Φανταστείτε ένα ηλεκτρικό όχημα να τρέχει με μεγάλη ταχύτητα στον αυτοκινητόδρομο ή ένα τηλεχειριζόμενο αεροπλάνο να κινείται στον αέρα με ακρίβεια.Πίσω από αυτά τα τεχνολογικά θαύματα βρίσκεται ένα κρίσιμο συστατικό που εργάζεται ακούραστα: ο ηλεκτρονικός ρυθμιστής ταχύτητας (ESC)Λειτουργεί σαν ένας σχολαστικός αγωγός, ρυθμίζει τις ταχύτητες των κινητήρων, επιτρέποντας στις συσκευές να λειτουργούν σύμφωνα με τις εντολές μας.και τι κάνει τις εφαρμογές του σε διάφορους τομείς τόσο αξιοσημείωτες?

ESC: Ο ευφυής κόμβος ελέγχου για την ταχύτητα του κινητήρα

Ένας ηλεκτρονικός ρυθμιστής ταχύτητας είναι ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα του οποίου η κύρια λειτουργία είναι η ρύθμιση και ο έλεγχος της ταχύτητας του κινητήρα.μπορεί επίσης να επιτρέπει την αναστροφή του κινητήρα και τη δυναμική πέδησηΑπό τα μικροσκοπικά τηλεχειριζόμενα μοντέλα μέχρι τα πλήρως ηλεκτρικά οχήματα, τα ESC διαδραματίζουν αναπόσπαστο ρόλο.

Το ESC λειτουργεί λαμβάνοντας σήματα αναφοράς ταχύτητας από μοχλούς αερισμού, joysticks ή άλλες συσκευές χειροκίνητης εισόδου,στη συνέχεια, μεταβάλλει την ταχύτητα του κινητήρα με την αλλαγή της συχνότητας μετάδοσης ενός δικτύου φαινομένου πεδίου (FET)Συγκεκριμένα, ρυθμίζει είτε τον κύκλο λειτουργίας είτε τη συχνότητα μετάβασης των τρανζίστορ για να τροποποιήσει την παροχή ισχύος στον κινητήρα, ελέγχοντας έτσι την ταχύτητα.Το υψηλό σφυρί που εκπέμπονται από τους κινητήρες σε χαμηλές ταχύτητες είναι αποτέλεσμα αυτής της ταχείας εναλλαγής ρεύματος.

Προσαρμοσμένες λύσεις για διαφορετικούς τύπους κινητήρων

Τα ESC είναι διαθέσιμα σε διάφορες εκδόσεις που έχουν σχεδιαστεί είτε για βουρτσισμένους είτε για αμυδρόδρομους κινητήρες συνεχούς ροής.Παρόλα αυτάΟι κινητήρες που χρησιμοποιούνται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας απαιτούν διαφορετικές στρατηγικές ελέγχου· ρυθμίζουν την ταχύτητα με τροποποίηση του χρόνου των παλμών ρεύματος που παραδίδονται σε κάθε περιέλιξη του κινητήρα.

Τα συστήματα ESC χωρίς βούρτσους δημιουργούν ουσιαστικά τριστάση εναλλασσόμενη ενέργεια, παρόμοια με τους κινητήρες μεταβλητής συχνότητας που χρησιμοποιούνται για την λειτουργία των μηχανοκίνητων κινητήρων χωρίς βούρτσους.Αυτοί οι κινητήρες είναι ευνοϊκοί στους λάτρεις των αεροσκαφών που ελέγχονται από ραδιόφωνο λόγω της ανώτερης απόδοσής τουςΩστόσο, οι ελεγκτές κινητήρα συνεχούς ρεύματος χωρίς βούρτσα είναι σημαντικά πιο περίπλοκοι από τους βούρτσαρους ομολόγους τους.

Το ESC πρέπει να ρυθμίζει την παροχή ρεύματος φάσης ανάλογα με την κατάσταση περιστροφής του κινητήρα, η οποία συνήθως επιτυγχάνεται με την ανίχνευση της ηλεκτροκινητικής δύναμης πίσω στις περιστροφές του κινητήρα.Ορισμένες παραλλαγές χρησιμοποιούν ξεχωριστούς μαγνητικούς αισθητήρες (φαινόμενο Hall) ή οπτικούς ανιχνευτέςΤα προγραμματιζόμενα ESC συχνά προσφέρουν προσαρμόσιμα χαρακτηριστικά όπως όρια αποκοπής χαμηλής τάσης, χρονολόγηση, επιτάχυνση, πέδηση και κατεύθυνση περιστροφής.Η αντιστροφή του κινητήρα μπορεί επίσης να επιτευχθεί με την ανταλλαγή τυχόν δύο καλωδίων μεταξύ του ESC και του κινητήρα.

