P.B.> Регуляторы у меня автомодельные, промышленного изготовления. К самодельным регуляторам с функцией "враздрай", в силу ряда причин, отношусь скептически.
Вы просто не пробовали нормальные регуляторы с раздраем. Самодельный регулятор ни чем не отличается от заводского, он да же лучше, смотря кто его делает!
И самодельный регулятор намного больше имеет возможностей чем китайский. И потом самодельный регулятор намного надежнее.
Например у китайских регуляторов НЕТ защиты от переполюсовки. Они не дают никаких гарантий на свои изделия. У них нет защиты от воды.
Например вот ознакомтесь:
Продам регуляторы хода для судомоделей
Привет, Гость! Войдите или зарегистрируйтесь. Вы здесь » Форум Новосибирской Федерации Судомодельного Спорта » Барахолка » Продам регуляторы хода для судомоделей Теперь есть группа В контакте: Подписываемся! Отредактировано RA9UBD (2016-02-04 10:55:30) 0 Разработана новая прошивка V 6.4.5 V-Tail микшер, для моделей где есть два гребных винта, и нет руля поворота. Прошивка предназначена для моделей где нет рулят поворота, где управление осуществляется только моторами. Так же регулятор, оснащенный такой прошивкой, может использоваться на моделях с гусеничным приводом - Танки, вездеходы и т.д. // Дальше -Все радиоуправляемые автомодели с электромоторами оснащаются устройствами, позволяющими регулировать скорость перемещения вашей машинки, иначе говоря – изменяют частоту вращения вала двигателя по вашему желанию. Эти устройства называются регуляторами оборотов или регуляторами хода.
Раньше изменение оборотов электродвигателя выполнялось с помощью механического регулятора. Такие устройства имеют простую конструкцию, но «поедают» слишком много энергии батарей и, к тому же, не отличаются хорошей надежностью. Сегодня же используются прогрессивные электронные регуляторы хода, избавленными от недостатков своих предшественников.
Соответственно и регуляторы оборотов бывают «для коллекторных моторов» и «для бесколлекторных электродвигателей». Также существуют регуляторы для бессколлекторных электродвигателей, которые можно применять в работе с коллекторными моторами (но не наоборот!).
Профессиональные регуляторы хода могут иметь ряд дополнительных функций (кроме стандартного изменения оборотов вращения мотора). Это в первую очередь функция торможения (осуществляется замыканием обмоток электромотора через регулятор хода). Ряд регуляторов хода могут выполнять плавное торможение, которое снижает нагрев обмоток и нагрузки на коллектор. Также некоторые регуляторы хода реверсируют направление вращения электродвигателя, тем самым обеспечивая модель функцией заднего хода. В этом случае на мотор машинки подается не полное расчетное рабочее напряжение, так как вся мощность в данном случае не нужна.
Также ряд регуляторов оснащают так называемой ВЕС-системой (используется чаще всего на регуляторах для низковольтных электромоторов). Эта система позволяет уйти от необходимости установки на модель аккумулятора для радиоаппаратуры и управления (при наличии этой системы радиоуправление запитывается от силового аккумулятора модели).
Мощные регуляторы хода, работающие с повышенным напряжением (от 15 до 36 элементов батарей) имеют гальваническую развязку, предотвращающие попадание импульсных помех на чувствительные входные цепи радиоприемников.
Некоторые регуляторы оборотов оснащаются функцией POR (сброс при старте).
Эта функция предотвращает мгновенный набор мотором оборотов при подключении батареи (так сказать, защита от забывчивости). При наличии такой системы регулятор автоматически переводит электродвигатель в режим «Стоп» при подключении батареи. Отсутствие такой функции нередко приводило к травмам.
Полезна также и функция PCO (Power Cut Off). Она отключает электромотор от цепи при разряжении силовой батареи ниже установленного уровня. Функция PCO защищает ваш силовой аккумулятор от переразряда. Наличие такой функции крайне желательно для радиоуправляемых летающих моделей (при разряде силовой батареи вы успеете безопасно посадить свою модель до того, как у вас просто исчезнет питание).
Функция ТОР (Thermal Overload Protection) защищает силовые ключи от перегрузки по току, предотвращает тепловое разрушение полупроводников.
От перегрева регуляторы защищает функция TP (Thermal Protection). TP подразумевает наличие термодатчика, который отключает регулятор хода при перегреве.
Система RVP (Reverse Voltage Protection) предупреждает переполюсовку источника питания. Эта функция применяется не часто, так как ее наличие сильно удорожает регулятор и одновременно негативно влияет на его рабочие характеристики.
Подбирая регулятор хода для своей модели, обязательно учитывайте его рабочие характеристики. Выбранный вами регулятор должен (по паспорту) подходить к имеющемуся у вас электромотору и батареям (по типу). Часть регуляторов хода могут работать с аккумуляторами различных типов (тип используемой батареи устанавливается в настройках регулятора).
Обращайте внимание на значения максимального допустимого тока, которое регулятор может выдавать продолжительное время, а также максимальный ток, на который рассчитаны силовые ключи регулятора. Помните об «узких» местах: это проводка и плата. Они, как правило, выходят из строя в первую очередь.
Следует также учитывать и значение максимального пикового тока (возникает в мгновение старта, например). В паспорте регулятора хода указывается, с какими моторами (по количеству витков) он совместим.
