Yazanlar: Lauren Nagel ve Charles Blouin
Elektronik hız kontrolörü (ESC), elektrikli bir itki sisteminin donanımının temel bir parçasıdır. Uçuş kontrolöründen aldığı veri sinyallerine dayanarak motora ne kadar hızlı gitmesi gerektiğini söyleyerek sistemin beyni gibi çalışır.
Drone'lar ve RC araçlar gibi daha küçük uygulamalarda bu kontrolör 'ESC' adını alırken, daha büyük üretim uygulamalarında elektronik kontrol ünitesi, evirici veya motor kontrolörü olarak adlandırılabilir.
Şekil 1: Afro Yarış Spesifikasyonu 20A ESC
ESC'nin içindeki mekanizma ile batarya ve motorla etkileşimi oldukça büyüleyicidir. Bu makalede ESC'lerin nasıl çalıştığı, kullandıkları protokoller ve fırçasız motorları ve drone'ları kontrol etmek için nasıl kullanıldıklarıın temellerini ele alacağız.
İçindekiler
- ESC Nasıl Çalışır
- ESC Bileşenleri: Mikrodenetleyici (MCU), Kapı Sürücüsü, MOSFET'ler, Batarya Eliminatör Devresi (BEC), Cihaz Yöneticisi Adaptörü (DMA)
- PWM Nedir
- Kontrol Frekansı ve MOSFET Anahtarlama Frekansı
- ESC Protokolleri
- ESC'ler için CAN veri yolu
- Fırçasız Motorlar için ESC
- Drone'lar için ESC + ESC Seçimi
ESC Nasıl Çalışır
ESC'nin görevi, batarya ile elektrik motoru arasında düzenleyici bir aracı olarak çalışmaktır. Hız değişikliklerine dönüştürülen zamanlanmış elektrik sinyalleri sağlayarak motorun dönüşünü kontrol eder. Bataryadan gelen doğru akımı bir anahtarlama sistemiyle birleştirerek motora gönderilen alternatif üç fazlı akımı elde eder.
Araç ister elektrikli bir araba, uçak veya drone olsun, motorun hızını değiştirmek için aracın uçuş kontrolörü kullanılır. Gaz kolunu artırmak çıkış gücünü artırır ve bu da ESC devresinde anahtarların açılma ve kapanma hızını değiştirir.
Şekil 2: Kontrolör, drone'un üzerindeki gaz alıcısıyla iletişim kurar
Uzaktan kumdan ESC'ye gaz bilgilerini iletmek için kullanılan birkaç sinyal iletim protokolü vardır. Her protokolün performansı biraz farklıdır; en yaygın olanları PWM, Oneshot, Multishot ve Dshot'tur.
Aralarındaki en önemli fark, ilettikleri sinyallerin frekansıdır. Daha kısa frekanslar daha hızlı sinyal ve daha hızlı drone tepki süresi sağlar. Ayrıca, Dshot protokolü analog sinyal yerine dijital sinyal gönderdiği için diğerlerinden farklıdır. Bu, sinyali elektriksel gürültüye karşı daha az hassas ve daha yüksek çözünürlüğü sayesinde daha hassas hale getirerek daha güvenilir kılar. Bunu makalenin ilerleyen kısımlarında daha ayrıntılı ele alacağız.
ESC test performansını ESC Performans Veritabanımızdan inceleyin
ESC Bileşenleri
ESC'nin içinde mikrodenetleyici, kapı sürücüsü ve MOSFET'ler (Şekil 3) dahil olmak üzere bir dizi önemli bileşen bulunur; bazı durumlarda batarya eliminatör devresi ve cihaz yöneticisi adaptörü de bulunur.
