Správný regulátor otáček (ESC) pro RC model musí odpovídat motoru, napětí akumulátoru a skutečnému proudovému odběru pohonu. Nestačí tedy vybrat například „40A regulátor“ jen podle výkonu motoru. Je potřeba zkontrolovat maximální proud ESC, podporovaný počet článků baterie, typ a výkon BEC, způsob chlazení a případně také možnosti programování.
U modelů s více servy je stejně důležitý také BEC. Regulátor může mít dostatečnou proudovou rezervu pro motor, ale jeho vestavěný BEC nemusí zvládnout napájení přijímače, serv, podvozku nebo další elektroniky. Proto si v článku vysvětlíme ESC, BEC, UBEC i SBEC a ukážeme, podle čeho je vybírat.
Obsah článku
Co je ESC regulátor a jak funguje?
ESC (Electronic Speed Controller) je elektronický regulátor, který podle signálu z přijímače řídí chod a otáčky elektromotoru. U současných RC letadel se nejčastěji setkáme s bezkartáčovými neboli brushless motory, pro které je nutný odpovídající brushless ESC.
Pro jednoduchý příklad si představme pohon s tříčlánkovým Li-Pol akumulátorem. Plně nabitý 3S Li-Pol má napětí přibližně 12,6 V. Regulátor je zapojen mezi akumulátor, motor a přijímač a zajišťuje řízení motoru podle povelů plynu.
RC regulátor zpracovává řídicí signál z přijímače a elektronicky spíná jednotlivé fáze bezkartáčového motoru. U starších kartáčových motorů je princip řízení odlišný, protože motor má pouze dva napájecí vodiče a komutaci zajišťuje mechanicky.
Jak se ESC zapojuje?
Do běžného brushless ESC vedou dva silové vodiče od akumulátoru, tři vodiče k motoru a řídicí kabel do přijímače. Řídicí kabel zároveň u regulátoru s vestavěným BEC obvykle přivádí napájení do přijímače a serv.
U běžného bezsenzorového brushless motoru lze směr otáčení změnit prohozením libovolných dvou ze tří vodičů mezi ESC a motorem. Barvy jednotlivých fázových vodičů proto u takového systému nemusí určovat pevné pořadí. U senzorových systémů je situace jiná a je nutné dodržovat zapojení výrobce.
Většina leteckých brushless pohonů používá bezsenzorové řízení. Regulátor vyhodnocuje elektrické děje v motoru a podle nich řídí komutaci. Motor zároveň může prostřednictvím vinutí vydávat akustické signály, kterými ESC oznamuje například inicializaci, počet článků nebo programovací volby.
Na obrázku vidíme odkrytovaný ESC regulátor 70 A.
Jak silný regulátor ESC zvolit?
Údaj například 70 A označuje proudovou zatížitelnost regulátoru za podmínek stanovených výrobcem. Při výběru je proto nutné kontrolovat nejen počet ampérů, ale také maximální napětí nebo počet článků, podmínky chlazení a případné omezení krátkodobého a trvalého proudu.
Regulátor musí zvládnout skutečný maximální proud pohonu s rozumnou rezervou. Pokud například pohonná soustava při plném plynu odebírá 35 A, nemá smysl použít ESC, jehož povolený trvalý proud je nižší. Vhodná rezerva navíc snižuje riziko provozu regulátoru na jeho mezních hodnotách.
Proud motoru ale neurčuje samotný regulátor a nelze říct, že vyšší napětí automaticky vždy znamená vyšší proud. Odběr závisí na kombinaci motoru, jeho Kv, napětí, vrtule a pracovních otáček. Změna počtu článků bez odpovídající změny motoru nebo vrtule však může celý pohon výrazně více zatížit.
Proč je při výběru ESC důležitá vrtule?
Vrtule představuje pro motor mechanickou zátěž a její změna může výrazně změnit proudový odběr. Větší průměr, vyšší stoupání nebo jiný typ vrtule mohou způsobit podstatný nárůst příkonu.
U podobných vrtulí roste potřebný výkon s průměrem velmi prudce, proto i relativně malá změna průměru může znamenat výrazně vyšší zatížení motoru a ESC. Nelze proto bezpečně předpokládat, že o jeden palec větší vrtule bude pro stejný pohon automaticky v pořádku.
