесколлекторных двигателей имеют данные об оборотах уже в и дополнительных датчиков не требуют. Многофункциональные регуляторы при настройке переводятся в вертолетный режим, по окончании чего они стабилизируют и регулируют не мощность, а обороты двигателя.

В продвинутых регуляторах может настраиваться довольно много параметров. Для примера разглядим параметры настройки автомодельных регуляторов хода Циклон компании Novak на следующем графике:

По оси абсцисс — протяженность канального импульса при соответствующем положении курка газа. Тут обозначены следующие точки и соответствующие им параметры:

Абсцисса точки а — положение курка при 100% торможении
Протяженность участка b-c — величина мертвой территории нейтрали
Середина участка b-c — положение курка в нейтрали
Ордината точки d — минимальная величина газа
Абсцисса точки e — положение курка на 100% газа

Помимо этого, для участка а-b задается частота импульсов торможения, для участка d-e частота импульсов прямого хода, для нейтрали задается величина подтормаживания (Drag Brake) и частота его импульсов. Итого — девять параметров. Это совсем не предел. У шульцевского авторегулятора mcc1010 устанавливается пятнадцать параметров.

Ясно, что не каждый моделист готов самостоятельно кропотливо оптимизировать все эти параметры под собственный мотор и конкретную автостраду. Дабы упростить эту задачу, производители создали пара наборов параметров под моторы и определённые трассы. Эти наборы сохраняются в памяти регулятора хода.

Моделисту средней руки остается парой нажатий кнопок выбрать подходящий комплект параметров. Крутые чемпионы, само собой разумеется, настраивают собственные болиды, в т.ч. и в части регулятора хода, сами.

Особенности подключения регуляторов хода

Провода. Регулятор хода соединяется проводами с электродвигателем и аккумулятором. Эти провода — серьёзный элемент в силовой установке. Для верной ее работы нужно выполнять кое-какие советы. В качестве соединительных проводов употребляется бронзовый эластичный многожильный провод. Провода не электротехнические, а особые — с большим числом весьма узких жил.

Такие провода, кроме электромоделей, активно применяются для подключения звуковых совокупностей громадной мощности звуковой аппаратуры класса Hi-End, и их возможно отыскать в важных магазинах аудиотехники. Самый распространены провода сечением 1 кв. мм. для токов до 20 ампер, 1,5 кв. мм. — для токов до 30 ампер, 2,5 кв. мм. — до 50 ампер и 4 кв. мм. — до 80 ампер. Применение меньшего сечения на громадные токи угрожает как минимум понижением КПД мотоустановки, как максимум — аварией с пожаром.

Напротив — возможно, но необоснованно завышается вес, — медь-то тяжелая!

Тут даны значения допустимых токов, рекомендуемые для особых модельных проводов в термостойкой силиконовой изоляции. При нагружении большим током они прилично греются. Для проводов в простой изоляции лучше уменьшить допустимый ток от выше которых рекомендуют значений раза в полтора.

Протяженность проводов от регулятора до двигателя делается как возможно меньше. Дело в том, что по этим проводам коммутируются громадные токи относительно высокой частоты. Компоненты их спектра смогут попасть в радиоканал аппаратуры управления в виде помех, спровоцировав отказ совокупности управления.

Конденсаторы. Для уменьшения широкополосных помех, генерируемых щеточно-коллекторым узлом, употребляется его шунтирование керамическими либо тонкопленочными конденсаторами. Один конденсатор включается между щетками, два вторых — между корпусом двигателя и каждой щёткой. Емкость конденсатора подбирается компромиссным методом.

Дело в том, что конденсаторы большей емкости лучше подавят помехи. Но при повышении их емкости растут коммутационные утраты на ключах регулятора хода. Исходя из этого из благих пожеланий уменьшить помехи не нужно увеличивать емкость блокирующих конденсаторов! Так возможно быстро снизить КПД, в противном случае и сжечь регулятор хода. А вот длину проводов нужно минимизировать, потому как, в сущности, это антенны, излучающие помехи.

Кстати, при проверке дальности работы аппаратуры радиоуправления, силовой мотор обязан трудиться на 50% газа. Уровень помех наряду с этим большой. Провода от аккумулятора до регулятора хода также не должны быть через чур долгими, но по второй причине.

В случае если долгие провода от регулятора до электродвигателя создают радиопомехи, то через чур долгие провода от аккумулятора до регулятора создают угрозу для целостности самого регулятора хода.