Şekil 3: Bir ESC'nin temel bileşenleri
Mikrodenetleyici (MCU)
Mikrodenetleyici, ESC'nin çalışmasında üç temel rol oynar: 1) kontrolörden gelen sinyali yorumlayan ve bir kontrol döngüsüne besleyen yazılımı barındırmak, 2) pürüzsüz ivmelenmeyi sağlamak için motorun konumunu takip etmek, 3) istenen komutu elde etmek için kapı sürücüsüne darbeler göndermek
ESC'lerde kullanılan yazılım genellikle üretici tarafından önceden yüklenir, ancak açık kaynaklı sürümler de üçüncü taraf kaynaklardan elde edilebilir. Hobi drone'larında önceden yüklenen yazılım genellikle BLHeli'nin (BLHeli_S veya BLHeli_32) bir varyasyonudur, ancak SimonK ve KISS gibi diğer yazılımlar da mevcuttur. Seçilen yazılım donanımla uyumlu olmalıdır, çünkü ESC'nin performansını ve hangi protokollerin kullanılabileceğini belirleyecektir.
Mikrodenetleyici ayrıca motorun konumunu sensörlü veya sensörsüz bir sistem aracılığıyla belirler. Sensörlü sistemler, rotorun konumunu takip etmek için motorda elektronik sensörler kullanır; bu da kara araçları gibi düşük hız ve yüksek tork uygulamaları için harikadır. Daha popüler olan sensörsüz sistemler, rotorun statöre göre konumunu belirlemek için ters EMF'yi kullanır. Bu, yüksek hızlarda harika çalışır, ancak motor daha düşük ters EMF ile daha düşük hızlarda döndüğünde sensörsüz sistem o kadar iyi çalışmaz. Bu, bir pervaneyi sürmek söz konusu olduğunda genellikle bir sorun değildir. Genel olarak, yüksek hızlı uygulamalar için sensörsüz sistem daha verimli, daha ucuz ve daha güvenilirdir.
Kapı sürücüsü
Kapı sürücüsünün görevi, kontrolör ile MOSFET'lerin kapısı arasında aracı olarak çalışmaktır. Mikrodenetleyiciden düşük voltajlı bir sinyal aldığında, kapı sürücüsü sinyali yükseltir ve MOSFET'lere yüksek voltajlı bir sinyal iletir. Sürücü, mikrodenetleyiciden daha düşük dirence sahiptir, bu nedenle daha yüksek akım iletebilir ve bu da sinyalin hızını yükseltir. Bu, daha hızlı anahtarlama ve daha düşük ısı üretimi sağlar. Bazı ESC'lerde düşük voltajlı mikrodenetleyici ile yüksek voltajlı transistörler arasında optik yalıtım çipler bulunur. Üreticiler bu ESC'lere Opto-ESC diyebilir.
MOSFET
Metal Oksit Yarı İletken Alan Etkili Transistörler veya MOSFET'ler, gücü stratejik olarak motora ileten anahtarlardır. ESC'nin altı adet bu transistörü vardır ve motordan gelen her kablo bunlardan ikisine bağlanır. MOSFET'ler mikrodenetleyiciden sinyaller alır ve ardından her bir bobininin üç fazdan birinde (yüksek voltaj, düşük voltaj veya kapalı/topraklı) olmasını sağlamak için motora güç iletir.
Motor dönerken, MOSFET'lerden gelen sinyaller bobinlerin fazlarını değiştirerek rotorun dönmeye devam etmesini sağlar. ESC, doğrudan akımı bir anahtarlama sistemiyle birleştirerek alternatif üç fazlı akım elde eder (Şekil 4). Gaz girişi ne kadar yüksekse, anahtarlama frekansı o kadar hızlı olur ve bu da motorda daha yüksek RPM'ye yol açar. Bu süreci kontrol eden birkaç sinyal iletim protokolü vardır ve her birinin farklı performansı ve sinyal frekansı vardır.
Şekil 4: Bir ESC devresinde anahtarların açılması ve kapanması
Batarya Eliminatör Devresi
ESC'lerde genellikle yerleşik bir batarya eliminatör devresi (BEC) bulunur; bu, batarya ihtiyacını ortadan kaldırmaz, ancak üzerindeki elektronikler için ayrı bir bataryaya ihtiyaç duymadan voltaj düzenleyici olarak çalışır. BEC'den geçen güç, genellikle 5 V'a düşürülür ve bu da gaz alıcısını ve üzerindeki diğer cihazları güvenli bir şekilde besler (Şekil 5).