Po každé významnější změně vrtule je vhodné proud pohonu znovu změřit wattmetrem. Kontrolujeme přitom limit motoru, regulátoru i baterie.
Čip regulátoru zpracovává řídicí signály a výkonové tranzistory následně spínají jednotlivé fáze motoru. Při vysokém zatížení vzniká v regulátoru teplo, které musí být účinně odváděno. Proto záleží také na chladiči, proudění vzduchu a umístění ESC v modelu.
Pokud už znáte požadovaný proud a napětí pohonu, můžete podle těchto parametrů vybírat vhodný regulátor otáček.
Co znamená BEC, UBEC a SBEC?
Přijímač a serva obvykle nemůžeme napájet přímo z pohonného akumulátoru s vyšším napětím, proto potřebujeme vhodný zdroj nižšího stabilizovaného napětí. Tuto funkci může zajišťovat BEC.
BEC znamená Battery Eliminator Circuit a jeho smyslem je umožnit napájení přijímače a serv bez samostatného přijímačového akumulátoru. Například z pohonného akumulátoru vytvoří napětí vhodné pro přijímač a připojená serva.
BEC může být součástí samotného ESC nebo může být použit jako samostatné zařízení. Vestavěný BEC šetří místo, hmotnost a kabeláž. Externí BEC se používá například tehdy, když vestavěný obvod výkonově nestačí nebo když chceme napájení přijímače řešit odděleně.
Jaký je rozdíl mezi lineárním BEC a spínaným SBEC?
Lineární BEC snižuje napětí tak, že přebytečnou energii mění na teplo. Se zvyšujícím se vstupním napětím a odběrem proto roste jeho tepelné zatížení. To je důvod, proč může mít stejný lineární BEC při vyšším počtu článků menší praktickou proudovou rezervu.
SBEC je spínaný BEC, který snižuje napětí účinnějším spínaným způsobem. Díky tomu může být vhodnější pro vyšší vstupní napětí nebo větší odběr serv. Vždy je ale nutné respektovat konkrétní vstupní napětí, výstupní napětí a proudové limity výrobce.
Označení UBEC se běžně používá pro samostatný BEC modul a v praxi jde často o spínané provedení. Samotný název ale není důležitější než technické parametry – vždy kontrolujeme povolené vstupní napětí, výstupní napětí a trvalý i špičkový proud.
OPTO regulátor zpravidla nemá vestavěný BEC pro napájení přijímače. V takovém případě musí být přijímač a serva napájeny samostatným BEC nebo jiným vhodným zdrojem.
Jak zvolit výkon BEC obvodu?
BEC může pracovat na hranici svých možností, aniž by si toho pilot při běžné kontrole na stole všiml. Serva totiž nemají konstantní odběr. Proud se mění podle zatížení a výrazné špičky mohou vznikat při rozjezdu serva, prudké změně směru nebo velkém zatížení kormidla.
Proto nestačí vybírat BEC jen podle počtu serv. Záleží na jejich velikosti, typu, napětí, mechanickém zatížení a také na další elektronice napájené z přijímačové sběrnice.
Příklad 1: malý model Reactor
Pro malý model může z hlediska motoru stačit například 12A regulátor, ale jeho BEC může být rozhodujícím omezením. Pokud má BEC pouze 1 A a model používá čtyři malá serva, může být napájecí rezerva nedostatečná. Varianta regulátoru se silnějším BEC může být pro stejný motor vhodnější.
Původní praktický příklad počítal u dvoučlánkového akumulátoru s 2A BEC a až pěti mikroservy. Tento údaj ale nelze zobecnit na každou dnešní kombinaci serv a BEC – vždy je vhodné zkontrolovat doporučení výrobce konkrétního regulátoru a skutečné požadavky použitých serv.
Příklad 2: Beta 1400
U modelu Beta 1400 se čtyřmi 9g servy byl v původním příkladu použit 30A ESC s 3A BEC. Pro tuto sestavu představoval BEC dostatečné řešení a nebyl důvod nahrazovat regulátor pouze kvůli napájení serv dražším a výkonnějším typem.
Příklad 3: Phoenix 2000, Gama 2100 nebo Mustang
U modelu se šesti nebo sedmi servy, elektrickým podvozkem, osvětlením a další elektronikou už může být samostatné napájení přijímače velmi rozumné. Původní příklad uváděl Phoenix 2000, Gamu 2100 a Mustang, kde bylo opodstatněné uvažovat alespoň o 5A externím BEC.
