lunes, 30 de abril de 2012

ESC Parte 1

Probablemente ya sabes lo que es un ESC. En cualquier caso lo explico de forma rápida. Un ESC (Electronic Speed Control) es un equipo que lee la señal PWM de salida de una emisora RC y la convierte  a la señal de potencia necesaria para alimentar un motor brushless. El ESC también nos permite el control de la velocidad del motor. La señal de control al ESC, típicamente la salida de los canales de una emisora RC, es la que reproduciremos desde nuestro Arduino.

Dos son las características principales que hay que tener en cuenta para la elección de un ESC.
En primer lugar el rango de tensión con el que está preparado para funcionar, normalmente expresado en las celdas de baterías lipo. Lo más común es un ESC para un rango entre 2S y 4S. En el caso de cuadricópteros lo más normal es con baterías lipo de 3S. Proyectos más ambiciosos de cuadricópteros de mayores tamaños para llevar más peso pueden proyectarse con baterías 4S.
La segunda característica es la intensidad capaz de suministrar. Este dato va directamente relacionado con las características de los motores seleccionados. Como es lógico nuestro ESC tiene que ser capaz de suministrar como mínimo la intensidad máxima del motor elegido, siempre teniendo en cuenta un pequeño margen de seguridad.

En mi caso como expliqué en Motores el consumo de los Turnigy 2209 a máxima potencia en continuo es de 12 A y el máximo puntual de 15 A. Por tanto mi elección de ESC es el Turnigy Sentry 18 A, con capacidad de 18 A en continuo y un pico puntual de hasta 22 A.
Siento no poder poner el enlace de este modelo de ESC pero es que Hobbyking ha dejado de fabricarlos, al menos no se encuentran en su catálogo de la web. Tal es así que yo había adquirido dos unidades de este modelo para hacer las primeras pruebas y al ir a comprar los otros dos tuve que coger el modelo Turnigy Plush 18 A. La diferencia es mínima, referente a otra característica de los ESC que explicaré un poco más adelante.

Otro aspecto de los ESC es que pueden llevar integrado un BEC, Battery Eliminator Circuit, traducido Circuito Eliminador de Batería. Así es, para nuestros motores necesitamos una batería por ejemplo de 3S que da 11,1 V. Sin embargo la alimentación de los servos y la electrónica de control se hace con 5 V. Pues bien, en lugar de poner otra batería que nos suministre esos 5 V la eliminamos y el BEC es quien nos los va a proporcionar.

Una última opción que puede llevar un ESC es el conector para la "Monitorización de descarga balanceada". Este conector está estandarizado y se denomina JST-XH. Es el mismo conector que traen las baterías lipo para la carga balanceada. Así conectaremos ESC y lipo con esta conexión de modo que el ESC estará midiendo continuamente la tensión de cada una de las celdas de la lipo. Cuando cualquiera de las celdas baje hasta los 3 voltios el ESC reducirá potencia a los motores protegiendo nuestra lipo de una descarga mayor que la haría inservible sin opción de recuperarla.

Los ESC de intensidades bajas y para tensiones sobre 3S o 4S como mucho el BEC suele ser lineal, es decir, lleva un regulador de tensión que hace que la diferencia de tensión de la lipo con los 5 V que suministra por la intensidad que circula la disipa en forma de calor. Sin duda es pérdida de energía que estamos sufriendo aunque no sea mucha comparada con la potencia consumida por los motores. Para evitar esta pérdida de energía están los BEC conmutados (en inglés switch). Su función es la misma pero su rendimiento energético está cercano al 100%. Muy útil cuando el consumo a través de los 5 V empieza a ser importante y sobre todo cuando la lipo es de 4S o superior.

Si nuestro ESC no tiene BEC o si es lineal y por las características de nuestro montaje nos supone una pérdida de energía a tener en cuenta podemos hacernos con un BEC externo. Comercialmente se denominan SBEC o UBEC, depende de fabricantes. En los dos casos son un BEC de conmutación.

Tenéis una nueva entrada en ESC Parte 2.

sábado, 7 de abril de 2012

Motores

Tras documentarse un poco se llega enseguida a la conclusión de que los motores a utilizar conviene que sean de baja velocidad. Un cuadricóptero no está pensado para volar muy rápido así que no necesitamos altas r.p.m. que nos producirán vibraciones innecesarias. Por supuesto no me detengo a explicar que los motores tienen que ser de tipo brushless, los mejores para estos usos con diferencia.

Yo compré los Turnigy 2209. Vienen con completos accesorios. Tienen un Kv de 1050 lo que creo no está mal para un motor 3S. Hay que tener en cuenta este punto, nos interesa que el motor sea de baja velocidad para que produzca pocas vibraciones, pero para eso no nos tenemos que fijar únicamente en el dato de Kv, también hay que fijarse en la tensión de alimentación. El Turnigy 2209 puede ir bien para un cuadricóptero con su Kv de 1050 ya que se alimenta a 3S (11,1 V). Esto hace una velocidad máxima de 1050 x 11,1 = 11.655 r.p.m. Siempre es mejor que sea más baja pero en este caso no está del todo mal. Sin embargo un Kv de 1050 en un motor 4S (14,8 V) tendrá una velocidad máxima de 1050 x 14,8 = 15.540 r.p.m. lo que empiezan a ser muchas revoluciones.
En general creo que a la hora de diseñar nuestro cuadricóptero debemos tomar como punto de partida motores con un Kv inferior a 1000 si son 3S y un Kv inferior a 750 si son 4S.

Sobre el empuje que producen, aunque el dato no viene en las características técnicas, si nos guiamos por los datos ofrecidos por algún usuario estos motores están dimensionados para trabajar a máxima potencia en continuo con un consumo de 12 A lo que nos ofrecerá unos 600 gramos de empuje. El pico de intensidad admitido es de 15 A lo que nos dará unos 750 gramos de empuje para momentos puntuales.

Como dato empírico de otros usuarios suele darse como bueno que el empuje de los motores sea el doble del peso del cuadricóptero en orden de marcha. El empuje total en continuo tenemos 600 x 4 = 2,4 kg lo que nos deja un peso para el cuadricóptero en orden de marcha de 1,2 kg. Suficiente para llevar el chasis, electrónica, motores, etc., y algo de peso extra como una cámara de fotos además de una buena batería.

En otro artículo daré explicación más detallada de todos los pesos.