Şekil 5: ESC ve BEC dahil elektrikli itki sistemi bağlantısı
Cihaz Yöneticisi Adaptörü (DMA), Programlayıcı, Yapılandırıcı, Program kutuları
Programlayıcı, kullanıcının ESC'sini bilgisayarına bağlamasına, yazılım güncellemelerini indirmesine ve cihazını özelleştirmek için gelişmiş programlama seçeneklerini kullanmasına olanak tanır. Bu, ESC'yi güncel tutar ve voltaj kesme, gaz kalibrasyon modu ve motor yönü gibi gelişmiş ayarların kontrolüne olanak tanır.
Bu bileşen genellikle markaya özgündür ve tüm ESC'lerde mevcut değildir.
Şekil 6: UAS ESC'leri ile uyumlu KDE Direct DMA
PWM Nedir
Darbe genişliği modülasyonu (PWM), ilk ESC protokolüydü ve günümüzde hala kullanılmaktadır. PWM, uçuş kontrolöründen gelen girdiye dayanarak motora ne kadar hızlı döneceğini söylemek için zamanlanmış güç darbeleri kullanır. Gaz kontrolörü, ESC'nin mikrodenetleyicisine bir sinyal gönderir ve bu da ona bataryadan ne kadar voltaj çekeceğini ve rotora ne kadar ileteceğini söyler.
Sinyal darbeler halinde iletilir ve genişliği voltajın ne kadar süre boyunca çekileceğini belirler. Voltaj darbaları ('açık'), voltajın iletilmediği 'kapalı' sürelerle ayrılır. 'Açık' süresinin 'kapalı' süresine oranı ne kadar büyükse, o kadar çok güç iletilir ve rotor o kadar hızlı döner. 'Açık' ve 'kapalı' süresinin oranı görev döngüsü olarak da adlandırılır.
PWM sisteminde darbelerin uzunluğu ~1000μs ile ~2000μs arasında değişir. Başlangıçta darbeler her 50ms'de bir gönderiliyordu, ancak bu zamanla artmış ve sinyal her 2,04 ms'de bir (490Hz) gönderilmeye başlanmıştır. Frekans 500 Hz olsaydı, sinyal potansiyel olarak %100 'açık' olabilirdi ve bu bir hata olarak algılanırdı.
Kapı sürücüsü, mikrodenetleyiciden voltajı alır ve MOSFET'lere iletir, burada onları üç fazı arasında anahtarlamaya zorlar. MOSFET'lere ne kadar çok voltaj gelirse, o kadar hızlı faz değiştirirler ve rotor o kadar hızlı döner.
X ekseninde zamanı ve Y ekseninde voltajı gösterirseniz, bu sistemde 'darbe genişliğinin' nasıl kontrol edildiğini veya modüle edildiğini görebilirsiniz (Şekil 7).
Şekil 7: Minimum ve maksimum gazda ms cinsinden darbe uzunluğu
Kontrol Frekansı ve MOSFET Anahtarlama Frekansı
ESC performansı tartışılırken, motorun nasıl sürüldüğünü etkileyen iki farklı oranı ayırt etmek önemlidir: kontrol frekansı ve MOSFET anahtarlama frekansı.
Kontrol Frekansı (PWM Hızı)
Kontrol frekansı, uçuş kontrolörünün ESC'ye ne kadar sıklıkla gaz komutları gönderdiğini ifade eder. PWM tabanlı sistemlerde bu, voltaj darbelerinin ESC'nin mikrodenetleyicisine iletilme hızı anlamına gelir. Protokole bağlı olarak bu, eski sistemlerde 50 Hz'den modern analog protokollerde 490 Hz veya daha fazlasına kadar değişebilir.