Pokud používáme externí BEC současně s ESC, nesmíme bez ověření výrobce jednoduše spojit dva různé BEC výstupy paralelně. U běžného zapojení se vestavěné napájení z ESC odpojí vytažením nebo vhodným odpojením kladného vodiče z konektoru do přijímače; konkrétní postup je ale vhodné provést podle dokumentace daného ESC.
Alternativou je OPTO regulátor bez vestavěného BEC. To může být vhodné řešení zejména tam, kde je napájení přijímače a serv od začátku navrženo samostatně.
Orientační příklad zatížení BEC
Původní tabulka dobře ukazuje důležitý rozdíl mezi lineárním a spínaným BEC. U lineárního obvodu může s rostoucím počtem článků klesat počet serv, která lze bezpečně napájet, protože se zvyšuje množství tepla, které musí BEC odvést.
| Typ BEC | 2S | 3S | 4S | 5S | Spínaný BEC 2–4S | Spínaný BEC 5S |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Lineární BEC 5 V / 2 A | 5 mikroserv | 4 mikroserva | 3 mikroserva | 2 mikroserva | – | – |
| Spínaný BEC 5 V / 3 A | – | – | – | – | 5 mikroserv | 4 mikroserva |
Tabulku berte jako orientační příklad původní sestavy, nikoliv jako univerzální pravidlo pro všechny současné BEC a serva. Moderní digitální nebo výkonná serva mohou mít výrazně jiné proudové nároky než malá analogová mikroserva. Rozhodující jsou vždy parametry konkrétních komponentů.
Při návrhu pohonu proto předem spočítejte nejen motor a ESC, ale také počet serv a další zařízení napájená z přijímače. Poddimenzovaný BEC může způsobovat pokles napětí, reset přijímače nebo výpadky ovládání modelu.
Které funkce ESC se nastavují?
Elektronické regulátory otáček kromě samotného řízení motoru nabízejí řadu dalších funkcí. Rozsah možností závisí na konkrétním typu ESC a některé základní regulátory mají jen několik nastavení, zatímco pokročilé jednotky umožňují velmi podrobnou konfiguraci.
Kalibrace rozsahu plynu
U regulátorů, které kalibraci rozsahu plynu vyžadují, je důležité správně nastavit nulovou a maximální polohu plynu. ESC potom správně rozpozná signál odpovídající vypnutému motoru a plnému výkonu.
Postup kalibrace není univerzální. U některých ESC se používá zapnutí s plynovou pákou v horní poloze a následné přesunutí do minima, jiné regulátory mají automatickou kalibraci nebo odlišný postup. Vždy proto postupujte podle návodu konkrétního regulátoru.
Brzda vrtule
Brzda po stažení plynu zastavuje nebo brzdí motor, aby se vrtule volně neroztáčela proudícím vzduchem. Je důležitá především u sklopných vrtulí elektrovětroňů, protože bez zastavení vrtule se listy nemusí správně sklopit podél trupu.
Nastavení typu akumulátoru a ochrany proti podvybití
ESC může umožňovat nastavení typu akumulátoru, počtu článků a hranice nízkého napětí. U Li-Pol baterie je ochrana proti přílišnému vybití důležitá nejen pro samotný akumulátor, ale u leteckého modelu také kvůli zachování energie potřebné k bezpečnému ovládání a přistání.
Směr otáčení motoru
U bezsenzorového brushless motoru lze směr otáčení obvykle změnit prohozením dvou libovolných vodičů mezi ESC a motorem. Některé regulátory umožňují směr změnit také programově.
Správný směr motoru je nutné sladit s použitou vrtulí a uspořádáním modelu. U tlačného pohonu se používá vrtule určená pro odpovídající směr a způsob instalace.
Měkký a tvrdý rozběh motoru
Měkký rozběh postupně zvyšuje výkon motoru místo okamžitého prudkého roztočení. Používá se například u vrtulníků, větších vrtulí, převodových pohonů nebo všude tam, kde by prudký nástup výkonu zbytečně namáhal mechaniku.
Citlivá práce s plynem je vhodná i u regulátoru s nastaveným měkkým rozběhem. Elektronické omezení není náhradou správného ovládání modelu.