Βασικές παραμέτρους και κριτήρια επιλογής

Τα ESC χαρακτηρίζονται συνήθως από τη μέγιστη ισχύ τους (π.χ. 25A).υψηλότερες ικανότητες αντιστοιχούν σε μεγαλύτερες φυσικές διαστάσεις και βάρος, ένα σημαντικό στοιχείο κατά τον υπολογισμό της μάζας και της ισορροπίας του αεροσκάφουςΠολλά σύγχρονα ESC υποστηρίζουν μπαταρίες νικελίου-μεταλλικού υδροειδούς, πολυμερούς λιθίου και λιθίου-φωσφορικού σιδήρου με διάφορες τάσεις εισόδου και διακοπής.

Κατά την επιλογή ενός κυκλώματος εξάλειψης μπαταρίας (BEC), είτε είναι ενσωματωμένο στο ελεγκτή είτε ως αυτόνομη μονάδα, ο τύπος μπαταρίας και ο αριθμός των κυψελών είναι κρίσιμοι παράγοντες.Οι γραμμικοί ρυθμιστές μειώνουν τα χαρακτηριστικά ισχύος καθώς αυξάνεται ο αριθμός των συνδεδεμένων μπαταριώνΤα καλά σχεδιασμένα BEC που χρησιμοποιούν ρυθμιστές εναλλαγής αποφεύγουν τέτοιους περιορισμούς.

Τα περισσότερα σύγχρονα ESC ενσωματώνουν μικροελεγκτές που ερμηνεύουν τα εισερχόμενα σήματα και ελέγχουν τους κινητήρες μέσω ενσωματωμένων προγραμμάτων ή firmware.Μερικοί επιτρέπουν την αντικατάσταση του εργοστασιακού firmware με εναλλακτικές λύσεις ανοιχτού κώδικαΤα μοντέλα VESC, που χρησιμοποιούνται για την προετοιμασία και την εκτέλεση των προγραμμάτων, είναι τα εξής:ξεκίνησε το 2014 από τον Σουηδό μηχανικό Benjamin VedderΤο ESC, το οποίο έχει αποκτηθεί την προσοχή για τις προηγμένες δυνατότητες προσαρμογής και σχετικά προσιτά κόστη κατασκευής σε σύγκριση με τα ESC premium.

Εφαρμογές στην αυτοκινητοβιομηχανία: Ενίσχυση της ηλεκτρικής επανάστασης

Τα μεγάλα ESC υψηλού ρεύματος χρησιμοποιούνται ευρέως σε ηλεκτρικά οχήματα όπως το Nissan Leaf, το Tesla Roadster (2008), το Model S / X / 3 και το Chevrolet Bolt.Η κατανάλωση ενέργειας των ηλεκτρικών οχημάτων μετριέται συνήθως σε κιλοβάτ· ο κινητήρας των 160 kW του Nissan Leaf παράγει μέχρι 340 Nm ροπήςΤα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα παραγωγής χρησιμοποιούν συστήματα ESC που μπορούν να συλλέγουν ενέργεια κατά την κίνηση ή το φρενάρισμα, χρησιμοποιώντας τον κινητήρα ως γεννήτρια για να επιβραδύνουν το όχημα.

Αυτό το σύστημα αναγεννητικής πέδησης διοχετεύει την ενέργεια που συλλέγεται για να επαναφορτίζει τις μπαταρίες, επεκτείνοντας την αυτονομία.Η μέθοδος αυτή αποδεικνύεται τόσο αποτελεσματική που τα συμβατικά φρένα χρειάζονται μόνο σε πολύ χαμηλές ταχύτητες.Άλλα οχήματα όπως η Nissan Leaf παρουσιάζουν ήπια αντίσταση κατά την άσκηση της ελαστικής κίνησης, με το ESC να συντονίζεται με τα παραδοσιακά φρένα για τη ρύθμιση της συλλογής ενέργειας για πλήρεις στάσεις.

Τα ηλεκτρικά οχήματα παραγωγής έχουν συνήθως λειτουργία αντίστροφης κίνησης, επιτρέποντας αμφίδρομη λειτουργία του κινητήρα.ενώ τα μοντέλα με κινητήρα συνεχούς ρεύματος χρησιμοποιούν ηλεκτρικούς διακόπτες για την αντιστροφήΆλλοι διατηρούν σταθερή κατεύθυνση περιστροφής του κινητήρα, χρησιμοποιώντας συμβατικά κιβώτια μετάδοσης για ανάποδα, ιδιαίτερα βολικά για μεταμορφωμένα οχήματα που διατηρούν την αρχική τους κίνηση.