Daha yüksek bir kontrol frekansı, ESC'nin daha sık güncellemeler almasını sağlar, bu da gaz tepkisini iyileştirebilir ve sistemdeki gecikmeyi azaltabilir.
MOSFET Anahtarlama Frekansı
Anahtarlama frekansı, motoru döndürmek için kullanılan üç fazlı AC sinyalini oluşturmak üzere ESC'nin MOSFET'lerinin ne kadar sıklıkla açılıp kapandığını ifade eder. Bu dahili anahtarlama, kontrol frekansından çok daha hızlı bir hızda gerçekleşir—genellikle 8 kHz ile 50 kHz arasında—ve ESC'nin mikrodenetleyicisi ve kapı sürücüleri tarafından yönetilir.
Daha yüksek anahtarlama frekansları, özellikle düşük gazda motor gürültüsünü azaltarak ve verimliliği artırarak daha pürüzsüz bir akım dalga formu üretmeye yardımcı olur. MOSFET'ler her anahtarlama yaptığında ısı ürettiği için daha yüksek gazda verimliliği azaltabilirler.
Daha basit bir ifadeyle:
Uçuş kontrolörü, kontrol frekansında ESC'ye ne yapacağını söyler. ESC daha sonra MOSFET'lere anahtarlama frekansında bunu nasıl yapacağını söyler.
ESC Protokolleri
ESC protokolü, esasen uçuş kontrolörlerinin ESC ile iletişim kurmak için kullandıkları dildir. Gaz bilgilerini iletmek için benzersiz sinyal desenleri kullanırken, motorun dönüş hızını değiştirmek için sinyalin hızını değiştirirler.
Yaygın ESC Protokolleri
2015'ten önce PWM, küçük UAV'ler tarafından ticari olarak kullanılan tek ESC protokolüydü. O zamandan beri birkaç yeni protokol oluşturuldu ve 2017'den sonra geliştirilen donanımların hepsini veya çoğunu desteklemesi yaygındır.
En yaygın kullanılan protokoller arasında Oneshot125, Oneshot42, Multishot ve Dshot300, Dshot600 ve Dshot1200 bulunur. Oneshot ve Multishot protokolleri PWM gibi analog sinyaller kullanırken, Dshot (Digital shot) dijital sinyal kullanır.
Analog protokoller, uçuş kontrolörü ve ESC'deki osilatörlerin (saatlerin) senkronize olmasını sağlamak için kalibrasyon gerektirirken, dijital protokoller bu adımı gerektirmez. Bu kalibrasyon olmadan, ESC sinyallerin uzunluğunu yanlış yorumlayabileceği için drone'unuz beklenen tepkiyi vermeyebilir.
DShot
Dshot1200 en hızlı protokoldür ve saniyede 1.200.000 bit veri iletir. Dshot1200'ün sadece 13 μs'lik sabit bir sinyal uzunluğu vardır, bu da bir sonraki en hızlı protokol olan ve 25 μs sinyal uzunluğuna sahip Multishot'tan neredeyse iki kat daha hızlıdır (Şekil 8). Dshot1200 etkileyici derecede hızlı olsa da, bazıları Dshot600 ile Dshot1200 arasındaki farkın pratikte önemsiz olduğunu söyler.
Çift Yönlü DShot
Çift yönlü DShot, uçuş kontrolörü ile ESC arasında iki yönlü iletişimi sağlayarak DShot protokolünün önemli bir güncel güncellemesidir. Bu protokol ile uçuş kontrolörü yalnızca ESC'ye veri iletmekle kalmaz, aynı zamanda ESC de kontrolöre sinyal iletebilir.
Motorun RPM'si gibi telemetri verileri bu geri sinyallerle iletilir. Ek sensörleri kendi kablolarıyla bağlamak yerine, çift yönlü yetenek aynı sinyal kablosuyla mümkündür.
Bu nedenle çift yönlü Dshot drone performansını iyileştirebilir.