Вход регулятора неизменно шунтируют электролитические конденсаторы громадной емкости, демпфирующие броски тока. Однако, производители ограничивают максимально этих проводов и допустимую длину. В случае если же провода по конструкции модели должны быть дольше, то в промежутке между аккумулятором и регулятором впаиваются дополнительные электролитические конденсаторы, шунтирующие провода питания.

В некоторых случаях для понижения утрат энергии на аккумуляторе полезно добавить такие конденсаторы и с маленькими проводами. Радикально это не улучшит работу силовой установки, но пара процентов энергии за одну гонку прибавит. Поклонники отечественной элементной базы должны учитывать, что зарубежные электролитические конденсаторы владеют гораздо меньшей инерционностью, чем отечественные. В случае если уж хочется сэкономить, то припаяйте параллельно отечественному электролиту пленочный конденсатор.

Не смотря на то, что такая замена неравноценна установке особых импульсных конденсаторов. Не редкость, что от механических вибраций шунтирующие вход конденсаторы отламывают собственные выводы под корешок. При замене их на отечественные нужно учитывать вышеприведенные мысли.

Разъемы. Между двигателем и регулятором провода, в большинстве случаев, припаиваются, за исключением случаев, в то время, когда в конструкции двигателя либо регулятора уже заложены разъемы. Между аккумулятором и регулятором хода приходится ставить разъем, по причине того, что аккумулятор на электричке изменяется как горючее — от старта к старту на свежезаряженный. Тут нужно использовать лишь особые модельные разъемы, в большинстве случаев, в позолоченном выполнении.

Простые электро- либо радиотехнические разъемы не вычислены на такие огромные токи, какие конкретно стали нормой в моделизме. Стык двухполюсный, и в обязательном порядке должен иметь механическую защиту от переполюсовки. Не забывайте, регуляторы хода значительно чаще не имеют защиты от переполюсовки. Как уже говорилось, опыт говорит, что добрая половина сгоревших регуляторов выходят из строя по данной причине.

При применении особых отдельных разъемов типа гнездо — штекер, защиту делают так: плюс от аккумулятора распаивают на штекер, а минус — на гнездо. У регулятора хода напротив. В этом случае защита будет обеспечена.

Выключатель. В силовых проводах в большинстве случаев не делают выключателей. Все регуляторы хода вычислены на долгое подключение силовой части при обесточенной сигнальной. Во многих регуляторах с ВЕС имеется отдельный выключатель, что подает питание на приемник и сервомашинки.

В отключённом режиме ключи регулятора хода не разряжают (фактически) силовой аккумулятор. Не смотря на то, что, хранить аккумулятор в подключенном состоянии не нужно!

Теплоотвод. Не обращая внимания на большой КПД современных регуляторов хода, на них все же выделяется заметное количество тепла, которое необходимо отвести. Для облегчения данной задачи кое-какие регуляторы имеет маленькие пластинчатые радиаторы. Размещение регулятора хода на модели должно снабжать обдув его корпуса набегающим потоком воздуха.

Это правило довольно часто вступает в несоответствие с необходимостью защиты регулятора от грязи и влаги на авто- и судомоделях, где их заворачивают в герметичную оболочку. Для разрешения данной неприятности оптимальнеебрать регуляторы, рассчитанные на меньшее количество витков, а лучше — анлимитные. Их КПД значительно выше и они рассеивают меньше тепла.

Возможно, само собой разумеется, не обращать внимания на все вышесказанное, и лепить соединения, как вздумается. Но тогда и итог возможно таким:

Многомоторные модели

На моделях с электроприводом значительно чаще, чем у моделей с ДВС, употребляются многомоторные силовые установки. Это связано с тем, что электродвигатель, как объект управления, значительно ближе к идеалу силового привода, чем ДВС. В многомоторных моделях, где нужно раздельно руководить мощностью двигателей, на любой из них ставится собственный регулятор хода.

Но так бывает не у всех моделей. Во многих случаях многомоторность имеется дань копийности, или рвение взять весьма громадную мощность, которая не может быть обеспечена имеющимися электродвигателями в одиночном варианте. В этом случае для коллекторных моторов совсем не обязательно применять по отдельному регулятору хода. В полной мере возможно к одному регулятору подключать и пара электродвигателей.

Наряду с этим максимально допустимый продолжительный ток регулятора обязан быть больше суммарный потребляемый ток всех подключенных к нему электродвигателей.

