[Elettronica]ESC: Electronic Speed Controller


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Gli ESC (Electronic Speed Controller), o variatori di velocità, sono quei circuiti che vengono inseriti tra la batterie ed il motore ed hanno il compito di misurare l’energia che arriva a quest’ultimo, gestendone il numero dei giri al minuto. Ovviamente l’ESC, per poter gestire il numero dei giri del motore, dovrà essere collegato, nel caso di mezzi terrestri, aerei ed elicotteri, alla ricevente del telecomando; nel caso venga installato sui multirotori, dovrà essere collegato alla “flight control board” e quest’ultima, a sua volta, sarà collegata alla ricevente della radio. Oltre a gestire la variazione dei giri del motore (per mezzo dei comandi che si impartiscono tramite il radiocomando), è in grado di alimentare il resto dell’elettronica, presente nei modelli, grazie ad un circuito interno che prende il nome di BEC (battery eliminator circuit). Quest’ultimo ha il compito di abbassare a 6 volt la tensione che arriva dalla batteria e, grazie a questo “escamotage elettronico”, è in grado di alimentare i servi e la ricevente presenti sul modello. Se si acquista un ESC sprovvisto di BEC, per poter alimentare l’elettronica di bordo si potrà optare per le seguenti soluzioni:

-installare sul modello un secondo pacco batterie da 6 Volt (o con il voltaggio richiesto) e collegarlo direttamente alla presa BATT della nostra ricevente.

-installare sul modello sempre un secondo pacco batterie da 6 Volt (o con il voltaggio richiesto) e collegarlo ad un BEC esterno e poi collegare quest’ultimo alla presa BATT della nostra ricevente. Perchè collegare un BEC in questo caso? Perchè la tensione del pacco batterie varia di continuo in relazione all’uso dei servi, mentre, installando il BEC, questo garantirà all’elettronica sempre la medesima tensione a tutto vantaggio della reattività di quest’ultima e dei servi. Quest’opzione è sicuramente da preferirsi alla prima.

-dotarsi di un BEC esterno e collegarlo alla presa BATT della ricevente ed alimentarlo direttamente con il pacco batteria del motore, sia per un risparmio di peso, sia per la semplicità dei collegamenti; questa è sicuramente le migliore delle tre opzioni.

Esistono due tipi di BEC: Lineari e Switching.

I BEC lineari prendono la corrente in ingresso proveniente dalla batteria e l’abbassano fino alla tensione necessaria, trasformando i volt in eccesso in calore; ragion per cui tendono a scaldare molto e ad essere poco efficienti e affidabili. Sono consigliati con l’utilizzo di batterie che non superino gli 11,1 Volt (3S). Con batterie da 11,1 Volt (3S) e voltaggi superiori è indicato l’utilizzo di BEC Switching i quali, essendo indipendenti dalla corrente in ingresso, possono prendere solo alcune porzioni di quest’ultima per arrivare alla tensione d’uscita richiesta. Questa tipologia di BEC, oltre a lavorare a temperature decisamente più basse rispetto ai BEC lineari, risulta essere più efficiente, affidabile e consuma meno corrente. Di contro è un sistema che può generare delle frequenze in grado di disturbare la nostra ricevente ed è per questo che è consigliabile installarlo a 7-10 centimetri di distanza da quest’utima. Qualora si decida di non usare il BEC integrato al nostro ESC e di usare uno dei due BEC sopra descritti, bisognerà avere l’accortezza di escludere quello integrato all’ESC; per far ciò sarà necessario rimuovere dalla spinetta del regolatore, che va alla ricevente, il filo positivo e lasciare il nero (massa) e quello del segnale.

Tornando agli ESC, ne esistono di due tipologie: quelli nati per i motori Brushed ovvero per i motori a spazzola e quelli nati per gestire i più moderni e performanti motori Brushless.

Gli ESC dedicati ai motori Brushed sono regolatori semplici, il cui costo è molto contenuto e le regolazioni su cui è possibile intervenire possono essere contate sulle dita di una mano. Pur non essendo nati per essere collegati alle batterie Li-Po, è comunqie possibile utilizzarli anche con quest’ultime. Non essendo dotati del sistema di protezione Cutt-off, che ha il compito di tagliare la tensione quando le singole celle scendono sotto i 3,2 Volt, sarà necessario installare sulla batteria Li-Po un Cell Checker, il quale ci avviserà, per mezzo di un segnale acustico, che le celle della batteria hanno raggiunto il voltaggio minimo sotto cui non bisognerà scendere. Questo tipo di dispositivi ha un costo di pochi euro, un peso contenuto e sono facilissimi da settare per le nostre esigenze; va ricordato che non hanno il sistema Cutt-off, ma sono solo avvisatori acustici.

Gli ESC ed i motori Brushed trovano ancora oggi largo utilizzo sui modelli r/c come: carri armati, camion, kit entry level, scaler e crawler.