İşte nasıl:
-
Gelişmiş RPM filtreleme: kontrolör motorlardan gerçek RPM verisi aldığında, bu bilgiyi jiroskop verisindeki notch filtreleri iyileştirmek için kullanabilir: pitch, yaw ve roll. Alçak geçiren filtrelerin aksine, notch filtreleri önceden ayarlanmış bir sınırın üzerindeki tüm frekansları değil, yalnızca belirli frekansları ortadan kaldırır.
-
Azaltılmış sinyal gecikmesi: filtrelenen frekans sayısını sınırlamak, gereken işleme süresini azaltır ve daha hızlı sinyal iletimi ile daha iyi tepki süresi sağlar.
-
İyileştirilmiş motor performansı: kontrolör tarafından gereken filtreleme miktarını azaltmak, sistemdeki direnç miktarını azaltır ve daha serin, daha pürüzsüz bir çalışma sağlar. Gürültüyü ortadan kaldırmak ayrıca titreşimi azaltabilir ve genel kararlılığı ve performansı iyileştirebilir.
Titreşimin UAV performansını nasıl etkilediği hakkında daha fazla bilgi için, Drone'larda Titreşim başlıklı makalemize göz atın.
Şekil 8: Yaygın protokoller için mikrosaniye cinsinden sinyal uzunluğu
Daha düşük gecikme, aracın daha hızlı tepki vermesi anlamına gelir, ancak quadcopter'ın ve pervanelerin ataletinden dolayı, özellikle daha büyük gövdeler için getirilerin azalır. Agresif bir uçuş kontrolörü de önemli ölçüde daha fazla güç tüketir, bu nedenle araç buna ihtiyaç duymuyorsa kullanılması tavsiye edilmez.
Proshot
Proshot, hem dijital hem de analog sinyallerin unsurlarını içeren benzersiz bir protokoldür. Bu protokol, bir DShot sinyalini PWM darbelerine kodlar - her darbe 4 bit veri içerir. Bu kodlama, sadece 4 PWM darbesine 16 bitlik veri sığdırabileceğiniz anlamına gelir. DShot'a benzer şekilde, Proshot kullanırken ESC kalibrasyonu gerekmez.
Proshot1000, en hızlı DShot protokolünden biraz daha az olan saniyede 1.000.000 bit veri iletir. Pratikte hangi protokolün daha yüksek CPU kullanımına sahip olduğu konusunda tartışmalar vardır ve henüz genel bir cevap yoktur.
2018'den bu yana, BLHeli_32 yazılımı aracılığıyla Proshot'u destekleyebilen ESC'ler piyasada bulunmaktadır.
ESC'ler için CAN
Kontrolcü alan ağı (CAN) veri yolu, başlangıçta araçlarda çoklama sağlayarak kablolamanın maliyetini ve karmaşıklığını azaltmak üzere geliştirilmiştir. Sistem, ağdaki her cihazın kendisine yönelik mesajları almasını sağlarken, hakemlik yöntemini kullanarak en önemli iletişimleri önceliklendirir. Sistem; endüstriyel otomasyon, tıbbi cihazlar, 3D yazıcılar ve daha fazlası dahil olmak üzere çok çeşitli uygulamalarda kullanılır.
Araçlar gibi dronelar da uçuş kontrolcüleri, ESC'ler, GPS modülleri ve sensörler gibi bileşenler arasında güvenilir ve verimli bir iletişime ihtiyaç duyar. CAN, dayanıklılığı, gerçek zamanlı veri değişimini desteklemesi ve gürültü bağışıklığı sayesinde bu tür uygulamalar için güçlü bir adaydır. Ancak CAN taşıma katmanını sağlasa da, cihazların iletilen verileri nasıl yorumlaması gerektiğini tanımlamaz. İşte bu noktada daha üst düzey iletişim protokolleri devreye girer.
