Шта је једносмерни мотор без четкица (блдц) и како њиме управљати помоћу ардуина

Градити ствари и натерати их да раде, онако како ми желимо, одувек је била пука забава. Иако се то договара, грађевинске ствари које би могле летјети пркосно би упумпале мало више анксиозности међу хобисте и хардвере. Да! Говорим о једрилицама, хеликоптерима, авионима и углавном о мултикоптерима. Данас је постало врло лако самостално га направити захваљујући подршци заједнице доступној на мрежи. Једна уобичајена ствар код свих ствари које лете је да користе БЛДЦ мотор, па шта је овај БЛДЦ мотор? Зашто нам је потребан за летење? Шта је ту тако посебно? Како купити прави мотор и повезати га са својим контролером? Шта је ЕСЦ и зашто га користимо? Ако имате питања попут ових, овај водич је ваше решење на једном месту.

У основи, у овом упутству ћемо управљати мотором без четкица помоћу Ардуина. Овде се АДД212 / 13Т БЛДЦ мотор сензора без сензора користи са 20А електронским регулатором брзине (ЕСЦ). Овај мотор се обично користи за израду дронова.

Потребни материјали

А2212 / 13Т БЛДЦ мотор
ЕСЦ (20А)
Извор напајања (12В 20А)
Ардуино
Потенциометар

Разумевање БЛДЦ мотора

БЛДЦ Мотор је скраћеница од мотора без једносмерне струје, који се често користи у плафонским вентилаторима и електричним возилима због свог несметаног рада. Употреба БЛДЦ мотора у електричним возилима је претходно детаљно објашњена. За разлику од осталих мотора, БЛДЦ мотори имају три жице које излазе из њих и свака жица формира своју фазу чиме смо добили трофазни мотор. Чекај шта!!??

Да, иако се БЛДЦ мотори сматрају једносмерним моторима, они раде уз помоћ импулсних таласа. Електронски регулатор брзине (ЕСЦ), претвара ДЦ напон из батерије у да импулса и даје га на 3 жице мотора. У било ком тренутку напајаће се само две фазе мотора, тако да струја улази кроз једну, а излази кроз другу фазу. Током овог процеса завојница унутар мотора је под напоном и стога се магнети на ротору поравнавају са завојницом под напоном. Тада се ЕСЦ напајају следеће две жице, овај поступак се наставља да би се мотор окретао. Брзина мотора зависи од брзине напајања завојнице, а смер мотора зависи од редоследа навоја завојница. О ЕСЦ-у ћемо сазнати више у овом чланку.

Доступно је много врста БЛДЦ мотора, погледајмо најчешће класификације.

БЛДЦ мотор у тркачу и ван тркача: Мотори БЛДЦ у тркачу раде као и сваки други мотор. То је осовина унутар мотора која се окреће док кућиште остаје фиксно. Док су истурени БЛДЦ мотори управо супротно, спољно кућиште мотора се окреће заједно са осовином док завојница изнутра остаје фиксна. Ваздушни мотори су велике предности код електричних бицикала, јер је само спољно кућиште (оно које се окреће) направљено у обруч за гуме и тиме је избегнут механизам за спајање. Такође, истршени мотори имају тенденцију да дају већи обртни моменат него код типова тркача, па постаје идеалан избор за ЕВ и дронове. Она коју овде користимо такође је тип истрчаних тркача.

Напомена: Постоји још једна врста мотора која се назива БЛДЦ мотори без језгра и који се такође користе за џепне дронове, они имају другачији принцип рада, али за сада га прескочимо због овог водича.

Сензор и БЛДЦ мотор без сензора: Да би се БЛДЦ мотор могао окретати без трзаја, потребне су повратне информације. То јест, ЕСЦ мора да зна положај и пол магнета у ротору како би напајао статор према њему. Ове информације се могу добити на два начина; један је постављањем Халл сензора унутар мотора. Халов сензор ће детектовати магнет и послати информације ЕСЦ-у. Ова врста мотора назива се Сенсорд БЛДЦ мотор и користи се у електричним возилима. Друга метода је коришћење задњег ЕМФ-а који генеришу завојнице када их магнети прелазе, што није захтевало додатни хардвер или жице сама фазна жица се користи као повратна информација за проверу повратног ЕМФ-а. Ова метода се користи у нашем мотору и уобичајена је за дронове и друге летеће пројекте.

Зашто дронови и други мулти-коптери користе БЛДЦ моторе?

Постоји много типова летећих беспилотних летелица, од Куад хеликоптера до хеликоптера и једрилица, све има један заједнички хардвер. То су БЛДЦ мотори, али зашто? Зашто користе БЛДЦ мотор који је мало скупљи у поређењу са ДЦ моторима?