Gli ESC dedicati ai motori Brushless sono completamente elettronici e possono essere programmati tramite un pc o una programming card (scheda di programmazione) data a corredo insieme all’ECS stesso o acquistata separatamente. In questo modo potremo aggiornare il software interno del regolatore (firmware) ed effettuare i vari settaggi.

Sono regolatori nati per gestire l’enorme richiesta di corrente che i motori Brushless chiedono alle sempre più potenti batterie Li-Po. E’ per questo che la loro scheda di alimentazione è dotata di un sistema che favorisce la conduzione del calore dall’interno verso l’esterno per mezzo di un dissipatore (generalmente realizzato in alluminio); come se ciò non bastasse, in genere sono dotati anche di una ventola di raffreddamento. Tali accorgimenti permettono all’ESC di lavorare a temperature ottimali e ne garantiscono un rendimento costante nel tempo. Come già scritto, sono completamente programmabili e offrono la possibilità di impostare numerosi parametri tra cui:

  • il “Running Mode”, il quale potrà essere impostato solo marcia avanti e freno – marcia avanti, marcia indietro e freno – marcia avanti e marcia indietro senza freno.
  • il “Drag Brake Force”: serve a grosse linee a simulare l’effetto frenante di un motore classico quando portiamo lo stick della radio nella sua posizione neutra
  • il “DDRS” Start Mode: regola a grosse linee se il nostro motore in partenza sarà più o meno aggressivo
  • il “Maximum Brake Force”: regola la forza frenante
  • il “Maximum Reverse Force”: regola la velocità della marcia indietro.

E’ poi possibile impostare a quante S faremo lavorare il nostro motore, invertire, al bisogno, il senso di rotazione di quest’ultimo, modificare il Timing ossia l’anticipo elettrico del motore stesso e tanto altro ancora. Tra gli numerevoli settaggi, i quali, per ovvi motivi, sono impossibili da elencare e spiegare tutti, merita però particolare attenzione il Cutt-off. Come già scritto, una cella è completamente carica quando il suo voltaggio massimo è di 4,2 Volt; quando invece è completamente scarica il suo voltaggio è pari a 2,7 Volt. Sotto tale voltaggio la cella tende a gonfiarsi e a danneggiarsi seriamente fino a diventare inservibile ed anche pericolosa. E’ buona norma, quindi, onde evitare di rovinare la batteria, che non si superino mai i 4,2 Volt per cella nella fase di carica e che non si scenda mai sotto i 3,2 Volt per cella quando si scarica. Per rispettare il giusto voltaggio di carica si rende indispensapile l’utilizzo di un caricabatterie che carichi in maniera bilanciata; per rispettare il voltaggio di scarica ci dobbiamo affidare invece proprio al sistema Cut-off del nostro ESC, il quale, quando una cella scende sotto il valore di guardia da noi impostato, per esempio 3,2 Volt, toglie l’alimentazione al motore preservando la vita della nostra batteria. Il nostro ESC andrà scelto sempre in base alle esigenze del motore che gli andremo a collegare; se un motore ha bisogno di 60 Ampere continui, il nostro ESC non dovrà erogarne di meno, pena la “cottura” precoce del nostro regolatore. E’ buona norma optare sempre per un regolatore che sia in grado di erogare più corrente di quanta richiesta dal nostro motore. In primis perchè saremo sicuri di non mandarlo in crisi e di non spingerlo sempre al limite delle prestazioni, e poi, qualora si voglia effettuare un upgrade del motore, non dovremo sostituire anche l’ESC; a questo si aggiunga anche il fatto che “teoricamente” il ciclo vitale di un motore è inferiore a quello di un ESC, quindi optare fin da subito per un’elettronica di ottima qualità, fa sì che avremo per qualche anno un “buon amico” montato sui nostri modelli. Come per le batterie, i servi, etc., anche gli ESC hanno i loro dati tecnici che devono essere letti e capiti prima di procedere al loro acquisto.

Corrente continua: 120 Ampere / 260 Ampere Burst 10 secondi. Questa dicitura indica la corrente continua che il nostro ESC può erogare; in questo caso è pari a 120 Ampere, mentre la corrente massima (burst) che può mettere a disposizione per circa 10 secondi è pari a 260 Ampere.

Input voltage: 2S – 6S. Questo valore indica il voltaggio minimo e massimo in entrata con cui il nostro ESC può funzionare senza andare incontro a problemi. In questo caso questo ESC può lavorare con batterie 2S: 2 celle x 3,7 Volt = 7,4 Volt, 3S: 3 celle x 3,7 Volt = 11,1 Volt, 4S: 4 celle x 3,7 Volt = 14,8 Volt, 5S: 5 celle x 3,7 Volt = 18,5 Volt ed infine 6S: 6 celle x 3,7 Volt = 22,2 Volt.

BEC: 6V/3A linear. Questa dicitura indica che questo ESC è dotato di un BEC interno del tipo lineare in grado di fornire alla nostra elettronica di bordo 6 Volt stabilizzati con corrente continua di 3A.