Ελαφριά κινητικότητα: Ηλεκτρονικά ποδήλατα και σκούτερ

Οι κινητήρες ηλεκτρικών ποδηλάτων που απαιτούν υψηλή αρχική ροπή χρησιμοποιούν συχνά αισθητήρες φαινομένου Hall για τη μέτρηση της ταχύτητας.και ρυθμιζόμενες με δυνατομέτρο ρυθμίσεις ταχύτηταςΟρισμένα υλοποιούν αισθητήρες ροπής ποδηλάτου για αναλογική υποστήριξη του κινητήρα, ενώ άλλα υποστηρίζουν την αναγεννητική πέδηση, αν και περιορίζονται από την σπάνια πέδηση και τη χαμηλή μάζα του οχήματος.Το λευκό έγγραφο του Ζίλογκ αναφέρει λεπτομερώς ένα 200W, 24V brushless DC hub motor controller υλοποίηση για ηλεκτρονικά ποδήλατα.

Εφαρμογές RC: Μινιατουρισμός και έξυπνο έλεγχο

Στα ραδιοελεγχόμενα μοντέλα, τα ESC μπορεί να είναι ανεξάρτητες μονάδες που συνδέονται με τα κανάλια τριβής του δέκτη ή ενσωματώνονται σε δέκτες όπως τα RC κατηγορίας παιχνιδιού.Ορισμένοι κατασκευαστές συνδυάζουν και τα δύο σε μια ενιαία πλακέτα κυκλωμάτων για οχήματα εισόδου.

Τα RC ESC συχνά περιλαμβάνουν BEC για τη ρύθμιση της τάσης του δέκτη, εξαλείφοντας ξεχωριστές μπαταρίες δέκτη.Τα ειδικά για το αυτοκίνητο ΕΣΚ μπορούν να διαθέτουν αναστρέψιμη λειτουργία ή δυναμική πέδηση με ηλεκτρική φόρτιση της θωράκισηςΤα συστήματα ESC των ελικοπτέρων παραλείπουν τη πέδηση (που καθίσταται αναποτελεσματική λόγω των μονόδρομων ρουλεμάντων), αλλά μπορεί να διατηρήσουν την ικανότητα ανάστροφής.

Τα υψηλού επιπέδου ESC ελικόπτερο προσφέρουν λειτουργίες διαχειριστή που διατηρούν σταθερές ταχύτητες κινητήρα, ιδιαίτερα χρήσιμα για πτήση και τετρακίνητα ελικόπτερα με βάση το CCPM.Τα συστήματα ESC αεροσκαφών περιλαμβάνουν χαρακτηριστικά ασφαλείας που δίνουν προτεραιότητα στη λειτουργία της επιφάνειας ελέγχου σε καταστάσεις χαμηλής ισχύος, που επιτρέπουν την οδική άσκηση ή την ανάκτηση χαμηλής ισχύος.

Τα θαλάσσια ESC απαιτούν αδιάβροχα δομή με συμπαγή, ατμοσφαιρική θήκη και βασίζονται στην κυκλοφορία του νερού ή στο κενό που προκαλείται από την έλικα για ψύξη.διαθέτουν λειτουργίες πέδησης και ανάστροφης.

Τα σύγχρονα τετράτροχα (και όλα τα πολυτροχιά) εξαρτώνται από συμπαγείς, υψηλής ισχύος ESC που παρέχουν υψηλής συχνότητας, υψηλής ανάλυσης τρισδιάστατο AC στους κινητήρες.Ο ακριβής έλεγχος της ταχύτητας σε μεγάλες αποστάσεις επιτρέπει όλους τους χειρισμούς πτήσης. Σε αντίθεση με τα τυποποιημένα σήματα RC 50Hz, τα ESC των τετράκυκλων υποστηρίζουν ταχύτερα πρωτόκολλα όπως Oneshot, Multishot, και DShot. Ένα ψηφιακό πρωτόκολλο που προσφέρει ανώτερη ανάλυση, CRC checksum,και σταθερότητα ταλαντωτήρα χωρίς βαθμονόμησηΤα σύγχρονα πρωτόκολλα ESC μπορούν να επικοινωνούν σε 37,5kHz ή και ταχύτερα, με τα καρέ DSHOT2400 να ολοκληρώνονται σε μόλις 6,5μs.

Ενώ τα περισσότερα μοντέλα τρένων αντλούν ενέργεια από τις γραμμές ή τις εναέριες γραμμές (τοποθετώντας ESCs εκτός του σκάφους), τα ψηφιακά συστήματα ελέγχου που επιτρέπουν πολλαπλά τρένα σε μια γραμμή απαιτούν ενσωματωμένους ελεγκτές ταχύτητας.Τα μεγαλύτερα μοντέλα (5" ή 7" μεγέθους) φέρουν συνήθως μπαταρίες και ελεγκτές ταχύτητας.