Еще один важный параметр – максимальное рабочее напряжение. Нельзя подавать на регулятор напряжение, выше установленного производителем.
Для расчета потерь энергии важно также знать и внутреннее сопротивление регулятора. Конечно, такие расчеты больше нужны для профессиональных гонщиков, но помните – эта характеристика указывается в паспорте изделия и чем ее значение меньше, тем лучше.
Популярные модели регуляторов хода рассчитаны на работу с многими радиоуправляемыми моделями, поэтому производители предусматривают возможность их регулировки по определенным параметрам.
Настраивается чаще всего:
Положения джойстиков передатчика по режимам;
Подключение-отключение режимов тормоза и реверса;
Изменение частоты импульсного регулирования при работе с различными моторами;
Изменение фаз трехфазного тока относительно положения ротора.
Кроме этого, следует помнить, что существуют регуляторы хода, конкретно нацеленные на автомодели, авиамодели, модели судов. Их не рекомендуют применять для других типов радиоуправляемых моделей.
Регуляторы оборотов подключаются к силовой батарее и электромотору проводами. Для эффективной долговременной работы очень важно качество этих самых проводов.
Для токов до 20 А – 1 мм.кв.;
Для токов до 30 А – 1.5 мм.кв.;
Для токов до 50 А – 2.5 мм.кв.;
Для токов до 80 А – 4 мм.кв.
Нельзя занижать сечение проводов! Это приводит к потере мощности и отдачи, а нередко – и к пожару!
На профуровне провода между мотором и регулятором хода припаиваются. В любительских моделях эти провода часто крепятся на разъемах.
В силовые провода выключатель, чаще всего, не устанавливается. Как правило, выключатель ставится в цепи питания на приемник и сервомашинки.
Современные регуляторы хода выделяют достаточное количество тепла, поэтому их оснащают теплоотводящими радиаторами и даже кулерами для более эффективного охлаждения.
При использовании моделей, оснащенных несколькими электромоторами, устанавливают или такое же количество регуляторов хода, или один регулятор, обслуживающий несколько электромоторов. В этом случае важно помнить, что максимальный допустимый ток регулятора не должен быть больше, чем суммарный потребляемый ток всех электромоторов, подключенных к регулятору. В любом случае, необходимо ознакомиться, допускается ли такое подключение к регулятору производителем.
Регуляторы хода высокого уровня стоят значительных средств. Поэтому, при выходе регулятора из строя не спешите его выбрасывать, а обратитесь в специализированную мастерскую. Часто сломанные регуляторы можно восстановить, заменив сгоревшие компоненты.
КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ДОПОЛНИТЕЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ ДЕТЕЙ
«КРАСНОЯРСКИЙ КРАЕВОЙ ДВОРЕЦ ПИОНЕРОВ И ШКОЛЬНИКОВ»
Разработка регулятора хода для радиоуправляемых моделей
Красноярск - 2012
Введение
На моделях c электроприводом требуется управлять электромоторами - их нужно включать, менять их обороты и останавливать. Если на двигателях внутреннего сгорания для этих целей служат управляемый сервомашинкой карбюратор , то электромоторам требуется отдельное устройство, которое называется регулятором хода.
Исторически первыми появились механические регуляторы. Они представляют собой мощный реостат (переменное сопротивление), который включается последовательно с электродвигателем. Специальная рулевая машинка позволяет управлять реостатом, регулируя, таким образом, обороты двигателя. Наряду с простотой, механическим регуляторам присущи такие недостатки, как поглощение драгоценной электроэнергии на борту и превращение ее в тепло. Это тепло еще нужно отвести
в окружающую среду, что создает дополнительные проблемы. Особой надежностью эти регуляторы не отличаются, поскольку содержат скользящие контакты, через которые протекает большой ток. Сильный нагрев конструкции также не способствует
ее надежности. Сейчас механические регуляторы используются только в простейших игрушках, где мощность силового мотора невелика, а низкая цена очень важна.
На серьезные модели такие регуляторы не ставят, и мы о них больше говорить не будем.
Развитие техники полупроводниковых приборов позволило создать электронные модельные регуляторы хода без двигающихся частей, свободные от указанных выше недостатков. В них энергия поступает на мотор импульсами, и все регулировки происходят путем изменения длительности импульсов.
Помимо электронных регуляторов хода, выпускаются электронные выключатели ходовых электродвигателей. Они не регулируют мощность двигателя, а только включают и выключают его по команде с передатчика. О них мы тоже дальше говорить не будем.
В первой части данной статьи рассказано то, что вам понадобится 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.
Общие понятия и функции
Обычно, помимо управления оборотами, регуляторы предлагают много дополнительных функций. Кроме того, они имеют ряд характеристик, от которых может зависеть выбор вами той или иной модели. Поэтому для начала дадим основные определения с комментариями, чтобы вам было легче ориентироваться.
Тормоз. Для многих моделей нужно не только быстро раскрутить двигатель
на старте, но и быстро его затормозить. Это важно для автомоделей и для электролетов со складывающимся винтом. Торможение осуществляется путем замыкания обмоток двигателя через регулятор. Иногда реализуется функция "мягкого" тормоза, когда обмотки замыкаются не сразу, а небольшими импульсами. Это позволяет уменьшить нагрев регулятора и продлить жизнь коллектора электродвигателя.