Tepelná ochrana ESC
Některé regulátory při překročení určité teploty omezí výkon nebo motor odpojí. Jde o ochranu před poškozením, nikoliv o běžný provozní režim. Pokud tepelná ochrana opakovaně zasahuje, je potřeba hledat příčinu v přetížení, chlazení nebo nevhodné kombinaci komponentů.
Časování motoru – timing
Timing neboli časování ovlivňuje způsob komutace brushless motoru a může mít vliv na otáčky, proud, výkon, účinnost i teplotu. Nevhodné nastavení může vést například ke zvýšenému odběru nebo horšímu chodu motoru.
Není vhodné nastavovat timing pouze podle jednoduchého pravidla založeného na počtu pólů. Pokud výrobce motoru nebo ESC doporučuje konkrétní rozsah, je nejlepší vycházet z jeho údajů. U běžného hobby pohonu často dobře funguje výchozí nastavení regulátoru.
Governor
Funkce governor se používá především u RC vrtulníků k udržování požadovaných otáček rotoru při změnách zatížení. U běžného letadla ji zpravidla nepotřebujeme.
Jak se ESC programuje?
Způsob programování závisí na konkrétním regulátoru. Základní ESC lze často nastavit vysílačem pomocí polohy plynu a akustických signálů, jiné používají programovací kartu, USB rozhraní, počítač nebo aplikaci.
Programování regulátoru vysílačem
Při programování vysílačem postupujeme podle sekvence pípnutí uvedené v návodu ESC a jednotlivé volby potvrzujeme polohou plynu. Funguje to bez dalšího vybavení, ale při větším množství položek může být tento způsob pomalejší a méně přehledný.
Programovací karta
Programovací karta umožňuje nastavit podporované funkce ESC podstatně přehledněji. Kartu připojíme podle návodu výrobce a jednotlivé parametry nastavíme pomocí jumperů, tlačítek nebo displeje podle konkrétního provedení.
Pokud váš regulátor podporuje samostatné programovací příslušenství, najdete jej také mezi programovacími kartami.
Na obrázku je jednoduchý typ programovací karty, u kterého se požadované funkce nastavují pomocí jumperů. Tato karta byla určena pro regulátory řady Sunrise.
Pokročilejší programátory mohou používat tlačítka, LED indikaci nebo displej a některé regulátory lze nastavovat také prostřednictvím počítače nebo mobilní aplikace.
Programovací karty a adaptéry zpravidla nejsou univerzální mezi různými výrobci a řadami regulátorů. Před koupí proto vždy ověřte kompatibilitu s konkrétním ESC. Pokud používáte více regulátorů stejné řady, může být společná programovací karta praktickou výhodou.
U některých regulátorů samostatná programovací karta vůbec není dostupná. Nastavení se potom provádí vysílačem nebo jiným rozhraním určeným výrobcem.
Co zkontrolovat před výběrem regulátoru?
Před nákupem ESC zkontrolujte především skutečný maximální proud pohonu, podporované napětí a počet článků, proudovou rezervu regulátoru a způsob jeho chlazení. Pokud ESC obsahuje BEC, ověřte také jeho výstupní napětí a proudovou zatížitelnost s ohledem na počet a typ serv.
Regulátor vybíráme jako součást celé pohonné soustavy – společně s motorem, vrtulí, akumulátorem a elektronikou modelu. Změna vrtule nebo počtu článků může výrazně změnit zatížení, takže po úpravě pohonu je vhodné proud znovu změřit wattmetrem.
U modelu s větším počtem výkonných serv věnujte BEC stejnou pozornost jako samotnému proudovému limitu ESC. Silný regulátor totiž automaticky neznamená silný BEC – jde o dva rozdílné parametry.
Zdroj původního článku: rc-zoom.cz. Odborný obsah byl redakčně aktualizován a rozšířen.
Nejčastější dotazy k výběru RC regulátoru
Jak vybrat správný regulátor otáček pro RC model?
Regulátor neboli ESC vybírejte podle typu motoru, maximálního proudu pohonu, napětí baterie a způsobu použití RC modelu. Nejdříve ověřte, zda potřebujete regulátor pro střídavý brushless, nebo stejnosměrný brushed motor. Potom zkontrolujte podporovaný počet článků baterie a proudovou zatížitelnost. Regulátor otáček by měl mít vůči skutečnému maximálnímu odběru pohonu rozumnou proudovou rezervu.