Cyphal (eski adıyla UAVCAN), İHA'lar ve robotik gibi yüksek güvenilirlikli dağıtık sistemler için özel olarak geliştirilmiş böyle bir protokoldür. Ethernet, CAN veya CAN FD (Esnek Veri Hızı) üzerinde çalışan Cyphal, cihazlar arasında paylaşılan mesajların yapısını ve anlamını tanımlar. Düşük gecikmeli iletişimi desteklemek, farklı üreticilerin bileşenleri arasında birlikte çalışabilirliği kolaylaştırmak ve kontrol komutlarıyla birlikte telemetrinin iletilmesini sağlamak üzere tasarlanmıştır.
Her ESC için ayrı bir sinyal kablosu gerektiren PWM ve DShot gibi eski protokollerin aksine Cyphal, birden fazla ESC'nin aynı iki kablolu ağ üzerinden iletişim kurmasına olanak tanır. Gaz komutlarını göndermeye devam ederken voltaj, akım, sıcaklık ve daha fazlası gibi ek telemetri verilerinin toplanmasına imkan verir.
Aşağıdaki diyagram, bir quadcopter dronedaki Cyphal-ESC entegrasyonunun nasıl kablolandığını göstermektedir.
Şekil 9: Cyphal'ın ESC'lerle entegrasyonu (kaynak)
Şekil 9'da PX4 hem uçuş komutlarını hem de sensör verilerini kontrol eder. Dört ESC CAN veri yoluna bağlıdır ve ayrı sinyal kablolarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır. Her ESC bir fırçasız motoru yönetir, PX4'ten gaz komutlarını alır ve kritik telemetri verilerini geri gönderir.
ESC'ler ve GNSS modülü (GPS sistemi) aynı CAN veri yolunu paylaşır. CAN 1, uçuş kontrolcüsünden ESC'lere gaz komutlarını iletir ve bu da dronun motorlarının hangi hızda döneceğini belirler. CAN 2, GPS konum verilerini uçuş kontrolcüsüne göndererek dronun uçuş yolunu otonom olarak değiştirmesine olanak tanır. CAN 2 üzerindeki GPS modülü arızalanırsa, CAN 1 üzerindeki ESC'ler normal çalışmaya devam ederek kesintisiz uçuş sağlar.
Cyphal aynı zamanda her mesajın benzersiz bir tanımlayıcıya sahip olduğu dijital bir protokoldür ve bu tanımlayıcılar birkaç şekilde ayarlanabilir: protokol bu tanımlayıcıları kendisi atayabilir, kullanıcı bunları manuel olarak girebilir veya üretici tarafından önceden yüklü olarak gelebilir. Düşük tanımlayıcı numaraları daha yüksek önceliğe sahiptir, bu nedenle bir ESC'den gelen gaz gibi önemli sinyaller, GNSS konum güncellemeleri gibi daha az kritik verilerin önüne geçer.
ESC ve GNSS modülü aynı anda mesaj gönderirse, ESC'nin daha yüksek öncelikli tanımlayıcısı komutunun önce gönderileceğini ve GNSS mesajının bekleyeceğini garanti eder. Bu sayede, kritik olmayan veriler iletilse bile drone tepki vermeye devam eder.
Popüler Cyphal ESC'ler arasında Zubax Myxa, Holybro Kotleta 20 ve KDECAN bulunur.
Şekil 10: ESC protokolleri ve özellikleri karşılaştırma tablosu
Fırçasız Motorlar İçin ESC
Öğrendiğimiz gibi, ESC'nin görevi gücü pilden motora kontrollü bir şekilde iletmektir. Kontrolcüde %50 gaz verirseniz, ESC motora %50 'güç' iletir. 'Güç'ün ne olduğu kullanılan yazılıma bağlıdır. Bazıları motora gönderilen ortalama voltajı kullanırken, diğerleri hedef hızı kullanır ve bazıları her ikisinin bir karışımını kullanır.
Bir uçta ESC'nin pile bağlanmak için kırmızı (pozitif) ve siyah (negatif) olmak üzere iki kablosu vardır (Şekil 11). Diğer uçta ise ESC'yi fırçasız motora bağlayan üç kablo bulunur. Motor ESC'ye bağlandıktan sonra yanlış yönde dönerse, herhangi iki kablonun yerini değiştirmek onu doğru yönde döndürecektir. Son uzantı, BEC tarafından beslenen gaz alıcısına bağlanır.