Реверс. Иногда бывает полезно иметь на модели задний ход. Поэтому многие регуляторы позволяют менять направление вращения электродвигателя, подавая на него напряжение в обратной полярности. Задний ход зачастую делается не на полную мощность, так как "на всю катушку" он просто не нужен. Зато появляется возможность упростить реализацию силовых ключей заднего хода и уменьшить цену регулятора.
BEC-система (Battery Elimination Cirquit). В большинстве регуляторов
для низковольтных моторов (под батареи не более 10-15 банок) встраивают систему вторичного электропитания для приемника и сервомашинок. К управлению двигателем она отношения не имеет, но позволяет не ставить на модель два аккумулятора: один силовой, а другой для системы радиоуправления. Все питание происходит от силовых аккумуляторов, что весьма удобно.
Опторазвязка. В мощных регуляторах на повышенные напряжения - от 15 до 36 банок аккумуляторов встраивают гальваническую развязку силовых цепей от цепей приемника системы радиоуправления. Это делается для того, чтобы мощные импульсные помехи из силовой части регулятора и двигателя не попали на высокочувствительные входные цепи приемника. Естественно, в случае применения опторазвязки приемнику потребуется отдельное питание.
Защитно-сервисные функции
К функциям собственно регулирования добавляют разнообразные полезные вещи:
POR (Power on Reset). Сброс при включении. При включении бортового питания модели может так случиться (по забывчивости моделиста), что ручка управления двигателем не стоит в положении "Стоп". Тогда двигатель модели может сразу выйти на максимальные обороты. Для не готового к этому моделиста такой внезапный старт может кончиться серьезными травмами и потерей модели. Для предотвращения этого
в программу контроллера вводят функцию POR. Она работает так: при подаче питания на регулятор хода он принудительно ставит двигатель в положение "Стоп" вне зависимости от длительности управляющего импульса от приемника. После того, как моделист переведет ручку в положение "Стоп", блокировка снимается, и двигателем можно управлять, как обычно.
PCO (Power Cut Off). Функция отключения электродвигателя при падении напряжения аккумулятора ниже заданного порога. Очень полезна для летающих электромоделей с системой ВЕС. В отличие от наземных моделей, просто останавливающихся при отключении двигателя, летающую модель еще надо посадить на землю. Для этого после отключения ходового двигателя в аккумуляторе остается еще немного энергии для работы приемника и сервомашинок. Порог отключения рассчитан
на определенный вид аккумуляторов, чаще никель-кадмиевых. Если подключить литиевые, то они могут испортиться с одной зарядки. Продвинутые регуляторы позволяют настраивать порог отключения под конкретный тип аккумулятора.
TOP (Thermal Overload Protection) - защита силовых ключей от токовой перегрузки, которая может привести к тепловому разрушению MOSFET-транзисторов. Защищает также от короткого замыкания в нагрузке. Реализуется путем встраивания в силовые цепи датчика тока и программирования 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 свыше допустимого уровня. Сбрасывается при охлаждении корпуса регулятора.
RVP (Reverse Voltage Protection) - защита от переполюсовки питающего напряжения. Неизбежно усложняет и удорожает регулятор, ухудшая его параметры. Применяется редко. На большинстве хороших регуляторов хода не используется.
Обилие систем защиты в регуляторах может создать ложное представление о том, что регулятор хода нельзя спалить. Это не так. Во-первых, регуляторы редко защищают
от переполюсовки силового аккумулятора. В этом случае выгорают, как правило, все силовые ключи. В некоторых случаях защиту приходится отключать. Например,
в электровертолете. Потому что срабатывание защиты в полете сохранит регулятор,
но угробит саму модель. В-третьих, защита спасает регулятор, только если он работает
с электродвигателем, более-менее согласованным с ним по характеристикам.
Важные характеристики
У регулятора хода есть несколько важных характеристик, от которых зависят
его возможности, определяющие, с каким двигателем и аккумулятором он сможет работать вообще.
Максимальный постоянный ток. Определяет, какой максимальный ток двигателя может выдерживать регулятор длительное время.
Параметр простой лишь на первый взгляд. На английском обозначается
как Continuous Current. Путаница возникает в разном понимании термина Continuous.
Для микроэлектроники это доли секунды. Т. е. это ток, который выдерживают силовые ключи и не срабатывает защита TOP (см. выше). Совсем не означает, что такой ток выдержат провода и печатные проводники в регуляторе. Поэтому, если в характеристиках регулятора написано Continuous Current - 400А, это совсем не значит, что регулятор выдержит такой ток в течение минуты. Реальный продолжительный ток в несколько раз меньше. Многие производители указывают время продолжительности максимального тока.
Максимальный пиковый ток. Это ток, который кратковременно может выдерживать регулятор. Обычно пиковый ток в несколько раз превышает постоянный. Пиковые токи возникают во время старта, когда двигатель должен быстро развить большой вращающий момент. Например, при резком старте автомодели.
В настоящее время, чтобы облегчить жизнь потребителей, зачастую применяется альтернативная система обозначения возможностей регуляторов. Подобное можно часто встретить для автомоделей. Там для регуляторов сообщается, на сколько - витковые моторы они рассчитаны. Естественно, для моторов, в свою очередь, указывается количество витков в обмотках. Т. н. безлимитные регуляторы могут работать с любыми автомодельными электродвигателями, но не с любыми двигателями вообще!