Двигатели подключаются к регулятору хода параллельно друг другу. В таком соединении на частичных режимах их характеристики выравниваются. Как это осознавать?

Представьте автомодель, на которой каждое колесо ведущего моста приводится от собственного электродвигателя, каковые соединены параллельно и подключены к одному регулятору хода. На частичных режимах (неполного газа) моменты и выходные мощности обоих двигателей зависят друг от друга. К примеру, в случае если момент одного из колес уменьшится, — колесо забуксовало, то крутящий момент его электродвигателя кроме этого уменьшится, а у другого двигателя — увеличится.

Получается автобалансировка по моменту и мощности, подобная по сути работе дифференциала повышенного трения — Торсен. В большинстве случаев, такое свойство параллельного соединения крайне полезно для моделей. На большом газу, к сожалению, автобалансировка практически не работает.

При последовательном присоединении моторов к одному регулятору хода их крутящие моменты приблизительно равны и слабо зависят от степени нагруженности. При буксовании одного из колес на неполном газу, момент другого, более нагруженного, двигателя кроме того пара уменьшится. Такая зависимость очень невыгодна для управляемости модели.

Исходя из этого последовательное соединение на практике практически не употребляется.

А что же с бесколлекторными двигателями? Для бесколлекторников с датчиками, непременно, нужно ставить на любой двигатель по собственному регулятору хода. Для бессенсорных вероятно (при определенных условиях) к одному регулятору подключать два двигателя.

Основное условие — это благоприятный запуск двигателей, что обеспечивается малым нужным моментом при пуске двигателей. Многие производители регуляторов хода вычисляют таковой режим нештатным, и не дают гарантии на качественную работу их изделий с двумя бесколлекторниками в один момент. Однако, опыт говорит в полной мере успешное применение одного регулятора с двумя двигателями на модели самолета.

Теоретически вероятный сбой при пуске на практике автором ни разу не наблюдался.

Недопустимо применять с одним регулятором хода два бесколлекторных двигателя, в случае если их валы жестко связаны между собой. К примеру, при работе через шестеренчатый редуктор на неспециализированный гребной вал.

Конструктивное выполнение регуляторов хода

Все многообразие конструкции регуляторов хода на данный момент выродилось в два типа — регуляторы хода для низковольтных авто- и судомоделей делаются на одной печатной плате, помещенной в полистироловую коробочку с радиатором, либо без:

Остальные типы регуляторов выполнены на одной либо нескольких печатных платах, собранных в виде бутерброда в пакет и затянутых в термоусаживаемую трубку:

В регуляторах бесколлекторных двигателей на одной плате собрана схема управления, а на остальных — силовые ключи.

С одной и той же платой управления возможно собрано различное количество плат с ключами. Соответственно, различным будет и допустимый ток.

Регуляторы хода смогут быть конструктивно объединены на одной плате с другой бортовой электроникой, как это сделано в пикоборте электровертолета:

Производители регуляторов хода

Регуляторы хода производит огромное количество моделистских компаний. Имеется среди них изделия элитного замысла — для спортсменов, а имеется и ширпотреб. Соответственно изменяется и цена.

Одним из ведущих брендов есть компания Шульце-электроник. Хорошие регуляторы делает Контроник, LRP, Jeti, Castle Creations и куча вторых. Краткий перечень сайтов компаний-производителей, специализирующихся на регуляторах хода:

http://www.lrp-electronic.de
http://www.teamnovak.com
http://www.schulze-elektronik-gmbh.de
http://www.kontronik.com
http://www.jetimodel.cz
http://www.castlecreations.com

Кроме них, регуляторы хода производят практически все большие производители аппаратуры радиоуправления, и многие производители автомоделей (Associated, DuraTrax, Traxxas). Многие модельные компании, такие как Graupner, Robbe, Great Planes, Global также производят регуляторы под собственной маркой. Кроме того отечественный отечественный Термик да и то производил (на данный момент — не знаю) недорогие регуляторы хода.

Рассуждая о качестве изготовления, необходимо учитывать, что производитель обычно сам лишь разрабатывает изделие (а время от времени и это заказывает третьей компании). Изготовление печатных сборка и плат значительно чаще ведутся на Тайване. Наряду с этим на самом изделии об этом никаких следов не остается.

Слоганы типа Германское уровень качества либо Сделано в EU — чистая реклама.