Şekil 11: Pil (sol), gaz alıcısı (orta) ve motor bağlantıları (sağ) için kablolamalı ESC
Fırçasız motorun içinde iki bileşen bulunur: rotor (kalıcı mıknatısları içeren) ve stator (bakır bobinleri içeren). Statordaki bir bobine akım verildiğinde elektromıknatıs haline gelir ve Kuzey ile Güney kutbu geliştirir. Elektromıknatısın kutupluluğu karşılaştığı kalıcı mıknatısın kutupluluğuyla eşleştiğinde, benzer kutuplar birbirini iter ve rotor döner. Akım, ESC tarafından elektromıknatısların kutupluluğunu sürekli değiştiren üç fazlı bir sinyal olarak iletilir, böylece rotor dönmeye devam eder.
Bu süreci başlatmak için ESC'nin hangi elektromıknatısları etkinleştireceğini seçebilmek adına rotorun konumunu bilmesi gerekir. Sensörlü motorlarda konumunu belirlemek için ESC, Hall Etkisi sensörlerini kullanır. Bu bilgi, pürüzsüz bir ivmelenmeyi sağlamak için faz çıkışını rotorun açısıyla hassas bir şekilde senkronize etmek için kullanılır. İHA'larda daha yaygın olarak kullanılan sensörsüz motorlarda, başlatma süreci biraz daha az sağlamdır. ESC, motoru başlatmak için önceden belirlenmiş bir dizi gönderir. Motor yeterli hıza ulaştığı anda, ters elektromotor kuvveti (ters EMF), ESC'nin hassas bir konum tahmini elde etmesi ve darbeleri senkronize etmesi için yeterli olacaktır.
Daha fazla bilgi için Fırçasız Motorlar Nasıl Çalışır başlıklı makalemize göz atın.
Drone'lar İçin ESC + Bir ESC Nasıl Seçilir
Bir ESC seçmek, drone tasarım sürecinin önemli bir parçasıdır. Aracınızın elektriksel ihtiyaçlarını karşıladığından ve pilinizi gereğinden fazla tüketmediğinden emin olmak istersiniz. Aşağıda bir ESC seçerken göz önünde bulundurmanız gereken birkaç faktör bulunmaktadır.
ESC Akım Değeri
ESC'nin akım değeri, motorunkinden %10 - %20 daha yüksek olmalıdır. Bu, aşırı ısınmasını önleyecek ve maksimum gazda çalışırken biraz hareket alanı sağlayacaktır. Ağırlığı en aza indirmek için bu aralıktan çok daha yükseğe çıkmak istemezsiniz. ESC, ana sınırlamanın termal olduğu için uçuşa benzer koşullarda test edilmelidir. Yüksek sıcaklık ve düşük hava sirkülasyonu ESC'nin değerini ve çalışma ömrünü azaltacaktır. Bazı ESC'lerin iki akım değeri vardır: sürekli ve anlık. Sürekli akım uzun süreler boyunca sürdürülebilirken, anlık akım yalnızca kısa süreler için uygundur.
ESC Voltajı
ESC'lerin, voltaj aralığı veya hücre aralığı olarak verilebilen bir maksimum voltaj sınırı vardır. Örneğin, 3S - 8S hücreler için derecelendirilmiş bir ESC, 11,1 - 33,6 V voltajı destekleyecektir. ESC, pil voltajı çok düşük olduğunda (hücre başına 3,0 - 3,4 V) sizi uyaracak bir kapanma voltajı ayarlamanıza izin vererek pilin zarar görmesini önleyebilir. Bu sistemler Düşük Voltaj Kesimi (LVC) olarak adlandırılır ve ESC'nin sağlayabileceği maksimum gücü azaltacaktır. Sonunda ESC motoru kapatacaktır.