Максимальное напряжение батареи. При большем, чем разрешено, напряжении батареи регулятор может сгореть. Часто в характеристиках обозначают не напряжение,
а число банок в батарее NiCd аккумуляторов. Умножьте эту величину на 1,2 Вольт
и получите максимальное разрешенное напряжение.
Внутреннее сопротивление. Само собой, что схемы коммутации электроэнергии, применяемые в регуляторах, вносят определенные потери энергии, за счет внутреннего сопротивления ключей. Поэтому все регуляторы имеют такую характеристику,
как внутреннее сопротивление. Хоть внутреннее сопротивление регулятора и невелико (0,0006 Ом у чемпионатных регуляторов), вносимые потери могут сыграть большую роль, когда дело дойдет до серьезных соревнований.
Кстати, у реверсивных регуляторов внутреннее сопротивление обычно больше, чем у аналогичных моделей без реверса. Это происходит из-за особенностей построения схем коммутации электродвигателя. Какой из этого можно сделать практический вывод? Да очень простой. Если вы собираетесь серьезно кататься на автомодели, и потом выступать в соревнованиях, вам лучше сразу учиться на регуляторе без реверса. Хотя поначалу без заднего хода ездить неудобно.
Частота импульсов регулятора. Оптимальная частота регулирования зависит
от параметров используемого электродвигателя. Если частота много выше оптимальной
- растут потери на коммутацию ключей в регуляторе. Эти потери связаны с тем, что даже самый быстрый ключ не открывается и не закрывается мгновенно. В то время, когда
он переходит из одного состояния в другое, на нем теряется энергия. Если же частота много ниже оптимальной - растут индуктивные потери в моторе.
В регуляторах хода бесколлекторных двигателей еще больше вариантов параметров. Поэтому при подборе регулятора к двигателю лучше просто ориентироваться на рекомендации производителя.
Настройка регуляторов хода
Производители регуляторов хода стараются сделать свои изделия совместимыми
с широкой номенклатурой двигателей и передатчиков радиоуправления. Поэтому
они вводят в них много параметров, настраиваемых пользователем.
В первую очередь, настраиваются положения джойстиков передатчика, соответствующие режимам "нейтраль", "тормоз", "максимальный газ", "реверс". Такие режимы, как "тормоз" и "реверс", могут отключаться. Настройка крайних значений обеспечивает уверенную работу регулятора с передатчиками, у которых могут существенно отличаться значения продолжительности канального импульса в крайних положениях джойстика. В некоторых регуляторах настраивается величина мертвой зоны
в положении "нейтраль". Последовательность операций по настройке различная у разных производителей. Здесь надо следовать указаниям инструкции. В качестве команд настройки используются кнопки на корпусе регулятора, либо те или иные положения джойстика. Некоторые регуляторы переходят в режим настройки при подключении или съеме перемычки - джампера, как в компьютере. В качестве индикатора настраиваемых режимов служат светодиоды на корпусе регулятора. В последнее время многие регуляторы используют звуковую индикацию режимов настройки. При этом в качестве пищалки работают обмотки подключенного двигателя.
Некоторые регуляторы позволяют изменять частоту импульсного регулирования при работе регулятора с разными двигателями. Причем частота может определяться отдельно для прямого хода и для торможения. В некоторых приложениях могут отключаться при программировании системы защиты, например, в электровертолете.
В продвинутых регуляторах хода бессенсорных двигателей есть возможность изменения сдвига фаз (Timing) трехфазного тока относительно положения ротора.
Это связано с особенностью работы бессенсорных регуляторов, у которых режимы наибольшей мощности и наивысшего КПД не совпадают. В этом случае пользователь может выбрать то, что для его модели важнее.
Поскольку мир моделизма разнообразен, выпускаются специализированные регуляторы, скажем, для автомоделей, судомоделей, самолетов и вертолетов . В этих моделях набор реализуемых функций разнообразен. Чтобы не расширять необоснованно номенклатуру регуляторов хода, некоторые 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 гораздо важнее регулировать не мощность, а обороты двигателя.
В этом случае при изменении нагрузки и постепенной разрядке аккумулятора
все настройки системы управления сохраняют свою эффективность. В регуляторы хода коллекторных двигателей для обратной связи добавляют датчик Холла и магнитик
на роторе вертолета. Регуляторы хода бесколлекторных двигателей имеют информацию об оборотах уже внутри и дополнительных датчиков не требуют. Многофункциональные регуляторы при настройке переводятся в вертолетный режим, после чего
они стабилизируют и регулируют не мощность, а обороты двигателя.
Особенности подключения регуляторов хода
Регулятор хода соединяется проводами с аккумулятором и электродвигателем. Эти провода - важный элемент в силовой установке. Для правильной ее работы необходимо соблюдать некоторые рекомендации. В качестве соединительных проводов используется медный гибкий многожильный провод. Провода не электротехнические , а специальные -
с очень большим количеством очень тонких жил. Такие провода, помимо электромоделей, широко используются для подключения акустических систем большой мощности звуковой аппаратуры класса Hi-End, и их можно найти в серьезных магазинах аудиотехники. Наиболее 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. Использование меньшего сечения на большие токи чревато как минимум снижением КПД мотоустановки, как максимум - аварией с пожаром. Наоборот - допустимо, но необоснованно завышается вес.