Принцип действия регуляторов хода

Регулятор хода включается между силовым электродвигателем и аккумулятором. Управление регулятором осуществляет канальный импульс с приемника аппаратуры радиоуправления. Напомним его параметры: период — 20 мс, продолжительность изменяется от 1 до 2 мс. В несложном случае в задачу регулятора входит регулирование потока мощности от аккумулятора к двигателю. При длительности канального импульса 1 мс — двигатель отключён, при 2 мс — двигатель развивает большую мощность.

В промежутке мощность медлено изменяется. Как это происходит?

Перед тем как перейти к структурной схеме регулятора хода, напомним, что на данный момент выпускаются только импульсные регуляторы с широтно-импульсным регулированием. Другие варианты регулирования морально устарели и в наши дни в моделизме не употребляются. Исходя из этого мы о них сказать не будем. Силовые электродвигатели бывают с коллектором и без. Соответственно, регуляторы хода возможно поделить на два типа — для коллекторных двигателей и для бесколлекторных двигателей.

Кое-какие из регуляторов второго типа смогут трудиться и с коллекторными моторами. Но не наоборот! Руководствуясь принципом от несложного к сложному, мы поведаем сначала о работе несложного регулятора коллекторного электродвигателя. Вот типовая структурная схема его включения:

Г — управляющий генератор;
К — силовой ключ;
D — диод;
М — электродвигатель;
А — аккумулятор.

Канальный импульс поступает на управляемый генератор импульсов Г. Частота импульсов постоянна, а вот их продолжительность зависит от длительности входного канального импульса так:

При длительности выходного импульса 0% — на выходе генератора их нет — в том месте низкий уровень управляющего ключом сигнала. Ключ К — закрыт, ток через двигатель М не течет.

При длительности выходного импульса 100% от периода на выходе генератора также импульсов нет, но уровень управляющего ключом сигнала большой. Ключ К — открыт и все напряжение от аккумулятора А приложено к двигателю М. Он развивает наряду с этим большую мощность.

При промежуточном значении длительности канального импульса на выходе генератора присутствуют импульсы длительностью, определяемой по вышеприведенному графику. Скажем, при канальном импульсе 1,5 мс на выходе генератора присутствуют импульсы, продолжительность которых образовывает половину периода. Соответственно, ключ К половину периода открыт, половину — закрыт.

Напряжение в т. 1 повторяет эту форму. Дотошный читатель может заявить, что на двигатель энергия подается импульсами, соответственно, он обязан дергаться и, дергаясь, крутиться в одну сторону. Чтобы выяснить, из-за чего этого не происходит, придется мало отыскать в памяти устройство и работу коллекторного двигателя постоянного тока.

В школе все мы учили, что таковой двигатель складывается из ротора и магнитного статора — в несложном случае проволочной рамки, по которой течет ток. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем рамки так, что на нее начинает функционировать сила Лоренца, пропорциональная в соответствии с одноименного закона току в рамке. Другими словами момент ротора пропорционален току, а не напряжению.

Обратим внимание, что рамка на магнитном сердечнике ротора владеет заметной индуктивностью L и сопротивлением R. Отыщем в памяти кроме этого, что коллекторная машина постоянного тока обратима. В случае если подать на нее напряжение — она трудится как двигатель. В случае если же, напротив, к ней подключить нагрузку и начать вращать ее ротор, то машина станет генератором, а в нагрузку потечет ток.

Так вот, кроме того в то время, когда машина трудится как двигатель, в обмотках ее ротора появляется напряжение Е, пропорциональное оборотам ротора. Для чего мы так продолжительно и нудно рассуждали? Чтобы нарисовать эквивалентную схему электродвигателя постоянного тока:

Для тех, кто не знает, что такое эквивалентная схема: вы не отыщете в электродвигателе ни отдельной катушки, ни резистора, ни источника напряжения. Любой миллиметр обмотки содержит да и то, и второе, и третье. Собрав раздельно индуктивности, сопротивления и наведенное напряжение, мы возьмём эквивалентную схему, которая будет трудиться в цепи совершенно верно так, как настоящая обмотка ротора. Сейчас посмотрим, как потечет ток через двигатель, в то время, когда ключ открыт:

Увидьте, что ток течет против направления напряжения, наведенного в обмотках — это и имеется нужная работа тока по вращению ротора. На сопротивлении часть энергии тока преобразовывается в тепло — эта часть вредная, снижающая КПД двигателя. На индуктивности часть энергии запасается в магнитном поле катушки.