Termal Hususlar
Doğru termal yönetim, güvenilir ESC performansı sağlamak için kritiktir. ESC'ler için akım değerleri standart değildir ve üreticiler arasında önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Bu farklılık büyük ölçüde test koşulları, yeterli ısı dağıtıcıların varlığı veya yokluğu ve ESC'nin çalışması beklenen hava akışı koşullarındaki farklılıklardan kaynaklanır.
Tasarım uygulamalarında, tasarımcılar ortam havası sıcaklığının ve havalandırmanın bir ESC'nin etkili akım taşıma kapasitesini doğrudan etkileyeceği gerçeğini hesaba katmalıdır. Kötü hava akışı veya yüksek ortam sıcaklıkları, dahili çalışma sıcaklığının artmasına yol açabilir ve bu da ESC'nin akım değerini azaltabilir ve zamanla ömrünü kısaltabilir. Bu zorlukları hafifletmek için tasarımcılar, yüksek akım çekişinin uzun süre devam etmesi sırasında bile ısının etkili bir şekilde dağıtılmasını sağlamak üzere özel ısı dağıtıcılar veya optimize edilmiş PCB düzeni ve zorlanmış hava soğutması gibi soğutma stratejileri entegre edebilir.
Ek olarak, termal tasarım en kötü senaryoları da göz önünde bulundurmalıdır. Kapalı bölmelerdeki sınırlı hava akışı veya çevresel koşullardaki ani değişiklikler gibi faktörler tasarım aşamasında değerlendirilmelidir.
Bu faktörleri, Flight Stand donanımı üzerindeki sıcaklık sensörlerini kullanarak ve soğutma koşullarını değiştirerek gerçek koşullarda test edebilirsiniz. Yüksek sıcaklık bileşen ömrünü önemli ölçüde azaltacaktır. Eğer erişiminiz varsa, ESC'nizdeki transistörlerin veri sayfasına bakın. Genellikle transistör ömrü hakkında bilgi içerir. Arızaya kadar olan ortalama süre (MTTF), e^1/T ile orantılıdır (burada T sıcaklıktır) ve genel bir kural olarak 10°C'lik bir artış bileşen ömrünü yarıya indirir. Deneyimlerimize göre, dronelarda ESC arızaları motor arızalarından daha yaygındır.
Gürültü hususları
ESC başlatılırken duyduğunuz gürültünün motordan geldiğini biliyor muydunuz? İtki gürültüsü pervaneden ve motorun kendisinden gelir. Düşük anahtarlama frekanslı ESC'ler genellikle gürültülü motorlara sahip olacaktır. Bazı durumlarda motor pervaneden daha gürültülü olabilir. Bunun nedeni, keskin kare dalgaların motordaki bobinlerin bir hoparlör gibi titreşmesine neden olmasıdır.
Quadcopter'lar İçin 4'ü 1 Arada ESC
ESC'leri bir quadcopter'a kablolarken her motor için bir ESC kullanabilir veya tek bir kart ve dört motor bağlantısına sahip 4'ü 1 arada bir ESC kullanabilirsiniz (Şekil 10). Dört ESC'ye sahip olmak, motorlar yüksek güç çekişine sahipse ısı yükünü dağıtmaya yardımcı olabilirken, 4'ü 1 arada bir ESC donanımdan kaynaklanan ağırlığı sınırlamak ve yer kazanmak için harika bir seçenektir.
Şekil 12: iFlight 4'ü 1 arada ESC
Sonuç
Bu makalede ESC temellerini ele aldık: nasıl çalıştıkları, temel bileşenler, protokoller ve CAN veri yolu, fırçasız motorlar ve dronelar ile nasıl çalıştıkları. Bu temel drone bileşeni hakkında iyi bir anlayışa sahip olmak, bilginizi ve yapınızı geliştirmenize yardımcı olabilir.
Dronunuzu optimize etmek hakkında daha fazla bilgi için Drone Yapımı ve Optimizasyonu başlıklı ücretsiz eBook'ümüze göz atın.
Herhangi bir sorunuz varsa, aşağıya bir yorum bırakmaktan çekinmeyin.