Постоји доста ваљаних разлога за то, један од главних разлога је обртни моменат који пружају ови мотори веома је висок, што је веома важно за брзо појачање / попуштање потиска за полетање или слетање дрона. Такође су ови мотори доступни и као истрошени вођице, што опет повећава потисак мотора. Још један разлог за одабрани БЛДЦ мотор је његов углађени рад без вибрација, што је врло идеално за нашу беспилотну летелицу стабилну у ваздуху.

Однос снаге и тежине БЛДЦ мотора је веома висок. Ово је веома важно јер мотори који се користе на дроновима треба да буду велике снаге (велике брзине и велики обртни моменат), али такође и да имају мању тежину. Мотор једносмерне струје који може пружити исти обртни моменат и брзину као БЛДЦ мотор биће двоструко тежи од БЛДЦ мотора.

Зашто нам је потребан ЕСЦ и која је његова функција?

Као што знамо, сваком БЛДЦ мотору је потребан некакав контролер за претварање једносмерног напона из батерије у импулсе за напајање фазних жица мотора. Овај контролер се назива ЕСЦ, што је скраћеница од Електронски регулатор брзине. Главна одговорност контролера је да напаја фазне жице БЛДЦ мотора редом тако да се мотор окреће. То се постиже сензирањем задњег ЕМФ-а са сваке жице и напајањем завојнице тачно када магнет пређе завојницу. Дакле, у ЕСЦ-у има пуно хардверског сјаја што је изван делокруга овог упутства. Али да поменемо неколико , има регулатор брзине и круг елиминатора батерије.

Контрола брзине заснована на ПВМ-у: ЕСЦ може да контролише брзину БЛДЦ мотора читањем ПВМ-сигнала који се даје на наранџастој жици. Ради веома слично серво моторима, обезбеђени ПВМ сигнал треба да има период од 20 мс, а радни циклус може да варира у зависности од брзине БЛДЦ мотора. Пошто се иста логика односи и на серво моторе за контролу положаја, можемо користити исту серво библиотеку у нашем Ардуино програму. Овде научите да користите Серво са Ардуином.

Круг елиминатора батерије (БЕЦ): Скоро сви ЕСЦ-ови долазе са кругом елиминатора батерије. Као што име сугерише, ово коло елиминише потребу за одвојеном батеријом за микроконтролер, у овом случају нам није потребно засебно напајање за напајање нашег Ардуина; сам ЕСЦ ће обезбедити регулисаних + 5В који се могу користити за напајање нашег Ардуина. Постоји много врста кола која нормално регулишу овај напон. То ће бити линеарна регулација на јефтиним ЕСЦ-има, али можете их наћи и са преклопним круговима.

Фирмваре: Сваки ЕСЦ има програм за фирмвер који су написали произвођачи. Овај фирмвер у великој мери одређује како ваш ЕСЦ реагује; неки од популарних фирмвера су традиционални, Симон-К и БЛ-Хели. Овај фирмвер се такође може програмирати помоћу корисника, али у овом упутству нећемо улазити у много тога.

Неки уобичајени изрази са БЛДЦ и ЕСЦ:

Ако сте тек почели да радите са БЛДЦ моторима, можда сте вероватно наишли на изразе попут кочења, лаганог старта, смера мотора, ниског напона, времена одзива и унапред. Погледајмо шта ови појмови значе.

Кочење: Кочење је способност вашег БЛДЦ мотора да престане да се окреће чим се гас уклони. Ова способност је веома важна за мулти-коптере јер морају чешће да мењају број обртаја да би маневрисали у ваздуху.

Меки старт: Меки старт је важна карактеристика коју треба узети у обзир када је ваш БЛДЦ мотор повезан са зупчаником. Када је мотору омогућен меки старт, неће одједном почети да се окреће врло брзо, увек ће постепено повећавати брзину без обзира на брзину гаса. То ће нам помоћи да смањимо хабање зупчаника причвршћених уз моторе (ако постоје).

Смер мотора: Смер мотора код БЛДЦ мотора обично се не мења током рада. Али приликом склапања, корисник ће можда морати да промени смер у коме се мотор окреће. Најлакши начин за промену смера мотора је једноставним међусобним мењањем било које две жице мотора.

Заустављање ниског напона: Једном калибрирани, увек ће нам требати да наши БЛДЦ мотори раде истом брзином за одређену вредност гаса. Али ово је тешко постићи, јер мотори имају тенденцију да смањују брзину за исту вредност лептира за гас док опада напон акумулатора. Да бисмо то избегли, обично програмирамо ЕСЦ да престане да ради када напон акумулатора досегне испод граничне вредности, ова функција се назива Лов Волтаге Стоп и корисна је у дроновима.

Време одзива: Способност мотора да брзо мења брзину на основу промене гаса назива се време одзива. Што је мање време одзива, то ће контрола бити боља.