Источником энергии для всех трех компонент тут есть аккумулятор.

В то время, когда ключ закрывается, ток не прекращает собственный схема и движение выглядит так:

Как видите, ток через двигатель течётв прошлом направлении. Источником энергии для него помогает магнитное поле индуктивности, а диод — замыкает цепь в паузе, в то время, когда ключ К закрыт.

Потому, что вращающий момент ротора формирует ток, а не напряжение на роторе, вам ясно, из-за чего при импульсном питании двигателя двигатель не дрожит. Дабы индуктивность имела возможность запасать энергию и отдавать ее, ток через нее обязан соответственно возрастать и убывать. Для уменьшения пульсаций тока индуктивность должна быть больше (больше суммарная запасенная энергия), а период импульсов меньше — меньше порции энергии, перекачиваемой в том направлении — ко мне.

Так мы пришли к серьёзному принципу определения нужной частоты работы регулятора хода. Она должна быть тем больше, чем меньше индуктивность обмоток ротора и больше мощность мотора.

А что будет, в случае если частота генератора ниже оптимальной?

Энергии, запасенной в индуктивности обмоток двигателя в течение импульса, не будет хватать для сглаживания пульсаций тока в паузе между импульсами. Покажется заметное дрожание ротора. Но это не страшно. Не хорошо второе: — уменьшится мощность двигателя, потому, что нужную работу совершает лишь постоянная компонента импульсного тока. Переменная же будет рассеиваться на магнитопроводе двигателя, нагревая его.

Упадет КПД в связке регулятор хода — электродвигатель. Причем виновным окажется неправильно подобранный регулятор хода, а греться будет двигатель.

Техническая реализация

Итак, мы разглядели принцип действия несложного регулятора хода коллекторного модельного двигателя. Из чего и как делаются компоненты рассмотренной блок схемы? Исторический нюанс тут мы упоминать не будем. Управляемый генератор Г во всех подряд современных регуляторах хода делается на программируемом микроконтроллере.

Черта зависимости длительности импульсов управления ключом от длительности входного канального импульса формируется программным методом. В качестве коммутирующего силового ключа в регуляторах хода употребляются только полевые транзисторы с каналом и изолированным затвором вертикальной структуры. За границей, да и у нас, их именуют MOSFET-транзисторами.

Они характеризуются низким сопротивлением в открытом состоянии и высоким быстродействием. В маломощных регуляторах хода может находиться один транзистор. Но, в большинстве случаев, для понижения сопротивления в открытом состоянии и повышения большого коммутируемого тока в параллель ставится большое количество таких транзисторов — до 16 штук.

Значительно чаще употребляются n-канальные транзисторы, потому, что они при равной с p-канальными цены имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии и больший максимально допустимый ток. В простых регуляторах употребляются транзисторы в корпусах ТО-220. В очень миниатюрных, и регуляторах замечательных бесколлекторных двигателей — в корпусе SO-8.

Тормоз. Электродвигатель на громадных оборотах владеет приличной кинетической энергией. Как и куда она девается при торможении?

В регуляторах хода, реализующих функцию торможения, кроме ключа, дозирующего подачу энергии на двигатель от аккумулятора, ставится еще один ключ, параллельно двигателю:

Метод функционирования тормозов таковой: В то время, когда управляющий канальный импульс находится в положении Стоп ключ К закрыт, а ключ К2 открыт. Мы не забываем, что при вращении ротора коллекторной автомобили постоянного тока она трудится как генератор. Исходя из этого, в случае если постараться покрутить ротор двигателя, то вырабатываемая им энергия потечет через ключ К2.

Ротор проворачиваться будет, но с заметным упрочнением, тем громадным, чем больше скорость раскрутки ротора. При переводе джойстика передатчика в положение Движение начинает работу генератор импульсов регулируемой длительности, открывающий ключ К. Ключ К2 наряду с этим закрывается. Двигатель начинает раскручиваться.

В случае если затем джойстик передатчика перевести опять в положение Стоп, то ключ К закрывается, а ключ К2 раскрывается. Вырабатываемая энергия течет через открытый ключ К2 и преобразовывается в тепло как на сопротивлении ключа, так и на сопротивлении обмоток самого двигателя. Кинетическая энергия ротора скоро перекачивается в тепловую.