Длина проводов от регулятора до двигателя делается как можно меньше. Дело
в том, что по этим проводам коммутируются большие токи сравнительно высокой частоты. Компоненты их спектра могут попасть в радиоканал аппаратуры управления
в виде помех, спровоцировав отказ системы управления.
Конденсаторы. Для уменьшения широкополосных помех, генерируемых щеточно-коллекторым узлом, используется его шунтирование керамическими
или тонкопленочными конденсаторами. Один конденсатор включается между щетками, два других - между каждой щеткой и корпусом двигателя. Емкость конденсатора подбирается компромиссным путем. Дело в том, что конденсаторы большей емкости лучше подавят помехи. Но при увеличении их емкости растут коммутационные потери
на ключах регулятора хода. Поэтому из благих пожеланий уменьшить помехи не надо увеличивать емкость блокирующих конденсаторов! Так можно резко снизить КПД,
а то и спалить регулятор хода. А вот длину проводов надо минимизировать, потому как,
в сущности, это антенны, излучающие помехи. Кстати, при проверке дальности работы аппаратуры радиоуправления, силовой мотор должен работать на 50% газа. Уровень помех при этом максимальный. Провода от аккумулятора до регулятора хода тоже
не должны быть слишком длинными, но по другой причине. Если длинные провода
от регулятора до электродвигателя создают радиопомехи, то слишком длинные провода
от аккумулятора до регулятора создают угрозу для целостности самого регулятора хода.
Вход регулятора всегда шунтируют электролитические конденсаторы большой емкости, демпфирующие броски тока. Тем не менее, производители ограничивают максимально допустимую длину и этих проводов. Если же провода по конструкции модели должны быть длиннее, то в промежутке между регулятором и аккумулятором впаиваются дополнительные электролитические конденсаторы, шунтирующие провода питания. В некоторых случаях для снижения потерь энергии на аккумуляторе полезно добавить такие конденсаторы и с короткими проводами. Радикально это не улучшит работу силовой установки, но несколько процентов энергии за одну гонку прибавит. Поклонники отечественной элементной базы должны учитывать, что зарубежные электролитические конденсаторы обладают намного меньшей инерционностью, чем наши. Если уж хочется сэкономить, то припаяйте параллельно нашему электролиту пленочный конденсатор. Хотя такая замена неравноценна установке специальных импульсных конденсаторов. Бывает, что от механических вибраций шунтирующие вход конденсаторы отламывают свои выводы "под корешок". При замене их на отечественные надо учитывать приведенные выше соображения.
Разъемы. Между регулятором и двигателем провода, как правило, припаиваются,
за исключением случаев, когда в конструкции двигателя или регулятора уже заложены разъемы. Между регулятором хода и аккумулятором приходится ставить разъем, потому что аккумулятор на модели меняется как топливо - от старта к старту
на свежезаряженный. Здесь надо применять только специальные модельные разъемы,
как правило, в позолоченном исполнении. Обычные электро - или радиотехнические разъемы не рассчитаны на такие огромные токи, какие стали нормой в моделизме. Стык двухполюсный, и обязательно должен иметь механическую защиту от переполюсовки. Помните, регуляторы хода чаще всего не имеют защиты от переполюсовки. Как уже говорилось, практика показывает, что половина сгоревших регуляторов выходят из строя по этой причине. При использовании специальных отдельных разъемов типа гнездо - штекер, защиту делают так: плюс от аккумулятора распаивают на штекер, а минус -
на гнездо. У регулятора хода наоборот. В этом случае защита будет обеспечена.
Выключатель. В силовых проводах обычно не делают выключателей.
Все регуляторы хода рассчитаны на длительное подключение силовой части
при обесточенной сигнальной. Во многих регуляторах с ВЕС имеется отдельный выключатель, который подает питание на приемник и сервомашинки. В выключенном режиме ключи регулятора хода не разряжают (практически) силовой аккумулятор.
Теплоотвод. Несмотря на высокий КПД современных регуляторов хода, на них
все же выделяется заметное количество тепла, которое нужно отвести. Для облегчения этой задачи некоторые регуляторы имеет небольшие пластинчатые радиаторы. Размещение регулятора хода на модели должно обеспечивать обдув его корпуса набегающим потоком воздуха. Это правило часто вступает в противоречие
с необходимостью защиты регулятора от влаги и грязи на авто - и судомоделях,
где их заворачивают в герметичную оболочку. Для разрешения этой проблемы лучше всего брать регуляторы, рассчитанные на меньшее количество витков, а лучше - безлимитные. Их КПД гораздо выше и они рассеивают меньше тепла. Можно, конечно,
не обращать внимания на все вышесказанное, и лепить соединения, как вздумается.
Многомоторные модели
На моделях с электроприводом гораздо чаще, чем у моделей с ДВС, используются многомоторные силовые установки. Это связано с тем, что электродвигатель, как объект управления, гораздо ближе к идеалу силового привода, чем ДВС. В многомоторных моделях, где необходимо раздельно управлять мощностью двигателей, на каждый из них ставится свой регулятор хода. Но так бывает не у всех моделей. Во многих случаях многомоторность есть дань копийности, либо стремление получить очень большую мощность, которая не может быть обеспечена имеющимися электродвигателями
в одиночном варианте. В этом случае для коллекторных моторов совсем не обязательно использовать по отдельному регулятору хода. Вполне допустимо к одному регулятору подключать и несколько электродвигателей. При этом максимально допустимый продолжительный ток регулятора должен превышать 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 понимать?