Напредак: Напредак је проблем или више попут грешке код БЛДЦ мотора. Сви БЛДЦ мотори имају мало напретка у себи. Тада се намотају завојнице статора, привуче их ротор због постојаног магнета на њима. Након привлачења, ротор тежи да се помери мало напред у истом смеру пре него што се завојница деактивира, а затим следећа завојница. Овај покрет се назива „Напредак“ и створит ће проблеме попут подрхтавања, загријавања, стварања буке итд. Дакле, ово је нешто што би добар ЕСЦ требао избјегавати сам.

У реду, довољно теорије сада почнимо са хардвером повезивањем мотора са Ардуином.

Дијаграм круга управљања мотором Ардуино БЛДЦ

Испод је дијаграм кола за управљање без четкица мотором са Ардуином:

Веза за повезивање БЛДЦ мотора са Ардуином прилично је напредна. ЕСЦ-у су потребни извори напајања од око 12В и 5А. У овом упутству користио сам свој РПС као извор напајања, али такође можете користити Ли-По батерију за напајање ЕСЦ-а. Трофазне жице ЕСЦ-а требале би бити повезане са трофазним жицама мотора, не постоји налог за повезивање ових жица, можете их повезати било којим редоследом.

Упозорење: Неки ЕСЦ неће имати конекторе, у том случају се побрините да је ваша веза чврста и заштитите изложене жице помоћу изолационе траке. Будући да ће кроз фазе пролазити велика струја, сваки кратки спој довео би до трајних оштећења ЕСЦ-а и мотора.

БЕЦ (батерија Елиминатор коло) у самом ЕСЦ ће регулисати + 5В који се може користити на власт до Ардуино одбора. Коначно, за подешавање брзине БЛДЦ мотора користимо и потенциометар повезан на А0 пин Ардуино-а

Програм за БЛДЦ контролу брзине помоћу Ардуина

Морамо створити ПВМ сигнал са променљивим радним циклусом од 0% до 100% са фреквенцијом од 50Хз. Радни циклус треба контролисати помоћу потенциометра како бисмо могли да контролишемо брзину мотора. Код за то је сличан управљању серво моторима, јер им је такође потребан ПВМ сигнал са фреквенцијом од 50Хз; стога користимо исту серво библиотеку из Ардуина. Комплетан код може се наћи на дну ове странице у даљем тексту објашњавам код у малим фрагментима. А ако сте нови у Ардуину или ПВМ-у, прво прођите кроз коришћење ПВМ-а са Ардуином и контролу серво-а помоћу Ардуина.

ПВМ сигнал може се генерисати само на пиновима који хардверски подржавају ПВМ, ти пинови се обично помињу симболом ~. На Ардуино УНО, пин 9 може генерисати ПВМ сигнал, тако да повезујемо ЕСЦ сигнални пин (наранџаста жица) на пин 9, такође помињемо исти код гостионице користећи следећи ред

ЕСЦ.аттацх (9);

Морамо генерисати ПВМ сигнал променљивог радног циклуса од 0% до 100%. За 0% радног циклуса ПОТ ће дати 0В (0), а за 100% радног циклуса ПОТ ће дати 5В (1023). Овде је пот повезан на пин А0, тако да морамо очитати аналогни напон са ПОТ- а користећи аналогну функцију читања као што је приказано доле

инт тхроттле = аналогРеад (А0);

Затим морамо претворити вредност од 0 до 1023 до 0 до 180, јер ће вредност 0 генерисати 0% ПВМ, а вредност 180 100% радни циклус. Било које вредности изнад 180 неће имати смисла. Дакле, мапирамо вредност на 0-180 користећи функцију мапирања као што је приказано доле.

пригушница = мапа (пригушница, 0, 1023, 0, 180);

На крају, ову вредност морамо послати серво функцији како би могла да генерише ПВМ сигнал на том пину. Пошто смо серво објекат именовали као ЕСЦ, код ће изгледати овако доле, где променљива пригушница садржи вредност од 0-180 за контролу радног циклуса ПВМ сигнала

ЕСЦ.врите (гас);

Ардуино БЛДЦ контрола мотора

Успоставите везе у складу са шемом кола и пренесите код на Ардуино и укључите ЕСЦ. Обавезно монтирајте БЛДЦ мотор на нешто, јер ће мотор скакати унаоколо приликом окретања. Једном када се подешавање укључи, ваш ЕСЦ ће дати звук добродошлице и чуће звучни сигнал док сигнал за гас не буде унутар граничних вредности, једноставно повећавајте ПОТ са 0 В и звучни сигнал ће престати, то значи да сада пружамо ПВМ сигнал изнад вредности доњег прага и како се даље повећавате, ваш мотор ће почети полако да се окреће. Што више напона пружите, то ће мотор повећати брзину, напокон када напон достигне горњу граничну вредност, мотор ће се зауставити. Затим можете поновити поступак.

Комплетан рад овог Ардуино БЛДЦ контролера такође се може наћи на видео линку испод. Ако сте се суочили са било којим проблемом како бисте ово постигли, слободно користите одељак за коментаре или форуме за више техничке помоћи.