Потому, что сопротивление ключей мелкое, токи торможения получаются большими. На замечательных регуляторах, дабы не допустить двигателя и перегрузки ключей торможение делают не сходу резким, а плавным. Для этого в начале торможения ключ К2 управляется кроме этого от генератора импульсов переменной длительности. В низковольтных регуляторах хода в качестве тормозящих ключей чаще применяют p-канальные MOSFET-транзисторы, по причине того, что ими несложнее руководить.

При применении n-канального транзистора для управления делают схему смещения потенциала либо ставят особую микросхему — драйвер ключа. Наровне с возможностью торможения, дополнительный ключ, параллельный двигателю, избавляет от необходимости установки отдельного диода, имевшегося на схемах в начале статьи. Дело в том, что современные силовые MOSFET-транзисторы имеют в встроенный интегральный диод, что с успехом справляется.

Тормозной ключ кроме этого делают из нескольких транзисторов, соединенных в параллель. В большинстве случаев, их меньше, чем в ключе К. Для гоночных автомоделей кое-какие производители встраивают в регулятор хода имитацию ABS-тормозов громадных машин. Содержится она в прерывистом торможении. Имитацией вследствие того что никакого слежения за вращением колес тут нет. Ее эффективность эквивалентна случаю, в то время, когда мы, едучи в настоящем автомобиле по скользкой дороге, прерывисто тормозим.

Время от времени это выручает. Но это фальшиваяABS.

Реверс. Реверсивные регуляторы хода (нереверсивные регуляторы именуют еще прямоходными ) устроены так:

Как видно из схемы, электродвигатель включен в диагональ моста из ключей. При открытии ключей К1 и К3 двигатель вращается в прямом направлении:

а при открытии К2 и К4 — в обратном:

В большинстве случаев, в верхних плечах моста употребляются p-канальные транзисторы, а в нижних n-канальные. К1 или К2 открыт В течение всего вращения двигателя в одном направлении. К3 или К4 раскрывается импульсным знаком регулируемой длительности, что медлено изменяет подаваемую на двигатель мощность.

Из-за экономии, в большинстве случаев, реверсивные регуляторы делают несимметричными. В плечах моста для прямого хода К1 и К3 ставят в параллель значительно больше транзисторов, чем в плечах К2 и К4 обратного хода. Дабы регулятор наряду с этим не сгорел от перегрузки при долгом реверсе, в некоторых регуляторах вводят автоматическое ограничение времени реверса. У одной из линеек реверсивных регуляторов LRP оно образовывает около 5 секунд.

Этого хватает, дабы модель автомобиля отъехала назад от препятствия. А ключи перегреться не успеют.

Из схемы включения уже видно, что при равном количестве ключей в каждом плече, прямоходный регулятор владеет в два раза меньшим внутренним сопротивлением, чем реверсивный, не смотря на то, что заметно дешевле его, поскольку применяет практически в четыре раза меньше дорогих MOSFET-транзисторов. К примеру, популярный регулятор серии Квантум от LRP в прямоходном выполнении имеет сопротивление 6 мОм, а в реверсивном 30 (ключей в плече у него меньше).

Так, не следует использовать реверсивные регуляторы в том месте, где они не весьма необходимы. Это — деньги на ветер.

Динамическое торможение в реверсивном регуляторе делается открытием ключей обоих нижних плеч моста при закрытых верхних:

ВЕС. ВЕС является значительно чаще несложный параметрический стабилизатор на 5 вольт на дискретных элементах, или в интегральном выполнении (т.н. линейный стабилизатор). Тут возможно неприятность с перегрузкой замечательными сервомашинками этого стабилизатора с последующим отказом и просадкой напряжения совокупности радиоуправления.

Подробнее об этом написано в статье про сервомашинки.

Опторазвязка. В замечательных регуляторах на повышенные напряжения — от 15 до 36 банок аккумуляторная батарей встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника совокупности радиоуправления. Это делается чтобы замечательные импульсные помехи из силовой части двигателя и регулятора не попали на входные высокочувствительные цепи приемника. В этом случае типовая входная цепь регулятора выглядит так:

Для развязки употребляется, в большинстве случаев, простой диодно-транзисторный оптрон. В этом случае о ВЕС-совокупности сказать не приходится, а на модели стоит отдельный бортовой аккумулятор.