Представьте автомодель, на которой каждое колесо ведущего моста приводится
от своего электродвигателя, которые соединены параллельно и подключены к одному регулятору хода. На частичных режимах (неполного газа) выходные мощности и моменты обоих двигателей зависят друг от друга. К примеру, если момент одного из колес уменьшится, - колесо забуксовало, то крутящий момент его электродвигателя также уменьшится, а у другого двигателя - увеличится. Получается автобалансировка
по мощности и моменту, аналогичная по сути работе дифференциала повышенного трения - Торсен. Как правило, такое свойство параллельного соединения очень полезно для моделей. На максимальном газу, к сожалению, автобалансировка почти не работает.
При последовательном присоединении моторов к одному регулятору хода
их крутящие моменты примерно равны и слабо зависят от степени нагруженности.
При буксовании одного из колес на неполном газу, момент другого, более нагруженного, двигателя даже несколько уменьшится. Такая зависимость крайне невыгодна
для управляемости модели. Поэтому последовательное соединение на практике почти
не используется.
А что же с бесколлекторными двигателями? Для бесколлекторников с датчиками, безусловно, необходимо ставить на каждый двигатель по своему регулятору хода.
Для бессенсорных возможно (при определенных условиях) к одному регулятору подключать два двигателя. Главное условие - это благоприятный запуск двигателей, который обеспечивается малым необходимым моментом при пуске двигателей. Многие производители регуляторов хода считают такой режим нештатным, и не дают гарантии
на качественную работу их изделий с двумя бесколлекторниками одновременно. Тем
не менее, практика показывает вполне успешное использование одного регулятора
с двумя двигателями на модели самолета. Теоретически возможный сбой при пуске
на практике автором ни разу не наблюдался.
Недопустимо использовать с одним регулятором хода два бесколлекторных двигателя, если их валы жестко связаны друг с другом. К примеру, при работе через шестеренчатый редуктор на общий гребной вал.
Конструктивное исполнение регуляторов хода
Все многообразие конструкции регуляторов хода сейчас выродилось в два типа - регуляторы хода для низковольтных авто - и судомоделей делаются на одной печатной плате, помещенной в полистироловую коробочку с радиатором, или без.
Остальные типы регуляторов исполнены на одной или 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 может быть собрано разное количество плат с ключами. Соответственно, разным будет и допустимый ток.
Регуляторы хода могут быть конструктивно объединены на одной плате с другой бортовой электроникой.
Принцип действия регуляторов хода
Регулятор хода включается между аккумулятором и силовым электродвигателем. Управление регулятором осуществляет канальный импульс с приемника аппаратуры радиоуправления. Напомним его параметры: период - 20 мс, длительность изменяется
от 1 до 2 мс. В простейшем случае в задачу регулятора входит регулирование потока мощности от аккумулятора к двигателю. При длительности канального импульса 1 мс - двигатель выключен, при 2 мс - двигатель развивает максимальную мощность.
В промежутке мощность плавно изменяется.
Прежде чем перейти к структурной схеме регулятора хода, отметим, что сейчас выпускаются исключительно импульсные регуляторы с широтно-импульсным регулированием. Другие варианты регулирования морально устарели и в наше время
в моделизме не используются. Поэтому мы о них говорить не будем. Силовые электродвигатели бывают с коллектором и без. Соответственно, регуляторы хода можно разделить на два типа - для коллекторных двигателей и для бесколлекторных двигателей. Некоторые из регуляторов второго типа могут работать и с коллекторными моторами.
Но не наоборот. Руководствуясь принципом от простого к сложному, мы расскажем вначале о работе простейшего регулятора коллекторного электродвигателя. Вот типовая структурная схема его включения:
Рис. 1. Структурная схема нереверсивного регулятора хода
Г - управляющий генератор;
К - силовой ключ;
М - электродвигатель;
А - аккумулятор.
Канальный импульс поступает на управляемый генератор импульсов Г. Частота импульсов постоянна, а вот их длительность зависит от длительности входного канального импульса таким образом:
При длительности выходного импульса 0% - на выходе генератора их просто нет - там низкий уровень управляющего ключом сигнала. Ключ К - закрыт, ток через двигатель М не течет.
При длительности выходного импульса 100% от периода на выходе генератора тоже импульсов нет, но уровень управляющего ключом сигнала высокий. Ключ
К - открыт и все напряжение от аккумулятора А приложено к двигателю М. Он развивает при этом максимальную мощность.
При промежуточном значении длительности канального импульса на выходе генератора присутствуют импульсы длительностью, определяемой по выше приведенному графику. Скажем, при канальном импульсе 1,5 мс на выходе генератора присутствуют импульсы, длительность которых составляет половину периода. Соответственно, ключ
К половину периода открыт, половину - закрыт. Напряжение в т. 1 повторяет эту форму. Двигатель состоит из магнитного статора и ротора - в простейшем случае проволочной рамки, по которой течет ток. Магнитное поле статора взаимодействует с магнитным полем рамки так, что на нее начинает действовать сила Лоренца, пропорциональная согласно одноименного закона току в рамке. То есть момент ротора пропорционален току, а не напряжению. Обратим внимание, что рамка на магнитном сердечнике ротора обладает заметной индуктивностью L и сопротивлением R. Вспомним также,
что коллекторная машина постоянного тока обратима. Если подать на нее напряжение - она работает как двигатель. Если же, наоборот, к ней подключить нагрузку и начать вращать ее ротор, то машина станет генератором, а в нагрузку потечет ток. Так вот, даже когда машина работает как двигатель, в обмотках ее ротора появляется напряжение
Е, пропорциональное оборотам ротора.