Co znamená údaj 40 A, 70 A nebo 100 A na RC regulátoru?
Hodnota v ampérech udává proudové zatížení výkonové části regulátoru, nikoliv výkon, který regulátor automaticky dodává motoru. Pokud pohon při maximálním zatížení odebírá například 35 A, není vhodné vybírat ESC pouze přesně na hranici tohoto odběru. Skutečný proud se totiž může měnit podle motoru, napětí baterie, vrtule, převodu i provozních podmínek. Výkonnější ESC tedy především poskytuje větší schopnost zvládnout proudové zatížení – samo o sobě nezpůsobí, že bude motor výkonnější.
Mohu použít regulátor s vyšším proudem, než potřebuje motor?
Ano, vyšší proudová zatížitelnost ESC zpravidla nevadí, pokud regulátor současně odpovídá typu motoru a napětí baterie. Motor si nevezme proud jen proto, že používáte například 100A regulátor místo 60A. Proud vyplývá z konkrétní pohonné sestavy a jejího zatížení. Příliš velký regulátor však může být zbytečně těžký, rozměrný a drahý, takže cílem je vhodná rezerva, nikoliv co nejvyšší číslo na ESC.
Jaký je rozdíl mezi proudem ESC a proudem BEC?
Jde o dva různé údaje, které není vhodné zaměňovat. Například označení ESC 70 A popisuje proudovou zatížitelnost výkonové části, která řídí motor. BEC je napájecí obvod pro přijímač, serva a případně další elektroniku a má vlastní výstupní napětí a proudový limit. Regulátor tak může mít například výkonovou část dimenzovanou na desítky ampérů, ale jeho BEC může poskytovat jen několik ampérů. Při použití většího počtu nebo výkonnějších RC serv je proto nutné ověřit právě parametry BEC.
Co znamená ESC s BEC, OPTO, UBEC a SBEC?
BEC slouží k vytvoření vhodného napájení pro přijímač a serva z hlavní baterie modelu. Pokud má ESC integrovaný BEC, není obvykle potřeba samostatný přijímačový akumulátor. Označení OPTO se u RC regulátorů běžně používá pro provedení bez integrovaného BEC, takže napájení přijímače a serv je potřeba řešit zvlášť. UBEC označuje samostatný napájecí/stabilizační obvod a SBEC jeho spínané provedení. Na BigHobby najdete samostatně například UBEC stabilizátory a SBEC stabilizátory.
Proč musí regulátor odpovídat počtu článků baterie?
ESC má stanovený rozsah vstupního napětí, který nesmíte překročit. U LiPo baterie má jeden článek nominálně přibližně 3,7 V a plně nabitý přibližně 4,2 V, takže například plně nabitá 3S LiPo dosahuje přibližně 12,6 V. Při výběru proto kontrolujte podporovaný počet článků nebo maximální vstupní napětí regulátoru. Současně musí zvolené napětí podporovat také motor. Použití více článků může zásadně změnit otáčky a proudové zatížení celé pohonné sestavy.
Co lze na RC regulátoru programovat?
Záleží na konkrétním ESC, ale běžně lze nastavovat například brzdu motoru, typ nebo ochranu baterie, rozběh, timing, směr otáčení či další provozní parametry. U leteckých regulátorů je brzda důležitá například pro sklopnou vrtuli větroňů, protože po vypnutí motoru pomůže zastavit její otáčení a umožnit sklopení listů. Některé ESC se nastavují pomocí vysílače a zvukových signálů, jiné pohodlněji přes programovací kartu. Karta však musí být kompatibilní s konkrétním regulátorem nebo jeho řadou – nejde o univerzální příslušenství pro všechny ESC.
Co všechno je potřeba sladit s RC regulátorem?
ESC je součást celé pohonné a napájecí soustavy, proto jej nelze vybírat izolovaně. Musí odpovídat použitému elektromotoru, napětí RC baterie a skutečnému proudovému odběru. U letadla proud výrazně ovlivňuje také použitá vrtule, u auta například převod a velikost kol. Podle typu modelu můžete vybírat také specializované regulátory pro RC auta nebo lodní regulátory. Před prvním provozem zkontrolujte zapojení, polaritu baterie, rozsah plynu a nastavení ochrany akumulátoru podle návodu konkrétního ESC.