Принцип работы регулятора бесколлекторного электродвигателя

Во введении мы упоминали, что на моделях используются лишь электродвигатели постоянного тока с возбуждением лишь от постоянных магнитов и с коллектором либо без. Перед тем как перейти к бесколлекторным регуляторам, посмотрим, что делает коллектор в двигателе и чем он нехорош. В сущности, задача коллекторно-щеточного узла несложна: при определенном положении ротора подавать напряжение с аккумулятора на определенные секции его обмоток.

Нехорош же коллектор тем, что он изнашивается, причем тем стремительнее, чем больше мощность мотора. Разрушению его элементов кроме несложного механического износа содействуют большое количество факторов, к каким возможно отнести повышенную температуру, электроэрозионные процессы, загрязнение продуктами износа щеток и т.п. Помимо этого, на данный узел приходится большая часть утрат энергии, снижающей суммарный КПД электродвигателя.

Дабы урегулировать все вопросы разом, придумали передать функции переключения обмоток в зависимости от положения ротора регулятору хода. В электродвигателе постоянные магниты и обмотки поменяли местами. Т.е. на ротор переместились постоянные магниты, а обмотки размещены в пазах неподвижного статора. Все секции обмоток соединены в три группы (три фазы), каковые смогут присоединяться к регулятору хода звездой либо треугольником:

Преимущества обоих видов соединения мы тут разглядывать не будем, это предмет моторостроения. Кроме этого, в двигатель встраиваются три датчика положения ротора. Они бывают на базе оптопары с открытым оптическим каналом, но чаще — на базе датчиков Холла. Схема включения наряду с этим выглядит так:

Как видите обмотки двигателя, соединенные звездой подключены к трехфазному мосту из ключей К1-К6. Руководит ключами моста особый контроллер К. Данные о положении ротора он приобретает от датчиков Д1-Д3. Контроллер тяжело выполнить на базе программируемого микроконтроллера, потому, что для коммутации необходимо высокое быстродействие.

Исходя из этого в серийных регуляторах хода бесколлекторных двигателей ставят специальную микросхему — ASIC (к примеру, в регуляторах компании Schulze), или программируемую логическую интегральную схему — ПЛИС- FPGA (к примеру, в регуляторах компании Kontronik). Возможно собрать ее и на дискретных элементах, но это сложно и громоздко. Сейчас показались достаточно скоростные микроконтроллеры с тактовой частотой в десятки мегагерц.

На их базе возможно сделать программным методом контроллер для не через чур скоростных электродвигателей. Очень перспективно вырабатывать контроллер на базе программируемых сигнальных процессоров — DSP. Пример для того чтобы решения возможно взглянуть тут: http://www.2mslbldc.g4g-server.com/bauunterlagen.html.

Как видно из описания, использование DSP быстро упрощает изготовление регулятора хода, низводя его до сложности элементарного регулятора коллекторного двигателя, что весьма привлекательно для независимой его сборки.

В контроллере зашито пара вариантов коммутации, включающих прямой движение, реверс, торможение, отключение обмоток. Что именно обязан делать контроллер, ему подсказывает устройство управления У, которое разбирает продолжительность канального импульса. Тут же формируются импульсы переменной длительности для регулирования мощности двигателя. Руководят они через контроллер К ключами лишь нижних плеч трехфазного моста, подобно реверсивным регуляторам коллекторных двигателей.

Устройство У реализуется на простом микроконтроллере. Силовые ключи, как и в простых регуляторах хода, формируются из нескольких MOSFET-транзисторов. В одном из регуляторов Kontronik-а в каждом плече стоит по 16 транзисторов. Всего в регуляторе получается 16*6=96 транзисторов! Вот из-за чего они такие дорогие. Дабы регулятор оказался компактным и легким, транзисторы берутся в миниатюрном корпусе SO-8. Для управления таким множеством ключей применяют особые микросхемы-драйверы ключей.

В большинстве случаев, в регуляторах бесколлекторных двигателей присутствуют все обрисованные выше сервисно-защитные функции.

Регуляторы хода бесколлекторных бессенсорных электродвигателей

В то время, когда ротор двигателя вращается, в его обмотках наводится напряжение, которое возможно применять для определения положения ротора. Эта мысль реализована в регуляторах хода бесколлекторных электродвигателей, которым не необходимы датчики положения ротора. Вместо них употребляются обмотки статора. Типовая схема определения момента коммутации обмотки для одной фазы выглядит так:

В схеме употребляется делители и компаратор напряжения на резисторах. В качестве компаратора большая часть компаний применяет микросхему L339. Потому, что на напряжение наводки накладывается поданное с аккумулятора на обмотки тяговое напряжение, итог компарирования нужно стробировать в контроллере, — принимать лишь тот переход через 0, что не сходится по времени с коммутированием обмоток. Но, в случае если это уже не ясно, то не следует ломать голову.