Size/Misure: 39mm x 38mm x20mm. Questi dati si riferiscono alle dimensioni dell’ESC, profondità per larghezza per altezza.

Peso: 55 grammi. Questo è il peso espresso in grammi.

Freno: Si – Retromarcia: Si. Qui ci viene indicato che questo ESC è dotato di freno e retromarcia.

Programming card (scheda di programmazione): Opzionale. Questo vuol dire che è possibile programmare il nostro ESC tramite una scheda di programmazione acquistabile separatamente. In questo modo si potrà accedere alle varie configurazioni e ai diversi settaggi disponibili.

MULTIROTORI E ESC

Nei multirotori sono presenti contemporaneamente più ESC che andranno collegati tutti alla “flight control board”, la quale, generalmente, è dotata di una propria unità BEC integrata o esterna. Ne sono un esempio le schede Naza M V2 e M Lite della DJI, le quali hanno tra gli accessori di scatola il modulo esterno PMU. Ora, sapendo questo e sapendo che gli ESC dotati di BEC integrato inviano un’alimentazione pari a 5-6 Volt alle elettroniche a cui vengono collegati per mezzo dell’apposita spinetta, dobbiamo intervenire per isolare le multiple alimentazioni che quest’ultimi invieranno alla nostra “flight control board”. Pur non essendo un dato certo il fatto che, mandare contemporaneamente più alimentazioni alla “flight control board” sia dannoso, resta comunque un’operazione inutile e potenzialmente rischiosa. Si rende quindi necessario, come già accennato, isolare l’alimentazione dei BEC degli ESC; per far ciò basterà rimuovere e isolare dalla spinetta del regolatore che va alla ricevente il filo positivo (rosso) e lasciare il nero (massa) e quello del segnale. E’ da segnalare che, su alcuni ESC, pur essendo presente la piattina flat tripolare, il filo rosso centrale non porta corrente perchè l’ESC non ha il BEC integrato (per una questione di costi il filo rosso centrale non viene rimosso in catena di montaggio); ragion per cui è sempre buona norma leggere con attenzione le caratteristiche tecniche di ciò che si acquista.

E se la nostra “flight control board” non è dotata del proprio BEC, come alimentiamo le nostre elettroniche di bordo? In questo caso abbiamo tre opzioni a disposizione:

– daremo corrente alla “flight control board” usando uno solo dei BEC presenti sugli ESC e isoleremo tutti gli altri.

– possiamo acquistare degli ESC del tipo OPTO che non hanno il BEC integrato; per questo non dovremo isolare nessun filo, ma dovremo alimentare la “flight control board” per mezzo di un BEC esterno a cui collegheremo o un pacco batterie dedicato solo a tale scopo o lo stesso pacco batterie dedicato ai motori.

– possiamo isolare tutti i BEC presenti nei nostri ESC e usare un Bec esterno a cui collegheremo o un pacco batterie dedicato solo a tale scopo o lo stesso pacco batterie dedicato ai motori.

Considerando che su un multirotore non si alimenta mai solo la “flight control board”, ma anche la ricevente radio, il modulo GPS, i carrelli retrattili, etc., è quasi sempre consigliabile usare un BEC esterno collegato ad un pacco batterie esclusivamente dedicato all’alimentazione delle elettroniche di bordo e isolare, qualora presenti, tutti i BEC degli ESC. Ovviamente l’accortezza di una doppia alimentazione separata motori/elettronica va presa in considerazione solo sui multirotori di medie/grandi dimensioni non certo su multirotori di classe 180! Prima di chiudere il capitolo ESC Multirotori, va ricordato che negli ultimi tempi stanno uscendo sul mercato degli ESC con dei Firmware che rendono questi ultimi più adatti all’utilizzo sui multirotori e con molte funzioni già preimpostate in fabbrica. I nuovi Firmware tipo SimonK e BLHeli rendono di fatto più veloce la risposta dell’ESC nel far assumere al motore la velocità desiderata dalla nostra “flight control board”.

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Gettermachine

Informazioni su Gettermachine

Credo che il modellismo abbia fatto sempre parte del mio DNA, ricordo infatti che sin da piccolo avevo la passione di lavorare con degli attrezzi, costruire oggetti, aprire giocattoli per verificare come fossero fatti al loro interno e per capirne il loro funzionamento. A consacrare questa mia passione fu una macchinina radiocomandata con motore a miscela che mi fu regalata per il mio decimo compleanno nel lontano 1986. Negli anni, questa mia passione si è sempre più consolidata fino ad abbracciare diversi settori modellistici e collezionistici, gokin, A/F, prop repliche, busti, auro r/c etc. Dal 1991 sono sulla rete come vortice11 e gettermachine, e dal 2006 ho dato vita al forum MetalRobot e ai siti gokin.it, metalrobot.it e onroadrc.it!