Ток течет против направления напряжения, наведенного в обмотках - это и есть полезная работа тока по вращению ротора. На сопротивлении часть энергии тока превращается в тепло - эта часть вредная, снижающая КПД двигателя. На индуктивности часть энергии запасается в магнитном поле катушки. Источником энергии для всех трех компонент здесь является аккумулятор.
Когда ключ закрывается, ток не прекращает свое движение.
Как видно, ток через двигатель продолжает течь в прежнем направлении. Источником энергии для него служит магнитное поле индуктивности, а диод - замыкает цепь в паузе, когда ключ К закрыт.
Поскольку вращающий момент ротора создает ток, а не напряжение на роторе, понятно, почему при импульсном питании двигателя двигатель не дрожит. Чтобы индуктивность могла запасать энергию и отдавать ее, ток через нее должен соответственно возрастать и убывать. Для уменьшения пульсаций тока индуктивность должна быть больше (больше суммарная запасенная энергия), а период импульсов меньше - меньше порции энергии, перекачиваемой туда - сюда. Так мы пришли к важнейшему принципу определения необходимой частоты работы регулятора хода. Она должна быть тем больше, чем меньше индуктивность обмоток ротора и больше мощность мотора.
Если частота генератора будет ниже оптимальной, энергии, запасенной
в индуктивности обмоток двигателя в течение импульса, не будет хватать
для сглаживания пульсаций тока в паузе между импульсами. Появится заметное дрожание ротора. Но это не страшно. Плохо другое: уменьшится мощность двигателя, поскольку полезную работу совершает только 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
Управляемый генератор Г во всех без исключения современных регуляторах хода делается на программируемом микроконтроллере. Характеристика зависимости длительности импульсов управления ключом от длительности входного канального импульса формируется программным путем. В качестве коммутирующего силового ключа в регуляторах хода используются исключительно полевые транзисторы с изолированным затвором и каналом вертикальной структуры (MOSFET). Они характеризуются низким сопротивлением в открытом состоянии и высоким быстродействием. В маломощных регуляторах хода может стоять один транзистор. Однако, как правило, для снижения сопротивления в открытом состоянии и увеличения максимального коммутируемого тока в параллель ставится много таких транзисторов - до 16 штук. Чаще всего используются
n-канальные транзисторы, поскольку они при равной с p-канальными стоимости имеют меньшее сопротивление в открытом состоянии и больший максимально допустимый ток. В обычных регуляторах используются транзисторы в корпусах ТО-220. В особо миниатюрных, а также регуляторах мощных бесколлекторных двигателей - в корпусе
SO-8.
Рис 2. Структурная схема нереверсивного регулятора
хода с функцией торможения
В регуляторах хода, реализующих функцию торможения, помимо ключа, дозирующего подачу энергии на двигатель от аккумулятора, ставится еще один ключ, параллельно двигателю:
Алгоритм функционирования тормозов такой: когда управляющий канальный импульс находится в положении "Стоп" ключ К закрыт, а ключ К2 открыт. Мы помним, что при вращении ротора коллекторной машины постоянного тока она работает как генератор. Поэтому, если попытаться покрутить ротор двигателя, то вырабатываемая
им энергия потечет через ключ К2. Ротор проворачиваться будет, но с заметным усилием, тем большим, чем больше скорость раскрутки ротора. При переводе джойстика передатчика в положение "Ход" начинает работу генератор импульсов регулируемой длительности, открывающий ключ К. Ключ К2 при этом закрывается. Двигатель начинает раскручиваться. Если после этого джойстик передатчика перевести снова в положение "Стоп", то ключ К закрывается, а ключ К2 открывается. Вырабатываемая энергия течет через открытый ключ К2 и превращается в тепло как на сопротивлении ключа,
так и на сопротивлении обмоток самого двигателя. Кинетическая энергия ротора быстро перекачивается в тепловую. Поскольку сопротивление ключей маленькое, токи торможения получаются очень большими. На мощных регуляторах, чтобы не допустить перегрузки ключей и двигателя торможение делают не сразу резким, а плавным. Для этого в начале торможения ключ К2 управляется также от генератора импульсов переменной длительности. В низковольтных регуляторах хода в качестве тормозящих ключей чаще используют p-канальные MOSFET-транзисторы, потому что ими проще управлять. При использовании n-канального транзистора для управления делают схему смещения потенциала или ставят специальную микросхему - драйвер ключа. Наряду
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 внутри встроенный интегральный диод, который с успехом справляется. Тормозной ключ также выполняют из нескольких транзисторов, соединенных в параллель. Как правило, их меньше, чем
в ключе К. Для гоночных автомоделей некоторые производители встраивают в регулятор хода имитацию ABS-тормозов больших автомобилей. Заключается она в прерывистом торможении. Имитацией потому, что никакого слежения за вращением колес здесь нет.
Ее эффективность эквивалентна случаю, когда мы, едучи в настоящем автомобиле
по скользкой дороге, прерывисто тормозим. Иногда это выручает. Но это не настоящая ABS.
Реверс. Реверсивные регуляторы хода (нереверсивные регуляторы называют еще прямоходными) устроены так:
Рис. 3. Структурная схема реверсивного регулятора хода
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
Как правило, в верхних плечах моста используются p-канальные транзисторы,
а в нижних n-канальные. К1 либо К2 открыт в течение всего времени вращения двигателя в одном направлении. К3 либо К4 открывается импульсным сигналом регулируемой длительности, который плавно изменяет подаваемую на двигатель мощность.
Из соображений экономии, как правило, реверсивные регуляторы делают несимметричными. В плечах моста для прямого хода К1 и К3 ставят в параллель гораздо больше транзисторов, чем в плечах К2 и К4 обратного хода. Чтобы регулятор при этом
не сгорел от перегрузки при длительном реверсе, в некоторых регуляторах вводят автоматическое ограничение времени реверса.
Из схемы включения видно, что при равном количестве ключей в каждом плече, прямоходный регулятор обладает вдвое меньшим внутренним сопротивлением, чем реверсивный, хотя заметно дешевле его, так как использует почти вчетверо меньше дорогих MOSFET-транзисторов. Таким образом, не стоит применять реверсивные регуляторы там, где они не очень нужны.
В отличие от редких случаев успешной самодельной аппаратуры радиоуправления, самодельные регуляторы хода гораздо более распространены. Особенно для обычных коллекторных двигателей. Это изделие принадлежит к той категории электроприборов, которые, будучи грамотно спроектированы и без ошибок смонтированы из заведомо годных деталей, не требуют настройки и регулировки, а работают сразу. Поэтому рассмотрим процесс изготовления регулятора хода среднего уровня сложности.
Схема регулятора хода приведена на рис. 6. Здесь ждущий мультивибратор
и временной дискриминатор выполнены всего на одной микросхеме DD1. Удлинители импульсов реализованы на компараторах DA1.1 и DA1.2. Элементы
DA1.3 и DA1.4 выполняют функции инверторов. Использование полевых транзисторов
в мостовой схеме управления двигателем существенно повышает КПД выходного каскада.
Комплементарий" href="/text/category/komplementarij/" rel="bookmark">комплементарных пар, ориентируясь на имеющееся напряжение питания и мощность исполнительного двигателя. Печатная плата приведена на рис. 7.
Конденсаторы С2, С4 и С5 должны быть пленочными
(К73-17). Подстроечный резистор R10 - типа СПЗ-19 или аналогичный по размерам импортный прямоугольной формы. Стабилизатор DA2 - малогабаритный 1170ЕН5 или
его импортный аналог.
https://pandia.ru/text/78/176/images/image008_27.jpg" width="622" height="222 id=">
DA1, DA2 – NE555, DA3 – L7805L
Рис. 8. Принципиальная электрическая схема устройства
для проверки регуляторов хода
Выход схемы подключается непосредственно к входу настраиваемого регулятора хода. Предварительно потенциометром R8 устанавливается требуемая амплитуда выходных импульсов (3 или 5В в зависимости от варианта настраиваемого устройства).
Вариант трассировки печатной платы приведен на рисунке 9.
Рис. 9. Печатная плата устройства для проверки регуляторов хода
Сегодня рассмотрим самодельный , он предназначен для судомоделей класса копии.
Регуляторы такого типа фабричного производства, лично я, пока не встречал. В сети попадалось несколько схем на подобные устройства, но были слишком сложные или же печатные платы к ним были очень сложны в изготовлении. Так же надо было самостоятельно разбираться в программировании для прошивок. Сейчас некоторые моменты не помню, но возпроизвести предлагаемые регуляторы как-то не сложилось. Несколько лет назад, в Сети, я познакомился с человеком, профессионально разбирающимся в электронике и понимающим специфику судомоделей. По моей просьбе он разработал довольно не сложный и не очень дорогой в производстве регулятор хода для моделей с раздраем .
Устройство собрано на микроконтроллере PIC16F628a, управляющие ключи выполнены на полевых транзисторах IRF7416 и IRF7413 в корпусе SO-8. Этот регулятор имеет функцию калибровки под любую радиоаппаратуру и отсечки для Li-PO аккумуляторов. Размеры регулятора 71х22х15мм, рабочее напряжение устройства 7-12вольт, максимальный ток 6А на один мотор, что вполне достаточно дня небольших судомоделей из пластмассы, например класса F4A или F4C.
Если Вам необходимы более высокие максимальные значения по току, то имеется возможность установить в H-мосты более мощные транзисторы. Схема такого регулятора и печатная плата под него тоже разрабатывалась. Этот регулятор хода не имеет защиты от переполюсовки и перенапряжения. Будьте очень внимательны при его подключении. Данное устройство собиралось личной мной и проверялось на модели фирмы Revell Schnellboot S-100 в масштабе 1:72. Вот так выглядит регулятор, установленный в модель этого катера.
Вы можете посмотреть видео в HD качестве, как ведет себя модель на воде оборудованная данным устройством.
Если Вы заинтересовались регулятором хода для моделей с раздраем , то по вопросам его приобретения или приобретения документации и прошивки к нему, обращайтесь к разработчику Сергею aka RA9UBD по e-mail: [email protected]