Принципиально важно одно: до тех пор пока ротор не вращается, такое определение положения не работает. Дабы запустить неподвижный двигатель, вводится режим пуска. Контроллер начинает переключать обмотки последовательно, независимо от положения ротора с маленькой скоростью.

Когда ротор сдвинется, покажется обратная сообщение, и двигатель выйдет на режим.

Конструктивно двигатель без датчиков несложнее, чем с датчиками. Но у данной совокупности имеется и недочёты. Такие электродвигатели не хорошо стартуют, не развивая с места полного вращающего момента, что, например, для автомоделей очень принципиально важно.

При перегрузке на низких оборотах совокупность определения положения ротора без датчиков трудится ненадежно. На различных оборотах оптимален различный сдвиг фаз между знаком обратной связи и моментом коммутации обмоток. Очень продвинутые регуляторы хода это учитывают. В двигателях с датчиками это учитывается машинально.

Наконец, регулятор хода, не требующий датчиков, сложнее и дороже. На летающих моделях используются по большей части бессенсорные регуляторы и двигатели. На автомоделях — с датчиками.

Теоретикам

Для моделистов, которым весьма интересно не только запускать радиоуправляемые модели, но и понимать суть происходящих в процессов, возможно увлекателен этот раздел.

Как мы знаем, что внешняя нагрузочная черта электродвигателя постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов во многом зависит от режима его питания. Исходя из этого многие моделисты задают вопросы, что именно регулирует импульсный регулятор хода: — напряжение, подаваемое на электродвигатель, либо его ток?

Формат статьи не разрешает привести тут подробные теоретические выкладки. Исходя из этого перейдем сходу к выводам. Как это ни парадоксально, но с позиций нагрузочных черт электродвигателя, импульсный регулятор хода эквивалентен примитивному реостатному регулятору, упомянутому во введении к статье.

Т.е. импульсный регулятор хода регулирует не напряжение, подаваемое на двигатель, и не его ток. Он регулирует сопротивление источника питания двигателя, соответственно, подаваемую на него мощность.

Сходу оговоримся, что совершенный импульсный регулятор хода эквивалентен регулируемому балластному реактивному сопротивлению. Чем реактивный балласт отличается от активного? Тем, что на нем не рассеивается энергия. Вправду, через совершенный регулятор течет ток в те моменты, в то время, когда падение напряжения на нем равняется нулю. В то время, когда же падение напряжения на регуляторе не равняется нулю — ток через него не течет.

Исходя из этого интеграл от произведения мгновенных значений тока на напряжение на любом промежутке времени будет равен нулю. Для переменного тока реактивные балласты легендарныи используются, к примеру, в люминесцентных лампах дневного света. Кстати, за границей везде переходят на питание люминесцентных ламп от выпрямленного (постоянного) напряжения через импульсный реактивный балласт, совсем подобный регулятору хода.

На отечественном сайте как-то предлагался зарядник аккумуляторная батарей с комплектом реактивных балластов на конденсаторах — типовое ответ для несложных сетевых зарядников.

Для электродвигателя без отличия, реактивный либо деятельный балласт регулирует его мощность. Основное — он изменяет сопротивление источника питания двигателя.

Современные модельные электродвигатели владеют достаточно твёрдой внешней чёртом при питании от стабильного источника напряжения. Особенно это характерно для двигателей с редкоземельными магнитами. Косвенно коэффициент жесткости внешней нагрузочной характеристики электродвигателя возможно оценить по отношению тока заблокированного ротора к току при большом КПД. Для ферритовых моторов это значение колеблется около 7-8.

Для самарий-кобальтовых и неодимовых моторов, в большинстве случаев, больше 10.

Но жесткость нагрузочных черт будет наблюдаться лишь на большом газу. По мере уменьшения газа, эквивалентное сопротивление источника для электродвигателя растет, и нагрузочная черта двигателя делается мягче. Ток блокировки падает стремительнее тока большого КПД. Наряду с этим обороты холостого хода уменьшаются незначительно.

Не хорошо это либо хо

Игромир

Регуляторы хода

Рандомные статьи:

Коллекторный регулятор хода своими руками

Похожие статьи, которые вам понравятся: